UA151588U - Спосіб вимірювання складових сумарної потужності втрат в трифазній системі електропостачання - Google Patents

Abstract

Спосіб вимірювання складових сумарної потужності втрат електроенергії в трифазній системі електропостачання, який оснований на використанні вимірювальної інформації, що знімається з датчиків струму і напруги трифазної системи і надходить до вимірювальної системи, що містить мікроконтролер, датчики струму, через первинні обмотки яких протікає струм навантаження трьох фаз і датчики напруги, на первинні обмотки яких подається напруга, що вимірюється на клемах навантаження, згідно з корисною моделлю інформаційні сигнали з трифазних датчиків напруги і струму навантаження подають на мікроконтролер, де визначають квадрат діючого значення модуля узагальненого просторового вектора напруги навантаження після часткового послаблення складової нульової послідовності, визначають середню корисну потужність навантаження, з використанням інформації про активний опір фази кабельної лінії розраховують мінімально можливу потужність втрат, розраховують квадрат середньоквадратичного значення змінної складової миттєвої активної потужності, розраховують квадрат середньоквадратичного значення реактивної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену пульсаціями миттєвої активної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену наявністю в системі реактивної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену протіканням струму в нульовому проводі, визначають сумарну потужність втрат в трифазній чотирипровідній системі електропостачання як суму чотирьох розрахованих складових.

Description

Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до систем і методів обліку параметрів електричної енергії, в тому числі у низьковольтних мережах змінного струму, де можливе використання силових активних фільтрів.

Розповсюджене використання нелінійного навантаження, що підключається до трифазних мереж синусоїдального струму напругою до 1000 В, є причиною спотворення цих мереж струмами вищих гармонік Окрім того несиметричні режими роботи трифазної мережі спричиняють асиметрію напруги в точках спільного підключення навантажень, а також призводять до протікання значних за значенням струмів в нульовому проводі. Вказані явища впливають на збільшення потужності втрат в трифазній системі електропостачання, зменшують її енергетичну ефективність та пропускну здатність Системи обліку електроенергії з врахуванням потужності втрат, а також визначенням енергетичних режимів систем електропостачання широко розповсюджені на практиці в цифрових лічильниках обліку на базі мікропроцесорних пристроїв. Ці пристрої використовують способи вимірювання, що дозволяють визначити сумарну потужність втрат електроенергії в мережі з або без врахування несиметричних режимів, а також вищих гармонік струмів та напруг, але не дозволяють представити сумарну потужність втрат у вигляді окремих складових, обумовлених характером електромагнітних процесів в мережі. Вказані недоліки ускладнюють оцінку доцільності застосування статичних і динамічних компенсаторів енергетичних спотворень з позиції підвищення енергоефективності системи електропостачання.

Відомий багатофункціональний мікропроцесорний пристрій для збору інформації про мережу при несинусоїдальному й несиметричному навантаженні (1|. Спосіб вимірювання потужності втрат, що використовує багатофункціональний мікропроцесорний пристрій, заснований на безперервному контролі і реєстрації потужності втрат електричної енергії від кожної гармонійної складової струму навантаження та обчислені за формулою АР--гЕ, де І - струм навантаження, що протікає у струмопровідному елементі, А - опір струмопровідного елементу. Точне значення К визначається в функції температури струмопровідного елементу.

Для диференційного вивчення потужності втрат електричної енергії АР(ї, що створюються кожною п-ою гармонійною складовою струму навантаження, що отримують 100 разів за період вибірки струмів Ід, Іві, Ісі і Їм, використовують в мікроконтролері для розрахунку вищих гармонік

Зо відомими методами: квадратурних станів або швидкого перетворювання Фур'є.

Недоліком зазначеного способу є необхідність програмування мікроконтролера для розрахунку потужності втрат в кожному елементі системи, необхідність вимірювання температури струмопровідних елементів, а також неможливість розкладення сумарної потужності втрат на окремі складові, що обумовлені характером електромагнітних процесів в системі електропостачання.

Відомий спосіб вимірювання втрат потужності в системі електропостачання, що використаний для побудови багатофункціонального лічильнику електроенергії (|2)|. Спосіб вимірювання потужності втрат спрямовано на вирішення задачі додаткового урахування втрат електричної енергії в лінії та трансформаторі від несиметрії ти несинусоїдальності струму та напруги. Мікроконтролером, що входить до конструкції лічильника, здійснюється обчислення обсягів спожитої електричної енергії, показників якості електричної енергії та величини додаткових втрат електричної енергії від несиметрії та несинусоїдальності струмів та напруг.

Окремо розраховуються додаткові втрати активної потужності, що викликані несиметрією режиму мережі: АРл-іІгаВ--ІгЬВ--І2оА--ІгМА, де Іа, Ів, Іс, їм - відповідно струми фаз А, В, С та нульового проводу М мережі, А - опір провідників мережі. Окремо розраховують додаткові втрати активної потужності в трансформаторах, що викликані ни-симетрією режиму мережі ДАРот ж АРККО2иу/цек, де АРк - втрати короткого замикання, Кг - коефіцієнт несиметрії зворотної послідовності напруги, ик - напруга короткого замикання. Окремо розраховують додаткові втрати активної потужності в лінії що викликані несинусоїдальністю режиму мережі

АРу, - зво, ї (Кпу тКву)

Уу-2 л де Но - питомий опір провідника постійному струму, І - довжина провідника, І - струм ух-ої гармоніки, м - номер гармоніки, Кплуи - коефіцієнт, який враховує явище поверхневого ефекту для хм-ої гармоніки, П - число врахованих гармонік, Коу - коефіцієнт, що враховує ефект близькості для м-ої гармоніки. Окремо розраховують додаткові втрати активної потужності в трансформаторах, що викликані несинусоїдальністю режиму мережі

АРуу - зу, ІутАкепу у-2 ; де Мт - струм м-ої гармоніки, Ак - опір КЗ трансформатора, Кпу - коефіцієнт, який враховує явище поверхневого ефекту для ум-ої гармоніки.

Недоліком зазначеного способу є необхідність програмування мікроконтролера з внесенням до розрахунку параметрів елементів системи, а також неможливість розкладення сумарної потужності втрат на окремі складові, що обумовлені характером електромагнітних процесів в системі електропостачання.

Як найближчий аналог обрано спосіб вимірювання складових сумарної потужності втрат електроенергії в трифазній системі електропостачання, заснований на використанні перетворень координат сучасної теорії потужності і п'ятикомпонентної моделі сумарної потужності втрат ІЗ). Спосіб вимірювання складових сумарної потужності втрат електроенергії в трифазній системі електропостачання спрямований на розширення функціональних можливостей систем обліку параметрів якості електричної енергії за рахунок представлення сумарної потужності втрат через окремі складові, що обумовлені характером електромагнітних процесів в трифазній системі електропостачання. На основі вимірювальної інформації, що знімається з датчиків струму і напруги трифазної системи, за допомогою прямого перетворення

Кларк отримують проекції узагальнених просторових векторів напруги мережі, струму навантаження і струму компенсатора на координатні осі системи «ВО, обчислюють модуль узагальненого вектора напруги мережі в плоскій та просторовій системах координат та модуль узагальненого просторового вектора напруги навантаження, знаходять середнє, обчислене в періоді повторюваності, значення модуля вектора напруги мережі частково послаблене складовою нульової послідовності. На основі обчисленої інформації представляють узагальнений вектор струму навантаження і узагальнений вектор струму компенсатора в раг системі координат та розраховують середню активну, обчислену в періоді повторюваності, корисну потужність навантаження і відносну, в долях середньої активної корисної потужності, сумарну потужність втрат трифазної системи. Окремо розраховують інтегральні коефіцієнти, що характеризують несиметричний режим трифазного джерела напруги, визначають квадрати середньоквадратичних потужностей за осями координат рдг системи. Далі розраховують відносну мінімально можливу потужність втрат, що обумовлена відношенням потужності резистивного короткого замикання трифазної мережі до середньої корисної потужності навантаження, розраховують складові потужності втрат в раг координатах, здійснюють перехід до енергетичної системи складових сумарної потужності втрат, що складається з п'яти компонентів: відносна мінімальна можлива потужність втрат, відносна потужність втрат, обумовлена реактивною потужністю, відносна потужність втрат, обумовлена пульсаціями миттєвої активної потужності, відносна потужність втрат, обумовлена протіканням струму у нульовому проводі, відносна потужність втрат, обумовлена взаємним впливом електромагнітних процесів і лінійних проводах і нульовому проводі.

Недоліками зазначеного способу є використання додаткових давачів напруги на початку кабельної лінії та надлишкової п'ятикомпонентної моделі складових сумарної потужності втрат, яка в асиметричних режимах роботи трифазної чотирипровідної системи з нелінійним навантаженням дає похибку розрахунку, що перевищує 595, та потребує значного обчислювального ресурсу мікроконтролера.

В основу корисної моделі поставлена задача - розширення функціональних можливостей систем обліку втрат електричної енергії за рахунок використання нового способу представлення сумарної потужності втрат через окремі складові, що обумовлені характером електромагнітних процесів в трифазній системі електропостачання, заснованого на новій чотирикомпонентній моделі складових сумарної потужності втрат.

Поставлена задача обумовлена тим, що відомий спосіб вимірювання, не дозволяє виконувати розклад сумарної потужності втрат в трифазній чотирипровідній системі електропостачання на окремі складові з необхідною точністю і потребує більше обчислювальних і технічних ресурсів для реалізації.

Поставлена задача вирішується тим, що застосовують спосіб вимірювання складових сумарної потужності втрат в трифазній системі електропостачання, який оснований на використанні вимірювальної інформації, що знімається з датчиків струму і напруги трифазної системи і надходить до вимірювальної системи, що містить мікроконтролер, датчики струму, через первинні обмотки яких протікає струм навантаження трьох фаз і датчики напруги, на первинні обмотки яких подається напруга, що вимірюється на клемах навантаження, згідно з корисною моделлю, інформаційні сигнали з трифазних датчиків напруги і струму навантаження подають на мікроконтролер, де визначають квадрат діючого значення модуля узагальненого просторового вектора напруги навантаження після часткового послаблення складової нульової послідовності, визначають середню корисну потужність навантаження, з використанням інформації про активний опір фази кабельної лінії розраховують мінімально можливу потужність бо втрат, розраховують квадрат середньоквадратичного значення змінної складової миттєвої активної потужності, розраховують квадрат середньоквадратичного значення реактивної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену пульсаціями миттєвої активної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену наявністю в системі реактивної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену протіканням струму в нульовому проводі, визначають сумарну потужність втрат в трифазній чотирипровідній системі електропостачання як суму чотирьох розрахованих складових.

Запропонований спосіб відрізняється тим, що для його реалізації достатньо використовувати вимірювальну інформацію з датчиків струму і напруги трифазної системи, отриманої в місці підключення вимірювача, а також пропонується новий підхід представлення сумарної потужності втрат трифазної системи електропостачання як суми чотирьох складових, обумовлених характером електромагнітних процесів в трифазних системах електропостачання

І.

Суть корисної моделі полягає у створенні системи обліку складових потужності втрат, а саме: потужності мінімально можливих втрат; потужності втрат, що обумовлені реактивної потужністю; потужністю втрат, що обумовлені пульсаціями миттєвої активної потужності; потужності втрат, що обумовлені протіканням струму у нульовому проводі, яка дасть можливість оцінки енергетичної ефективності трифазних систем електропостачання та планування технічних заходів щодо її підвищення.

Спосіб пояснюється кресленням (Фіг. 1), де представлено алгоритм визначення складових потужності втрат, обумовлених характером електромагнітних процесів в системі електропостачання.

Спосіб реалізується наступним чином. Як інформацію для подальшої обробки використовують вимірювальну інформацію, що знімається з фазних датчиків струму і напруги відповідно до Фіг. 2. Датчиками напруги З (ДН) вимірюють миттєві значення фазних напруг на затискачах навантажень 5 ша, Ш»ь, Шс, наприклад на вході розподільного щита 6 (РЩ) у точках спільного під'єднання навантажень. Знижувальний трансформатор 1 (Т) і розподільний щит 1 з'єднує трифазна чотирипровідна лінія 2 (Л). Датчиками струму 4 (ДС) вимірюють миттєві значення фазних струмів лінії 2 іа, ів, іс.

На основі вимірювальної інформації, що знімається з датчиків струму і напруги трифазної

Зо системи, визначають квадрат діючого значення модуля узагальненого просторового вектора напруги навантаження післягчасткового послаблення складової нульової послідовності:

Чер -- (чаечьное) --(Щанщь че) а т 4 ! (1).

Визнача ть середню корисну потужність навантаження:

Рв т ех зро І сів) 9 і (2).

З використанням інформації про активний опір фази Р» кабельної лінії розраховують

Ве нт ШИ потужність втрат: о (3).

Розраховують квадрат середньоквадратичного значення змінної складової миттєвої активної потуж сті: 2 2 . . .

Рриврме - У во зцрьь сі) Ровк) 9 і (4).

Розрахор ть квадрат середньоквадратичного значення реактивної потужності:

Орме Де з(Місіз Му віє) (Му віь З М віз) )ве ! (5).

Визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену пульсаціями миттєвої активної пово Ралеєвме шві (6).

Визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену наявністю в системі реактивної потужності:

Ага - Зо Ом

Рог (7).

Визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену протіканням струму в нульовому п воді: ?

Ат (із вів кіс) ! (8).

Визначають сумарну потужність втрат в трифазній чотирипровідній системі електропостачання як суму чотирьох розрахованих складових:

АРУАДАР піп А РривАРривАРожАР (9).

Таким чином розширюються функціональних можливостей систем обліку втрат електричної енергії за рахунок використання нового способу представлення сумарної потужності втрат через окремі складові, що обумовлені характером електромагнітних процесів в трифазній системі електропостачання.

Джерела інформації: 1. Патент на изобретение Мо 2514788, Российская Федерация, МПК соОбЕ 17/18.

Многофункциональноеє микропроцессорноє устройство для сбора информации о сети при несинусоидальной и несимметричной нагрузке. / В.Ф. Ермаков, А.В. Горобец, СВ. Нехаєв и др. -

Мо 2013118959/08; заяв. 23.04.2013; опубл. 10.05.2014; Бюл. Мо 13. - 9 с. 2. Патент на винахід Мо 102194, Україна, МПК СО1К 21/06. Багатофункціональний лічильник електричної енергії. / О.О. Мірошник - Мо а 2012 06343; заяв. 25.05.2012; опубл. 10.06.2013;

Бюл. Мо 11.-6 с

З. Патент на винахід Мо 124712 Україна, МПК НОг) 3/01, НО2О 3/26 Спосіб керування трифазним паралельним силовим активним фільтром в нелінійних та несиметричних системах електропостачання / Г.Г. Жемеров, Ю.П. Колонтаєвський, СІ. Корнелюк, О.А. Плахтій - Мо а201909943; заяв. 23.09.2019; опубл. 03.11.2021, Бюл. Мо 44.-9 с 4. Жемеров Г.Г., Тугай Д.В. Енергоефективність систем електропостачання з напівпровідниковими перетворювачами електроенергії. Монографія. - Х.: ХНУМГ ім. О.М.

Бекетова, 2018.-272 с.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Зо Спосіб вимірювання складових сумарної потужності втрат електроенергії в трифазній системі електропостачання, який оснований на використанні вимірювальної інформації, що знімається з датчиків струму і напруги трифазної системи і надходить до вимірювальної системи, що містить мікроконтролер, датчики струму, через первинні обмотки яких протікає струм навантаження трьох фаз, і датчики напруги, на первинні обмотки яких подається напруга, що вимірюється на клемах навантаження, який відрізняється тим, що інформаційні сигнали з трифазних датчиків напруги і струму навантаження подають на мікроконтролер, де визначають квадрат діючого значення модуля узагальненого просторового вектора напруги навантаження після часткового послаблення складової нульової послідовності, визначають середню корисну потужність навантаження, з використанням інформації про активний опір фази кабельної лінії розраховують мінімально можливу потужність втрат, розраховують квадрат середньоквадратичного значення змінної складової миттєвої активної потужності, розраховують квадрат середньоквадратичного значення реактивної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену пульсаціями миттєвої активної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену наявністю в системі реактивної потужності, визначають складову сумарної потужності втрат, обумовлену протіканням струму в нульовому проводі, визначають сумарну потужність втрат в трифазній чотирипровідній системі електропостачання як суму чотирьох розрахованих складових.

   ен КВН 1 НВивдУювенІя миуєвих; зва Зене ЖК СЕМ збо; МКУ нос Ве ВО і Н КОКОН КААДрНКе ДИКУ МНМА ВНУ. МАКИ МАН : ЗАМТУВ НИВКИ ЕВ ВОК ВК ВОВК ПОС В: ! ЕНН ЗХУЖКОН ЗМЕН В Баграхжво КМ НВ ВАК КонУнОї ВеПЕКЖЕИ навик Женя Ко і ДЕК УВК ВЕК НМ ИН ЮК ПОМ ВЕ ДМ енх поп ик ка в а В ах Гек х ук ком КЕН КК НК Значення ЗЕБНПН КНИЖН УВК МКМ КНТУ рн Вещкуних кнНлрата Серет мок От Н во ЗВаНеННя ІСаКІНЕВО ПИТВО ВН В іооюююю попою ооо о ооо АААААЛ А КА АКА АКААКНН ТК ЛАААЛАА Аа КАНД Ан отой Кддеоереоововсоостсон Ї

   Ї ї. Поп НН ДИ НИВИ КИНКМЕ СКАН КУМ ЗМУ ВИК ВТ ОБТМОВНО КОВІ МУРІВ КУН МТУ ЖНОЮИ Длуєе Дерек ск ема гу оу кВ ВЕК, 1 Е ПЕКУУВУВЛЕНОЙ НАЖВІ НУ ВВА Вивих ЗВУ Ж ВК |! Е: ї уккхииккикккжикки юки кажи кжикиж ки жАжиА КАК жа ЖЖЖАЖЖ НКЮ ЖиЖИКАЖАЖ ин ! Пеолнен во СКЛ СМмаеОї СКУ Ва, |: ФЕНОМ ТЕС МК рух ВОНА ПЕКУН А п Дт Фозвакуних суманнох пох екність Жерях ! в рин нем кнв м ен сло К ОН Н ох ВЕ І псом щі - Ше: я Е Я о НИ

   Фіг. й шен 1х ї ря У Коня Н ї ж кома : ро х й НЕ ї т ЩЕ о рн реву ї Її і:

   Фіг. 2