Способ и устройство анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети
Настоящее изобретение касается анализа качества электрической энергии в электрической сети. Способ анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети содержит следующие этапы, на которых: измеряют (Е1) совокупность электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу; формируют (Е2) пространственный вектор на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин; определяют (Е3) совокупность, содержащую параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, в зависимости от зависящего от времени пространственного вектора, вычисленного в скользящем окне. Технический результат заключается в возможности производить общее трехфазное измерение качества электрической энергии в трехфазной сети. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение касается анализа качества электрической энергии в электрической сети.
Качество электрической энергии в сети в целом можно охарактеризовать комбинацией между качеством напряжения и качеством тока. Однако в случае трехфазной сети определение качества электрической энергии является более сложным. Действительно, трехфазная электрическая сеть считается нормальной и не нарушенной, если форма волны, амплитуда, частота и симметрия остаются соответственно в заранее определенных пределах.
Кроме того, определение электрических величин, таких как действующее значение тока или напряжения, общая активная мощность, общая кажущаяся мощность, общая реактивная мощность, позволяет, в частности, контролировать потребление энергии системой.
Настоящее изобретение относится более конкретно к трехфазным сетям. Наиболее распространенными нарушениями, влияющими на эти сети, являются спады напряжения или тока, гармоническое загрязнение, перенапряжения или скачки тока, нарушения равновесия или мерцание напряжения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известные методы мониторинга качества электрической энергии в трехфазной электрической сети основаны на анализе нарушений и электрических значений в каждой фазе.
Для общей характеристики потребления и качества электрической энергии в трехфазной сети известные методы прибегают к суммированию или усреднению результатов, полученных для каждой фазы. Однако эти методы не являются полностью удовлетворительными. Действительно, результат измерения на одной фазе не всегда является применимым для трехфазной сети. Если, например, вычисляют среднее арифметическое результатов измерений, произведенных для каждой фазы, то не обязательно получают характеристику трехфазной сети с физической точки зрения. Кроме того, во время сложения однофазных величин погрешности измерения накладываются друг на друга.
В документе ЕР 0599648 описан метод вычисления прямой, обратной и униполярной составляющих в трехфазной электрической сети для обнаружения нарушения равновесия. Это обнаружение нарушения равновесия основано на сложных, длительных и не отличающихся точностью вычислениях. Оно не позволяет количественно определить степень нарушения равновесия. Наконец, в этом документе рассматриваются только нарушения равновесия и не учитываются все нарушения, которые могут влиять на трехфазную электрическую сеть.
Таким образом, известные способы и устройства не позволяют производить общее трехфазное измерение качества электрической энергии в трехфазной сети.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение призвано решить проблемы известных технических решений и предложить способ анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:
- Измерение совокупности электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу,
- Формирование пространственного вектора на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин,
- Определение совокупности, содержащей, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, в зависимости от пространственного вектора.
Соответственно, объектом изобретения является также устройство анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети, отличающееся тем, что содержит:
- Средства измерения совокупности электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу,
- Средства формирования пространственного вектора на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин,
- Средства определения совокупности, содержащей, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, в зависимости от пространственного вектора.
Благодаря изобретению можно количественно определять и охарактеризовать в целом различные типы электрических нарушений, которые могут появляться в трехфазной сети.
Изобретение позволяет существенно повысить точность и сократить время вычисления.
Таким образом, можно более точно и более быстро контролировать качество электрической энергии в трехфазной сети. Это позволяет лучше понять причины возможных нарушений и лучше оценивать их влияние на электрические устройства, присутствующие в сети.
Изобретение основано на определении и использовании пространственного вектора, который содержит всю информацию о трехфазной системе.
Согласно предпочтительному отличительному признаку совокупность, содержащая, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, включает в себя, по меньшей мере, один параметр, выбранный из группы, в которую входят:
- параметр, характеризующий нарушение равновесия напряжения или тока в трехфазной сети;
- параметр, характеризующий спад напряжения или тока,
- параметр, характеризующий перенапряжение или скачок силы тока,
- параметр, характеризующий мерцание напряжения.
Эти параметры характеризуют наиболее распространенные нарушения, являющиеся наиболее релевантными для анализа качества электрической энергии в трехфазной сети.
Согласно предпочтительному отличительному признаку способ анализа дополнительно включает в себя формирование униполярной составляющей на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин.
В этом случае, определение совокупности, содержащей, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, осуществляют также в зависимости от униполярной составляющей и упомянутый, по меньшей мере, один параметр характеризует гармоническое загрязнение напряжения или тока.
Согласно предпочтительному отличительному признаку способ дополнительно включает в себя определение, по меньшей мере, одного энергетического параметра трехфазной электрической сети в зависимости от пространственного вектора или от униполярной составляющей.
Согласно предпочтительному отличительному признаку упомянутый, по меньшей мере, один энергетический параметр выбирают из группы, в которую входят:
- Общее действующее значение тока или напряжения,
- Общая активная мощность,
- Общая кажущаяся мощность,
- Общая реактивная мощность.
Энергетические параметры позволяют определять значения трехфазного энергетического потребления посредством интегрирования во времени.
Согласно предпочтительному отличительному признаку способ дополнительно содержит этап индикации формы, описываемой пространственным вектором на комплексной плоскости.
Этот тип индикации дает визуальное указание на присутствие нарушения, которое быстро обнаруживается пользователем.
Устройство содержит средства применения этих отличительных признаков и имеет аналогичные преимущества.
В частном варианте выполнения осуществление этапов заявленного способа происходит по командам компьютерной программы.
Следовательно, объектом изобретения является также компьютерная программа на носителе информации, причем эта программа выполнена с возможностью ее исполнения в компьютере, при этом программа содержит команды, предназначенные для осуществления этапов описанного выше способа.
Эта программа может использовать любой язык программирования и может быть записана в виде исходного кода, объектного кода или в виде кода, промежуточного между исходным кодом и объектным кодом в компилированной форме или в любой другой необходимой форме.
Объектом изобретения является также носитель информации, считываемый компьютером и содержащий команды компьютерной программы.
Носитель информации может быть любым приспособлением или устройством, способным хранить программу. Например, носитель может содержать средство хранения, такое как постоянное запоминающее устройство (ROM), например CD-ROM, или ROM микроэлектронной схемы, или магнитное средство записи, например дискета или жесткий диск.
С другой стороны, носитель информации может быть предаваемым носителем, таким как электрический или оптический сигнал, который может передаваться по электрическому или оптическому кабелю, по радио или при помощи других средств. В частности, программу в соответствии с изобретением можно загружать дистанционно через сеть типа Интернет.
В альтернативном варианте носитель информации может быть интегральной схемой, в которую включена программа, при этом схема выполнена с возможностью исполнения или использования при осуществлении способа в соответствии с изобретением.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания предпочтительного варианта выполнения, представленного в качестве не ограничительного примера и описанного со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - устройство анализа качества электрической энергии в трехфазной сети в соответствии с изобретением.
Фиг. 2 - вычислительный модуль устройства, показанного на фиг. 1.
Фиг. 3 - вариант выполнения устройства в соответствии с изобретением.
Фиг. 4 - вариант осуществления способа анализа качества электрической энергии в трехфазной сети в соответствии с изобретением.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Согласно варианту выполнения, представленному на фиг. 1, устройство анализа качества электрической энергии в трехфазной сети содержит модуль 1 сбора данных. Модуль 1 содержит входной интерфейс, выполненный с возможностью подключения к каждой фазе трехфазной электрической сети для измерения в ней электрических величин в одной точке сети. Эти величины являются мгновенными напряжениями и/или мгновенными токами фаз. Эти измерения сами по себе являются известными, и их подробное описание опускается. В дальнейшем предполагается, что сеть является трехфазной сетью.
Модуль 1 содержит выходной интерфейс, который соединен с входным интерфейсом модуля 2 моментального трехмерного преобразования. Модуль 1 передает в модуль 2 столько же измеренных электрических величин, сколько фаз содержит сеть. Эти электрические величины являются значениями напряжения и/или тока.
В определенный момент модуль 2 принимает три измерения xa(t), xb(t) и xc(t), которые являются мгновенными значениям напряжений или токов фазы, измеренными в точке трехфазной сети. Модуль 2 осуществляет преобразование, производное от преобразования симметричных составляющих и определяемое при помощи преобразования Кларка:
Две первые составляющие, полученные после преобразования, комбинируют для получения комплексного числа, зависящего от времени и называемого пространственным вектором:
Эти два уравнения образуют моментальное трехмерное преобразование. Пространственный вектор содержит всю информацию об исходной трехфазной системе.
Если трехфазная система является уравновешенной, пространственный вектор описывает окружность на комплексной плоскости. Нарушение приводит к деформации пространственного вектора, видимой на комплексной плоскости. Деформации позволяют характеризовать и количественно определять различные нарушения, влияющие на трехфазную электрическую сеть.
В результате моментального трехмерного преобразования получают также униполярную составляющую x0(t), которая является величиной с действительным значением.
Модуль 2 содержит выходной интерфейс, которые соединен с входным интерфейсом модуля 3 определения, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего качество электрической энергии в трехфазной электрической сети. Модуль 2 передает в модуль 3 пространственный вектор и, в случае необходимости, униполярную составляющую. В дальнейшем, если только не указано иное, речь идет как о пространственном векторе напряжения и о униполярной составляющей напряжения, так и о пространственном векторе тока и о униполярной составляющей тока.
Модуль 3 получает пространственный вектор и, в случае необходимости, униполярную составляющую и использует их для определения параметра или параметров, характеризующих качество электрической энергии. Следует отметить, что, как будет описано ниже, в зависимости от определяемого параметра униполярная составляющая не всегда является необходимой. Если в униполярной составляющей необходимости нет, модуль 2 может не передавать ее в обязательном порядке в модуль 3.
Вычисления, производимые модулем 3, могут соответствовать норме CEI 61000-4-30: Электромагнитная совместимость (СЕМ) - часть 4-30: Методы испытания и измерения - Метод измерения качества питания.
Как показано на фиг. 2, модуль 3 определяет один или несколько параметров, характеризующих качество электрической энергии в сети.
Эти параметры выбирают из группы, в которую входят:
- Коэффициент kH трехфазного гармонического искажения, который характеризует гармоническое загрязнение напряжения или тока,
- Коэффициент kD трехфазного нарушения равновесия, который характеризует нарушения равновесия напряжения или тока,
- Показатель kC спада трехфазного напряжения или тока, который характеризует спады напряжения или тока,
- Показатель kS трехфазного перенапряжения или скачка силы тока, который характеризует перенапряжения или скачки силы тока,
- Показатель kF мерцания напряжения или “фликер”, который характеризует мерцания напряжения.
При вычислении каждого из этих параметров используют пространственный вектор. Кроме того, для коэффициента kH гармонического искажения напряжения или тока используют также униполярную составляющую. В дальнейшем будет более подробно рассмотрено определение этих параметров.
Подмодули 30 и 31 модуля 3 получают соответственно пространственный вектор и униполярную составляющую от модуля 2 и применяют к ним преобразование Фурье. На выходе подмодули 30 и 31 выдают соответственно амплитудные спектры этих двух величин. Следует отметить, что подмодуль 31 на практике осуществляет преобразование Фурье для действительной части пространственного вектора и преобразование Фурье для его мнимой части.
Гармоническое содержание трехфазной системы можно анализировать на основании пространственного вектора и униполярной составляющей.
Амплитуды гармоник используют на каждой частоте для вычисления коэффициента kH общего гармонического искажения трехфазной системы.
Гармоники распределены в спектре пространственного вектора или униполярной составляющей на данных частотах в зависимости от их номера n и от их распределения на трех фазах.
Коэффициент kH общего гармонического искажения трехфазной системы вычисляют при помощи подмодуля 32 модуля 3, входы которого соединены с выходами подмодулей 30 и 31, по следующей формуле:
,
где 
являются прямой, обратной и униполярной составляющими под номером n, которые вычисляют при помощи преобразования Фурье пространственного вектора и униполярной составляющей. Эти составляющие могут включать в себя содержание смежных частот с двух сторон от гармоники номер n, как описано в норме CEI 61000-4-30.
Знаменатель вышеуказанной формулы представляет собой действующее значение совокупности гармонических трехфазных составляющих с номером, равным 1. Числитель представляет собой действующее значение совокупности гармонических трехфазных составляющих с номером, превышающим 1.
Коэффициент kH общего гармонического искажения трехфазной системы оценивают в скользящем окне, в котором вычисляют спектры пространственного вектора и униполярной составляющей, затем применяют формулу коэффициента kH.
В соответствии с нормой CEI 61300-4-30 продолжительность окна составляет, например, 200 мс. Эта продолжительность отвечает двум противоположным критериям:
- Она является достаточно малой, чтобы свести к минимуму время реакции обработки и обеспечивать отслеживание быстрых изменений коэффициента kH;
- Она является достаточной большой, чтобы получать удовлетворительное спектральное разрешение для хорошего выделения составляющих, содержащихся в анализируемых сигналах. Разрешение является обратной величиной продолжительности окна и, таким образом, составляет 5 Гц.
Нарушение равновесия напряжения или тока в трехфазной системе определяют на основании пространственного вектора напряжения или тока при помощи подмодуля 33 модуля 3, вход которого соединен с выходом подмодуля 30.
Нарушение равновесия в трехфазной системе определено в норме CEI 61300-4-30 как соотношение между прямым напряжением или током и обратным напряжением или током на основной частоте трехфазной системы.
Таким образом, коэффициент kD трехфазного нарушения равновесия представляет собой соотношение модулей прямой составляющей и обратной составляющей на основной частоте трехфазной системы.
Преобразование Фурье применяют к пространственному вектору при помощи подмодуля 30, который выдает амплитудный спектр этой величины в подмодуль 33. Последний использует затем прямую и обратную составляющие на основной частоте согласно следующей формуле:
В варианте можно вычислять коэффициенты нарушения равновесия, связанные с гармониками трехфазной системы, применяя предыдущую формулу для необходимых гармонических частот.
Коэффициент нарушения равновесия тоже вычисляют в скользящем окне, продолжительность которого составляет, например, 200 мс. Таким образом, вычисление осуществляют в реальном времени. Продолжительность окна можно выбирать в соответствии с нормой CEI 61300-4-30, и она обеспечивает одновременно хорошее спектральное разрешение (5 Гц) и короткое время реакции для обнаружения нарушений равновесия.
Спады напряжения или тока определяют на основании пространственного вектора при помощи подмодуля 34 модуля 3, вход которого соединен с выходом подмодуля 30. В дальнейшем будут рассматриваться спады напряжения с учетом того, что вычисления можно транспонировать на случаи спадов тока.
В отсутствие спада напряжения в трехфазной сети пространственный вектор напряжения описывает на комплексной плоскости на основной частоте сети окружность, радиус которой равен номинальному напряжению Vnom.
Когда наступает спад напряжения, пространственный вектор напряжения описывает на комплексной плоскости на основной частоте сети эллипс, меньший радиус которого меньше номинального напряжения Vnom. Чем меньше меньший радиус эллипса, тем больше спад.
Показатель kC спада напряжения является соотношением между меньшим радиусом эллипса и номинальным напряжением Vnom. Показатель спада напряжения определяют на основании пространственного вектора, к которому применяют преобразование Фурье при помощи подмодуля 30. Таким образом, получают амплитудный спектр этой величины. Подмодуль 30 выдает его в подмодуль 34, который затем определяет модули прямой и обратной составляющих на основной частоте и использует их согласно следующей формуле:
Показатель kC спада напряжения равен разности модуля прямой составляющей и модуля обратной составляющей на основной частоте, поделенной на значение номинального напряжения сети.
На практике вычисления осуществляют в скользящем окне, временная длина которого равна, например, двум периодам основной частоты. Этот размер окна позволяет правильно оценить спектр пространственного вектора и быстро обнаруживать появление спада.
Когда показатель kC спада напряжения остается близким к 1, например остается больше порога, равного 0,9, спада нет.
Когда показатель kC спада напряжения становится меньше установленного порога в течение данного времени, например, равного, по меньшей мере, полупериоду основной частоты, обнаруживают спад. Чем ближе к 0 показатель спада напряжения, тем больше или глубже спад.
Значение порога обнаружения и минимальную продолжительность спада выбирают, например, таким образом, чтобы они соответствовали классу А, определенному в норме CEI 61300-4-30. Их может регулировать пользователь.
Перенапряжения или скачки силы тока определяют на основании пространственного вектора при помощи подмодуля 35 модуля 3, вход которого соединен с выходом подмодуля 30.
В дальнейшем будет рассматриваться перенапряжение с учетом того, что вычисления можно транспонировать для случая скачков силы тока.
В отсутствие перенапряжения в трехфазной сети пространственный вектор напряжения описывает на комплексной плоскости на основной частоте сети окружность, радиус которой равен номинальному напряжению Vnom.
Когда наступает перенапряжение, пространственный вектор напряжения описывает на комплексной плоскости на основной частоте сети эллипс, больший радиус которого больше номинального напряжения Vnom. Чем больше больший радиус эллипса, тем больше перенапряжение.
Показатель ks перенапряжения определяют на основании пространственного вектора, к которому применяют преобразование Фурье при помощи подмодуля 30. Таким образом, получают амплитудный спектр этой величины. Подмодуль 30 выдает его в подмодуль 35, который затем определяет модули прямой и обратной составляющих на основной частоте и использует их согласно следующей формуле:
Показатель ks перенапряжения равен сумме модуля прямой составляющей и модуля обратной составляющей на основной частоте, поделенной на значение номинального напряжения сети.
На практике вычисления осуществляют в скользящем окне, временная длина которого равна, например, двум периодам основной частоты. Этот размер окна позволяет правильно оценить спектр пространственного вектора и быстро обнаруживать появление перенапряжения.
Когда показатель kS перенапряжения остается близким к 1, например остается меньше порога, равного 1,1, перенапряжения нет.
Когда показатель kS спада напряжения становится больше установленного порога в течение данного времени, например, равного, по меньшей мере, полупериоду основной частоты, обнаруживают перенапряжение. Чем больше показатель kS спада напряжения, тем больше перенапряжение.
Значение порога обнаружения и минимальную продолжительность перенапряжения выбирают, например, таким образом, чтобы они соответствовали классу А, определенному в норме CEI 61300-4-30. Их может регулировать пользователь.
Мерцание напряжения типа “фликер” измеряют на основании пространственного вектора при помощи подмодуля 37 модуля 3.
Классически мерцание напряжения измеряют для одной фазы при помощи прибора, называемого фликерметром. Входной данной фликерметра является напряжение фазы, которое является величиной с реальным значением.
Согласно изобретению подмодуль 36 соединен с входом модуля 3. Подмодуль 36 получает пространственный вектор напряжения. Он определяет действительную часть пространственного вектора напряжения, затем передает ее на вход подмодуля 37, который является фликерметром. Именно трехфазная информация, содержащаяся в реальной части пространственного модуля напряжения, позволяет анализировать мерцания напряжения. На выходе фликерметр 37 выдает коэффициент kF мерцания, который является общим измерением мерцаний напряжения трехфазной системы.
На практике вычисления осуществляют в скользящем окне, временная длина которого равна, например, 500 мс. Несмотря на то, что норма CEI 61300-4-30 уточняет, что период наблюдения для мерцаний напряжения можно выбирать из следующих значений: 1 мин, 5 мин, 10мин и 15 мин, более короткий период наблюдения позволяет быстро обнаруживать мерцания и лучше отслеживать быстрые мерцания напряжения типа фликера.
Согласно предпочтительному варианту выполнения модуль 3 позволяет также определять, по меньшей мере, один энергетический параметр, такой как общие действующие значения, называемые значениями RMS (от английского Root Mean Square) напряжения и/или тока, а также различные общие мощности, такие как активная, реактивная и кажущаяся общие мощности. Эти мощности служат базой для вычисления энергетического потребления трехфазной системы.
Подмодуль 38 соединен с входом модуля 3 и получает пространственный вектор и униполярную составляющую напряжения и/или тока. Подмодуль 38 определяет общее действующее значение либо напряжения, либо тока в целом для трехфазной сети согласно следующей формуле:
,
где оператор μТ выражает операцию усреднения за период времени Т, предпочтительно равный целому кратному периода основной частоты трехфазной электрической сети.
Таким образом, можно определять общее эффективное значения напряжения VRMS и/или общее эффективное значение тока IRMS.
Подмодуль 39 соединен на входе с модулем 3 и получает пространственный вектор и униполярную составляющую напряжения и тока. Подмодуль 39 определяет, по меньшей мере, общую мощность, характеризующую трехфазную сеть.
Общую трехфазную активную мощность Р вычисляют по формуле:
,
где 
являются соответственно пространственным вектором тока и пространственным вектором напряжения, а оператор * выражает скалярное произведение.
Общую трехфазную кажущуюся мощность S вычисляют по формуле:
,
где VRMS является общим действующим значением напряжения, а IRMS является общим действующим значением тока.
Общую трехфазную реактивную мощность Q вычисляют по формуле:
Знак общей трехфазной реактивной мощности Q можно определить на основании анализа мощности на основной частоте с применением дискретного преобразования Фурье на основной частоте сети.
В варианте общую трехфазную реактивную мощность Q можно определять аналогично общей трехфазной активной мощности Р, но с использованием сигнала напряжения или тока, вычисленного по квадратуре относительно оригинального сигнала.
На основании этих измерений мощности можно определять общее трехфазное потребление энергии посредством интегрирования во времени.
Каждый из описанных выше подмодулей 32-37 и 38-39 имеет выход, соединенный с входом модуля 4 индикации результатов.
Индикация результатов может быть более или менее точной в зависимости от потребностей пользователя. Так, индикация может, например, показывать просто отсутствие или присутствие нарушений в трехфазной электрической сети. Например, на экран выводится форма, описываемая пространственным вектором на комплексной плоскости. Чем больше эта форма отличается от окружности, тем больше возмущений в трехфазной электрической сети, то есть напряжение и/или ток являются не синусоидальными и/или неуравновешенными.
В варианте с каждым из параметров, определяемых в соответствии с изобретением, можно связывать бинарную индикацию.
Индикация может также представлять собой показание уровня серьезности обнаруженных нарушений, например, посредством цветового кода или при помощи курсора на градуированной шкале.
Индикация может также показывать точное количественное определение обнаруживаемых нарушений, например, при помощи кривых и/или в виде цифровых значений.
С переходом порогов параметрами, определяемыми в соответствии с изобретением, можно также связать визуальные и звуковые тревожные сигналы.
Предпочтительно модуль 4 предоставляет пользователю соответствующий интерфейс, который позволяет выбирать один или несколько отслеживаемых параметров, а также один из вышеуказанных уровней точности для каждого параметра.
Модуль 4 может содержать или может быть связан с запоминающим устройством (не показано) для сохранения результатов, выдаваемых модулем 3.
На фиг. 3 представлен частный вариант выполнения устройства в соответствии с изобретением.
Устройство 10 имеет общую структуру компьютера. В частности, оно содержит процессор 100, исполняющий компьютерную программу, осуществляющую способ в соответствии с изобретением, запоминающее устройство 101, входной интерфейс 102 и выходной интерфейс 103 для выведения результатов вычислений, производимых процессором.
Эти различные элементы классически связаны между собой через шину.
Входной интерфейс 102 предназначен для соединения с фазами трехфазной сети с целью осуществления измерений напряжения и/или тока.
Процессор 100 производит обработки, описанные выше со ссылками на фиг. 1 и 2. Эти обработки представляют собой командные коды компьютерной программы, записанные в запоминающем устройстве 101 перед их исполнением процессором 100.
Кроме того, запоминающее устройство 101 может сохранять результаты произведенных обработок.
Выходной интерфейс 103 обеспечивает индикацию результатов или, в варианте, соединение с монитором.
Как показано на фиг. 4, способ анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети в соответствии с изобретением, осуществляемый описанным выше устройством, включает в себя этапы Е1-Е4.
Этап Е1 представляет собой сбор данных. При этом предполагается, что входной интерфейс модуля 1 был предварительно подключен к каждой фазе трехфазной электрической сети для мгновенного измерения электрических величин в одной точке сети. Этими величинами являются напряжения и/или токи фаз.
Этап Е1 продолжается этапом Е2, который представляет собой моментальное трехмерное преобразование ранее измеренных величин. В результате получают пространственный вектор и униполярную составляющую.
Следующий этап Е3 включает в себя определение, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего качество электрической сети в трехфазной электрической сети, в зависимости от пространственного вектора.
В случае необходимости, это определение можно также осуществлять в зависимости от униполярной составляющей.
Определяемые параметры можно выбирать из группы, в которую входят:
- Коэффициент kH трехфазного гармонического искажения, который характеризует гармоническое загрязнение напряжения или тока,
- Коэффициент kD трехфазного нарушения равновесия, который характеризует нарушения равновесия напряжения или тока,
- Показатель kC спада трехфазного напряжения или тока, который характеризует спады напряжения или тока,
- Показатель kS трехфазного перенапряжения или скачка силы тока, который характеризует перенапряжения или скачки силы тока,
- Показатель kF мерцания напряжения или “фликера”, который характеризует мерцания напряжения.
Для определения этих параметров применяют описанные выше вычисления.
Кроме того, этап Е3 может включать в себя определение, по меньшей мере, одного энергетического параметра трехфазной электрической сети в зависимости от пространственного вектора и от униполярной составляющей.
Определяемые энергетические параметры выбирают из группы, в которую входят:
- общие действующие значения, называемые значениями RMS (от английского Root Mean Square), напряжения и/или тока,
- различные общие мощности, такие как активная, реактивная и кажущаяся общие мощности. Эти мощности служат базой для вычисления энергетического потребления электрической системы.
Для определения этих параметров применяют описанные выше вычисления.
Предпочтительно этап Е3 включает в себя предварительное конфигурирование, во время которого пользователь выбирает определяемый(ые) параметр(ы) при помощи соответствующего интерфейса пользователя.
За этапом Е3 следует этап Е4, на котором происходит индикация результатов этапа Е3. Как было указано выше, индикация может различаться по нескольким уровням детализации. Кроме того, она может включать в себя тревожные сигналы в случае обнаружения нарушений.
Изобретение применяют для быстрого и точного обнаружения различных нарушений в трехфазных электрических сетях.
Оно позволяет также обнаруживать присутствие загрязняющих источников и направление распространения порождаемых ими нарушений, в частности, в сети большого размера.
Изобретение позволяет, например, отслеживать нарушения, вызываемые присутствием в сети ветроэнергетических установок. Обычно ветроэнергетическая установка является причиной гармонического загрязнения и мерцаний напряжения типа «фликера».
Авторы изобретения показали экспериментальным путем, что оно позволяет обнаруживать эти нарушения.
1. Способ анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети, отличающийся тем, что содержит следующие этапы, на которых:
- измеряют (Е1) совокупность электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу,
- формируют (Е2) пространственный вектор на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин,
- определяют (Е3) совокупность, содержащую, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, в зависимости от зависящего от времени пространственного вектора, вычисленного в скользящем окне.
2. Способ анализа по п. 1, отличающийся тем, что совокупность, содержащая, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, включает в себя, по меньшей мере, один параметр, выбранный из группы, состоящей из:
- параметра (kD), характеризующего нарушение равновесия напряжения или тока в трехфазной сети;
- параметра (kC), характеризующего спад напряжения или тока,
- параметра (kS), характеризующего перенапряжение или скачок силы тока,
- параметра (kF), характеризующего мерцание напряжения.
3. Способ анализа по п. 1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя формирование нулевой последовательности на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин.
4. Способ анализа по п. 3, отличающийся тем, что определение совокупности, содержащей, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, осуществляют также в зависимости от нулевой последовательности, и тем, что упомянутый, по меньшей мере, один параметр (kH) характеризует гармоническое загрязнение напряжения или тока.
5. Способ анализа по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя определение, по меньшей мере, одного энергетического параметра трехфазной электрической сети в зависимости от зависящего от времени пространственного вектора, вычисленного в скользящем окне, или от нулевой последовательности.
6. Способ анализа по п. 5, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один энергетический параметр выбирают из группы, состоящей из:
- общего действующего значения (XRMS) тока или напряжения,
- общей трехфазной активной мощности (P),
- общей трехфазной кажущейся мощности (S),
- общей трехфазной реактивной мощности (Q).
7. Способ анализа по п. 1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап индикации формы, описываемой пространственным вектором на комплексной плоскости.
8. Способ анализа по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап индикации формы, описываемой пространственным вектором на комплексной плоскости.
9. Устройство анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети, отличающееся тем, что содержит:
- средства (1) измерения совокупности электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу,
- средства (2) формирования пространственного вектора на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин,
- средства (3) определения совокупности, содержащей, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, в зависимости от зависящего от времени пространственного вектора, вычисленного в скользящем окне.
10. Устройство анализа по п. 9, отличающееся тем, что средства определения выполнены с возможностью определения совокупности, содержащей, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, выбранный из группы, состоящей из:
- параметра (kD), характеризующего нарушение равновесия напряжения или тока в трехфазной сети;
- параметра (kC), характеризующего спад напряжения или тока,
- параметра (kS), характеризующего перенапряжение или скачок силы тока,
- параметра (kF), характеризующего мерцание напряжения.
11. Устройство анализа по п. 9 или 10, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства (2) формирования нулевой последовательности на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин.
12. Устройство анализа по п. 11, отличающееся тем, что средства определения совокупности, содержащей, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, выполнены также с возможностью определения в зависимости от нулевой последовательности, и тем, что выполнены с возможностью определения параметра (kH), характеризующего гармоническое загрязнение напряжения или тока.
13. Устройство анализа по п. 11, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства (3) определения, по меньшей мере, одного энергетического параметра трехфазной электрической сети в зависимости от пространственного вектора или от нулевой последовательности.
14. Устройство анализа по п. 13, отличающееся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один энергетический параметр выбирают из группы, состоящей из:
- общего действующего значения (XRMS) тока или напряжения,
- общей трехфазной активной мощности (P),
- общей трехфазной кажущейся мощности (S),
- общей трехфазной реактивной мощности (Q).
15. Устройство анализа по п. 9 или 10, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства (4) индикации формы, описываемой пространственным вектором на комплексной плоскости.
16. Устройство анализа по п. 11, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства (4) индикации формы, описываемой пространственным вектором на комплексной плоскости.
17. Носитель информации, считываемый компьютером, на котором записана компьютерная программа, содержащая команды для осуществления этапов способа по любому из пп. 1-8.
