Способ анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оценке показателей качества электрической энергии (КЭЭ) в системе промышленного электроснабжения. Технический результат: обеспечение автоматического анализа показателей качества электрической энергии системы электроснабжения промышленного потребителя. Сущность: измеряют совокупность мгновенных значений фазных токов и/или напряжений, формируют пространственный вектор на основе преобразования Кларк совокупности измеренных токов и/или напряжений. Определяют совокупность, содержащую, по меньшей мере, один показатель, характеризующий качество электрической энергии. Сравнивают отдельные показатели качества электрической энергии с их нормируемыми значениями для текущего режима системы промышленного электроснабжения. Предварительно анализируют график нагрузки промышленного потребителя и выявляют интервалы стационарности графика нагрузки. На соответствующих интервалах стационарности для анализа качества электрической энергии выбирают показатели и типы контрольных карт Шухарта, с помощью которых определяют статистическую устойчивость показателей качества электрической энергии для текущего режима функционирования системы промышленного электроснабжения путем сопоставления статистических параметров показателей качества электрической энергии с нормируемыми значениями. В качестве нормируемых значений показателей качества электрической энергии выбирают граничные значения контрольных карт Шухарта, которые формируют по результатам имитационного моделирования системы электроснабжения или реальных измерений показателей качества электрической энергии на интервалах стационарности графика нагрузки при условиях работы промышленного потребителя с соблюдением требований качества электрической энергии. По результатам сравнения статистических параметров показателей качества электрической энергии с нормируемыми значениями определяют необходимость реализации организационно-технических мероприятий по приведению показателей качества электрической энергии к нормируемым значениям. 6 ил.

 

Предполагаемое изобретение относится к измерительной технике, а именно к оценке показателей качества электрической энергии (КЭЭ) в системе промышленного электроснабжения. Оно может быть использовано для определения влияния показателей КЭЭ в трехфазной системе на функционирование электроприемников конечных промышленных потребителей и последующей оценки необходимости реализации управляющих воздействий с целью восстановления их нормального электроснабжения.

Известен способ анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения [Патент РФ № 2741269, МПК G01R 19/00, опубл. 22.01.2021 Бюл. № 3], содержащий этапы, на которых: измеряют совокупность электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу; формируют пространственный вектор на основе моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин. Согласно предложению текущую совокупность комплексных мгновенных значений пространственного вектора нормируют в заданном скользящем окне и затем подают на блок распознавания, на другие входы которого подают сформированные по результатам имитационного моделирования аналогичные совокупности комплексных мгновенных значений пространственного вектора, характерные и соответствующие нарушениям показателей качества электрической энергии в анализируемой системе электроснабжения промышленного потребителя, по результатам сравнения в блоке распознавания текущей совокупности комплексных мгновенных значений пространственного вектора с совокупностями комплексных мгновенных значений пространственного вектора, полученными по результатам имитационного моделирования, определяют соответствующие им условия имитационного моделирования, а также степень и источник искажений токов и напряжений в трехфазной системе промышленного электроснабжения, при этом формируют сигнал, характеризующий нарушения качества электрической энергии, на выходе блока распознавания.

В способе анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения вводится обобщенный показатель КЭЭ потребителей, который не позволяет проводить глубокий и дифференцированный автоматический анализ отклонений показателей КЭЭ (ПКЭЭ) системы электроснабжения промышленного потребителя и обеспечить в последующем реализацию мероприятий по повышению КЭЭ.

Известен способ анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети [Патент РФ № 2613584, МПК G01R 19/25, опубл. 27.11.2015, Бюл. № 33], содержащий этапы, на которых: измеряют совокупность электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу, формируют пространственный вектор на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин, определяют 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.

В состав параметров известного способа, характеризующих качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, например, могут входить:

- показатель (k_D), характеризующий нарушение равновесия напряжения или тока в трехфазной сети;

- показатель (k_C), характеризующий спад напряжения или тока;

- показатель (k_S), характеризующий перенапряжение или скачок силы тока, - параметра (k_F), характеризующего мерцание напряжения;

- показатель (k_H), характеризующий гармоническое «загрязнение» напряжения или тока.

В известном способе и устройстве его реализующем, анализ КЭЭ с использованием указанных выше показателей выполняется с помощью средств индикации. При этом индикация может различаться по нескольким уровням детализации. Кроме того, она может включать в себя тревожные сигналы в случае обнаружения нарушений. Однако такое техническое решение нельзя применять для автоматического анализа влияния отклонений ПКЭЭ на производственный процесс потребителя.

Наиболее близким техническим решение является способ анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети [Патент РФ № 2763121, МПК G01R 19/00, опубл. 27.12.2021 Бюл. № 36], содержащий этапы, на которых: измеряют совокупность электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу, формируют пространственный вектор на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин, определяют совокупность, содержащую, по меньшей мере, один параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети. Согласно предложению выходной сигнал, характеризующий результаты анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети, формируют на основе выборочного контроля обобщенного показателя качества электрической энергии, который получают по результатам сравнения отдельных показателей качества электрической энергии с их нормируемыми значениями для текущего режима работы электрической сети, а также взвешенного суммирования результатов сравнений, коэффициенты при взвешенном суммировании получают путем экспертных оценок или имитационного моделирования ущербов потребителям при отклонениях каждого из показателей качества электроэнергии от нормируемого значения, при выборочном контроле используют процедуру последовательного анализа, уставочные значения для которой определяют по результатам имитационного моделирования электрической сети с учетом режимов работы электроприемников потребителей.

В способе-прототипе вводится обобщенный показатель КЭЭ потребителей, который не позволяет проводить глубокий и дифференцированный автоматический анализ отклонений показателей ПКЭЭ системы электроснабжения промышленного потребителя и обеспечить в последующем реализацию мероприятий по повышению КЭЭ.

В отношении показателей КЭЭ следует отметить, что их отклонения в точке присоединения (ГОСТ 32144-2013) подразделяют на продолжительные изменения и случайные события, которые ввиду кратковременности последних, как правило, не оказывают какого-либо влияния на электроустановки потребителей, а по результатам таких отклонений не следует реализовать организационно-технические мероприятия по восстановлению ПКЭЭ. С другой стороны, для систем электроснабжения с источниками распределенной генерации, включая объекты на основе возобновляемых источников энергии, характерны быстро изменяющиеся режимы, сопровождающиеся существенными отклонениями ПКЭЭ. При этом для оценки токов и напряжений в системах электроснабжения выделяются короткие временные интервалы (скользящее окно данных), составляющие, например [Илюшин П.В., Куликов А.Л. Автоматика управления нормальными и аварийными режимами энергорайонов с распределенной генерацией / П.В. Илюшин, А.Л. Куликов. - Нижний Новгород: НИУ РАНХиГС. 2019. - 364 с], один период промышленной частоты. Требуемой разрешающей способности по частоте для определения, например, искажающих гармоник [например, Рибейро Пауло Ф., Дуке Карлос А., да Силвейра Пауло М., Серкейра Аугусто С. Обработка сигналов в интеллектуальных сетях энергосистем. - М.: ТЕХНОСФЕРА. 2020. - 480 с.] на таких коротких временных интервалах не удается достичь. Вследствие этого результаты вычисления некоторых ПКЭЭ будут не точными и не адекватными реальной ситуации с искажениями токов и напряжений.

Отметим, что случайные отклонения ПКЭЭ могут быть итогом действия многих относительно несущественных дестабилизирующих причин, присутствующих при нормальном ходе технологического процесса промышленного потребителя, например случайные колебания твердости или исходного размера заготовок, случайные колебания при позиционировании режущего инструмента в производственной линии и т. д.

С другой стороны, неслучайные отклонения ПКЭЭ могут быть итогом действия значительных дестабилизирующих причин, которые существенно изменяют ход технологического процесса промышленного потребителя, например, переналадка производственной линии, новая партия заготовок или отдельные заготовки в партии с другой твердостью, браком и т. п.

Если технологический процесс промышленного потребителя связан с воздействием обычных случайных причин (факторов), то колебания ПКЭЭ в точке его присоединения будут сравнительно небольшими и иметь достаточно устойчивый характер. То есть процесс будет находиться в статистически устойчивом или управляемом состоянии. Возможно, что по случайным причинам произойдет значительное отклонение ПКЭЭ, однако вероятность такого события достаточно мала, и на практике такие отклонения почти невозможны.

Если же на технологический процесс промышленного потребителя воздействуют особые (неслучайные) причины, то они могут приводить к тому, что отклонения ПКЭЭ становятся статистически неустойчивы. При этом, например, один или несколько контролируемых ПКЭЭ значительно изменяет свое среднее значение или значительно увеличивается разброс. Такое отклонение считается сигналом для реализации организационно-технических мероприятий, направленных на приведение ПКЭЭ в допустимые диапазоны.

Для определения границ между чисто случайными отклонениями ПКЭЭ и достаточно значительными, недопустимыми отклонениями, которые уже нельзя считать случайными, целесообразно использовать контрольные карты Шухарта [например, рекомендации по стандартизации Р 50.1.018-98 Обеспечение стабильности технологических процессов в системах качества по моделям ИСО серии 9000. Контрольные карты Шухарта].

Принципы использования контрольных карт Шухарта исходят из понятия статистически устойчивого состояния процесса. При статистическом управлении (регулировании) процесса электроснабжения промышленного потребителя применение карт Шухарта позволяет удерживать его в наилучшем из возможных состояний.

В ходе анализа и управления отклонениями ПКЭЭ с использованием контрольных карт реализуют этап предварительного исследования (имитационного моделирования) для участков стационарности графика нагрузки промышленного потребителя, в течение которых процесс электроснабжения считается эталонным. В течение этих периодов технологический процесс должен идти не лучше и не хуже, чем это принято при нормальном ходе промышленного производства.

При этом основной задачей является оценка характеристики изменчивости ПКЭЭ в процессе электроснабжения промышленного потребителя. Статистическими методами реализуется определение характеристик разброса при использовании количественных данных ПКЭЭ, или оценка среднего значения уровня несоответствий при использовании альтернативных данных.

Для контрольных карт с количественными данными должно быть указано целевое значение нормируемого ПКЭЭ, чаще всего - центра его допустимых значений. Задача анализа и управления КЭЭ с применением контрольных карт Шухарта в этом случае состоит в «наилучшем удержании» математического ожидания ПКЭЭ около целевого нормируемого значения. Выше и ниже целевого нормируемого значения ПКЭЭ на определенном расстоянии проводят две контрольные границы для будущих наблюдаемых значений статистической характеристики расположения [ГОСТ Р 50779.42-99 Статистические методы. Контрольные карты Шухарта]. Если выборочные значения ПКЭЭ находятся внутри контрольных границ, считают, что ПКЭЭ в точке присоединения промышленного потребителя находится в статистически устойчивом состоянии. Если какая-то очередная точка выйдет за пределы контрольных границ, считают, что отклонения ПКЭЭ превышают допустимые значения. Таким образом, контрольные карты Шухарта можно применять для анализа КЭЭ в системе промышленного электроснабжения.

Для контрольных карт с альтернативными данными на основании этапа предварительного исследования (имитационного моделирования) также проводят контрольную границу для будущих выборочных значений ПКЭЭ. Если очередное выборочное значение ПКЭЭ выйдет за верхнюю контрольную границу, это будет сигналом о том, что уровень несоответствий существенно возрос по сравнению с этапом предварительного исследования. Если точки будут находиться внутри контрольных границ, следует считать, что ПКЭЭ в процессе электроснабжения промышленного потребителя находятся статистически устойчивом состоянии, как на этапе предварительного исследования.

Как для контрольных карт, использующих количественные данные, так и для карт, использующих альтернативные данные, выход очередного выборочного значения ПКЭЭ за контрольную границу указывает, что необходимо реализовать организационно-технические мероприятия по приведению ПКЭЭ в пределы допустимых значений и выявить причины существенных отклонений ПКЭЭ с выходом их из состояния статистической устойчивости.

Отметим, что анализ причинно-следственных связей существенных отклонений ПКЭЭ и планирование мероприятий по приведению их к нормативным значениям можно реализовать с применением карт Исикавы [Исикава Каэру. Японские методы управления качеством. М.: Экономика, 1987. -215 с.].

Задача изобретения - разработка способа позволяющего проводить автоматический анализ показателей качества электрической энергии системы электроснабжения промышленного потребителя и обеспечить в последующем реализацию мероприятий по повышению качества электрической энергии.

Поставленная задача достигается способом анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения, содержащим этапы, на которых: измеряют совокупность мгновенных значений фазных токов и/или напряжений, при этом совокупность содержит один ток и/или напряжение на каждую фазу, формируют пространственный вектор на основе преобразования Кларк совокупности измеренных токов и/или напряжений, определяют совокупность, содержащую, по меньшей мере, один показатель, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения, результаты анализа качества электрической энергии формируют на основе контроля показателей качества электрической энергии, сравнивают отдельные показатели качества электрической энергии с их нормируемыми значениями для текущего режима системы промышленного электроснабжения. Согласно предложению предварительно анализируют график нагрузки промышленного потребителя и выявляют интервалы стационарности графика нагрузки, на соответствующих интервалах стационарности для анализа качества электрической энергии выбирают показатели и типы контрольных карт Шухарта, с помощью которых определяют статистическую устойчивость показателей качества электрической энергии для текущего режима функционирования системы промышленного электроснабжения путем сопоставления статистических параметров показателей качества электрической энергии с нормируемыми значениями, в качестве нормируемых значений показателей качества электрической энергии выбирают граничные значения контрольных карт Шухарта, которые формируют по результатам имитационного моделирования системы электроснабжения или реальных измерений показателей качества электрической энергии на интервалах стационарности графика нагрузки при условиях работы промышленного потребителя с соблюдением требований качества электрической энергии, по результатам сравнения статистических параметров показателей качества электрической энергии с нормируемыми значениями определяют необходимость реализации организационно-технических мероприятий в системе промышленного электроснабжения по приведению показателей качества электрической энергии к нормируемым значениям.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения.

На фиг. 2 приведен пример упрощенной схемы электроснабжения промышленного потребителя с механосборочным производством. Обозначение «ЭС» на фиг. 2 соответствует питающей электрической сети.

Фиг. 3 иллюстрирует участок непрерывного графика замеров напряжения (результатов имитационного моделирования) на шинах ГПП в точке 1, соответствующий графику нагрузки промышленного потребителя.

На фиг. 4 изображены мгновенные значения напряжения, полученные на интервале стационарности графика нагрузки (фиг. 3).

На фиг. 5 и фиг.6 представлены примеры контрольных карт Шухарта (Х карта и R карта) с нанесенными статистическими параметрами ПКЭЭ и контрольными границами.

Устройство, реализующее способ анализа КЭЭ в трехфазной системе промышленного электроснабжения (фиг. 1), включает последовательно соединенные модуль сбора данных 1; модуль трехмерного преобразования 2; модуль определения параметров 3, характеризующих КЭЭ; вычислительный блок 4; блок сравнения 5; блок логики 6; а также блок памяти 7. Выходы блока 3 с первого по М-й через вычислительный блок 4 подключены соответственно к первым входам схем сравнения 5₁…5_М блока сравнения 5. Вторые входы схем 5₁…5_М сравнения блока 5 объединены и подключены к первой группе выходов блока памяти 7. Выходы схем сравнения 5₁…5_М блока 5 подключены к соответствующим входам блока 6 логики, выходы которого подключены выходами устройства. Первый и второй информационные выходы блока памяти 7 подключены к информационным входам соответственно вычислительного блока 4 и блока логики 6. На первый и второй входы блока памяти 7 поступает информация о текущем режиме работы системы промышленного электроснабжения, результатах имитационного моделирования (исследования системы промышленного электроснабжения). Вход модуля сбора данных 1 подключен ко входу устройства, реализующего способ анализа КЭЭ в трехфазной системе промышленного электроснабжения.

Устройство (фиг. 1), реализующее способ анализа КЭЭ в трехфазной системе промышленного электроснабжения, функционирует следующим образом.

При реализации способа анализа КЭЭ в системе промышленного электроснабжения предпочтительно применение контрольных карт Шухарта по количественному признаку, поскольку они обеспечивают более вариативный анализ за счет использования количественных величин (а не альтернативных 0, 1) отклонений ПКЭЭ.

Статистическую устойчивость ПКЭЭ в процессе электроснабжения промышленного потребителя [например, рекомендации по стандартизации Р 50.1.018-98 Обеспечение стабильности технологических процессов в системах качества по моделям ИСО серии 9000. Контрольные карты Шухарта] можно определить по периодически реализуемым оценкам математического ожидания (среднего арифметического значения) μ и среднеквадратического отклонения σ. При совместном их применении используют двойные контрольные карты. Оценки μ и σ получают по мгновенным выборочным значениям ПКЭЭ.

Статистическую устойчивость параметра μ определяют относительно заданного нормативного (целевого) значения ПКЭЭ, обычно центра допустимого диапазона. Слежение за параметром μ, как правило, осуществляют по каждому выборочному мгновенному значению, причем определяют: среднее арифметическое (контрольные карты средних арифметических, Х -карта) или медиану (контрольная карта медиан, М-карта).

Для слежения за параметром σ (если оно проводится) по каждой мгновенной выборке ПКЭЭ, например, определяют: выборочное стандартное отклонение S (контрольные карты стандартных отклонений, A-карты) или размах R (контрольные карты размахов). Причем, под размахом подразумевают разность наибольшего и наименьшего значений в выборке ПКЭЭ.

На этапе предварительного исследования (имитационного моделирования) методами моделирования, или измерения в сочетании со сбором информации получают статистические данные о графике промышленной нагрузки. Производят анализ графика нагрузки с определением интервалов его стационарности, в том числе соответствующих им интервалов стационарности ПКЭЭ [Венцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. - 5-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 1998. - 576 с.].

Расчет статистических параметров ПКЭЭ на интервалах стационарности осуществляют по выборочным значениям ПКЭЭ, которые являются одной общей выборкой для каждого из ПКЭЭ. При этом формируют оценки математического ожидания (среднего арифметического значения) μ, а также среднеквадратического отклонения σ в соответствии с выражениями

где х_i - измеренное выборочное значение ПКЭЭ с порядковым номером i; n - размерность выборки на интервале стационарности графика нагрузки.

Если значения ПКЭЭ х_i имеют нормальный закон распределения, то между двумя границами (μ - 3σ) и (μ + 3σ) лежит подавляющее большинство всех возможных значений ПКЭЭ, а именно 99,73%. Таким образом, по чисто случайным причинам выход выборочных значений ПКЭЭ за эти границы практически невероятен.

В предлагаемом способе контрольные карты Шухарта применяются для анализа состояние статистической устойчивости ПКЭЭ в процессе электроснабжения «самих относительно себя» на рассматриваемом периоде времени. Точки, вышедшие за контрольные границы, дают информацию для планирования: следует определить, какой особый дестабилизирующий фактор воздействовал на процесс электроснабжения в соответствующий момент времени. В дальнейшем действие особых факторов должно быть предотвращено или скомпенсировано путем реализации организационно-технических мероприятий, направленных на приведение ПКЭЭ в зоны исходных допустимых значений.

Отметим, что в течение предварительного периода исследования (имитационного моделирования) процесс электроснабжения считается «эталонным». Он должен быть не лучше и не хуже, чем это принято при нормальном протекании анализируемого промышленного производства.

При этом основной задачей является оценка характеристики изменчивости процесса электроснабжения, т.е. определение характеристики разброса при использовании количественных данных, или оценка среднего значения уровня несоответствий ПКЭЭ нормативным значениям при использовании альтернативных данных (например, в виде среднего числа несоответствующих ПКЭЭ в выборке заданного объема). Для контрольных карт с количественными данными должно быть указано целевое значение ПКЭЭ, чаще всего - центра диапазона допустимых значений.

Соответственно задачей управления КЭЭ становится «наилучшее удержание» ПКЭЭ вблизи целевого значения. Выше и ниже этого значения на заданном расстоянии проводят две контрольные границы. Если значения статистических характеристик ПКЭЭ находятся внутри контрольных границ, считают, что технологический процесс промышленного потребителя находится в статистически устойчивом состоянии. При отклонении значений статистических характеристик ПКЭЭ за пределы контрольных границ, считают, что необходимы анализ причин отклонений и реализация организационно-технических мероприятий по приведению ПКЭЭ в пределы допустимого диапазона.

Поясним применение способа анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения на примере оценки статистических характеристик величины отклонения напряжения.

На фиг. 2 приведен пример упрощенной схемы электроснабжения потребителя с механосборочным производством, включающей главную понизительную подстанцию (ГПП) напряжением 110/10 кВ, питающие кабельные линии и цеховые трансформаторные подстанции (ТП) 10/0,4 кВ. Для схемы (фиг. 1) получены фактические данные замеров величины отклонения напряжения на шинах 10 кВ ГПП (точка 1).

На фиг. 3 приведен участок непрерывного графика замеров напряжения (результатов имитационного моделирования) на шинах ГПП в точке 1, соответствующий графику нагрузки промышленного потребителя.

Для оценки динамики изменения величины отклонений напряжения на фиг. 4 представлены значения отклонений напряжения, полученные на интервале стационарности графика нагрузки, длительность которого составила 110 мин.

Проведем анализ профиля напряжения с применением статистического подхода, воспользовавшись выражениями (1), (2) на интервалах стационарности графика нагрузки. Отметим, что нагрузка потребителей носит случайный характер и имеет нормальный закон распределения, т.е. отклонения ПКЭЭ относительно средней величины будут носить тоже нормальный закон распределения.

Как указывалось ранее, на этапе предварительного исследования (имитационного моделирования) методами моделирования, или измерения в сочетании со сбором информации получают статистические данные о профиле напряжения в точке присоединения промышленного потребителя (контрольной точке). Производят анализ профиля напряжения с определением интервалов его стационарности. По выражениям (1) и (2) на интервале стационарности определяют среднее значение профиля напряжения и границы контрольной карты Шухарта для средних значений (Х-карты). Аналогичные статистические характеристики получают для контрольной карты Шухарта размахов напряжения (R-карты). Границы контрольных карт считают нормируемыми значениями для анализа КЭЭ в трехфазной системе промышленного электроснабжения. Эти значения, соответствующие интервалу стационарности (текущему режиму функционирования системы электроснабжения промышленного потребителя) заносят в блок памяти 7 устройства (фиг. 1).

Таким образом, при реализации способа анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения и выполнении предварительного имитационного моделирования формируется база данных допустимых отклонений ПКЭЭ в анализируемых точках присоединения и режимах функционирования системе промышленного электроснабжения.

Модуль 1 устройства, реализующего способ анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения (фиг. 1) выполнен с возможностью подключения к каждой фазе трехфазной электрической сети промышленного потребителя и периодического измерения фазных значений токов и напряжений в анализируемых точках присоединения. В модуле 1 выполняется аналого-цифровое преобразование и на его выход подаются мгновенные значения фазных токов и напряжений.

Модуль 1 (фиг. 1) подключен к модулю 2 трехмерного преобразования. В каждый момент времени модуль 2 принимает мгновенные значения фазных токов и/или напряжений x_a(n), x_b(n), x_c(n) (где n - текущее дискретное время), измеренных в анализируемой точке присоединения трехфазной электрической сети. В модуле 2 осуществляется преобразование Кларк, являющееся разновидностью преобразования симметричных составляющих,

Две первые составляющие, полученные в результате преобразования (1), объединяются для получения комплексного числа, зависящего от дискретного времени и называемого пространственным вектором:

Пространственный вектор содержит всю необходимую информацию об исходной трехфазной системе для анализа КЭЭ [Патент РФ № 2613584, МПК G01R 19/25, опубл. 17.03.2017, Бюл. № 8].

Мгновенные значения комплексного вектора из модуля 2 устройства поступают на модуль 3 определения показателей, характеризующих КЭЭ. В модуле 3 по мгновенным значениям комплексного пространственного вектора производится расчет ПКЭЭ. Состав рассчитываемых ПКЭЭ определяется заблаговременно с учетом технологических особенностей промышленного потребителя, а также его ущербов при отклонении ПКЭЭ от нормативных значений. В число рассчитываемых параметров могут, например, входит параметры из группы, определяемые ГОСТ 32144-2013, или вычисляемые, например, в [Патент РФ № 2613584, МПК G01R 19/25, опубл. 17.03.2017, Бюл. № 8]:

- параметр (k_D), характеризующий нарушение равновесия напряжения или тока в трехфазной сети;

- параметр (k_C), характеризующий спад напряжения или тока;

- параметр (k_S), характеризующий перенапряжение или скачок силы тока, - параметра (k_F), характеризующего мерцание напряжения;

- параметр (k_H), характеризующий гармоническое «загрязнение» напряжения или тока.

В каждый выборочный момент времени на первые входы вычислительного блока 4 поступают расчетные значения ПКЭЭ. В блоке 4 реализуется статистическая обработка выборочных значений ПКЭЭ для осуществления анализа КЭЭ с помощью контрольных карт Шухарта. Статистическая обработка каждого из ПКЭЭ выполняется по выражениям (1), (2) в течении заданного на этапе предварительного имитационного моделирования скользящем временном интервале, включающем (n) мгновенных выборочных отсчетов ПКЭЭ. Следует отметить, что выбор параметра (n) статистической обработки ПКЭЭ может осуществляться, например, исходя из длительности текущего интервала стационарности графика нагрузки, необходимых требований по быстродействию устройства (фиг. 1), особенностей технологического процесса промышленного потребителя и др. Значения параметра (n) (скользящего временного интервала) для реализации операций обработки выдаются с первого информационного выхода блока 7 на информационный вход вычислительного блока 4 на каждом интервале стационарности графика нагрузки. В результате операций обработки выборочных (мгновенных) значений ПКЭЭ формируется соответствующий массив статистических параметров для организации процедуры анализа КЭЭ на основе контрольных карт Шухарта. При этом сопоставление статистических параметров ПКЭЭ с их контрольными границами (допустимыми диапазонами) осуществляется в блоке сравнения 5.

Блок сравнения 5 содержит М схем сравнения 5₁ … 5_М. Число М схем сравнения блока 5 определяется максимальным числом ПКЭЭ, необходимым для проведения анализа КЭЭ на всех интервалах стационарности графика нагрузки. Соответственно, на каждом из интервалов стационарности задействуется только требуемое число схем сравнения, например, исходя из количества и особенностей электроприемников промышленного потребителя, подключенных в текущем режиме к точке присоединения (анализа КЭЭ). На первые входы схем сравнения 5₁ … 5_М с выходов вычислительного блока 4 подаются статистические параметры ПКЭЭ (например, для k_D, k_C, k_S, k_H). На вторые входы схем сравнения 5₁ …5_М с первой группы выходов блока памяти 7 поступают контрольные границы карт Шухарта (допустимые диапазоны) ПКЭЭ, характерные текущему режиму работы системы промышленного электроснабжения. Дополнительно на вторые входы схем сравнения 5₁ …5_М с первой группы выходов блока памяти 7 поступают задающие сигналы, определяющие задействование в процедуре анализа КЭЭ необходимых схем сравнения для текущего интервала графика нагрузки. По результатам сравнения, выполняемом в блоке 5, для каждого мгновенного значения формируется совокупность дискретных сигналов результатов сравнения статистических параметров ПКЭЭ с контрольными границы карт Шухарта (допустимыми диапазонами) ПКЭЭ, которая с выходов схем сравнения 5₁ … 5_М подается на входы блока логики 6.

В блок памяти 7 устройства (фиг. 1), реализующего анализа КЭЭ в трехфазной системе промышленного электроснабжения, поступает информация о текущем режиме, выраженная, например, в виде номера режима. Такая информация может поступать, например, из SCADA-системы или из систем диспетчерско-технологического управления электрической сети (оперативно-информационного комплекса - ОИК). Номер режима определяет: скользящий временной интервал (значение параметра (n)) статистической обработки ПКЭЭ; нормированные значения (допустимые диапазоны) ПКЭЭ; логику работы блока 6, - которые задаются соответствующими сигналами, выдаваемые с выходов блока памяти 7 в вычислительный блок 4, блок сравнения 5 и блок 6 при анализе ПКЭЭ контролируемых точках присоединения промышленного потребителя. Наряду с информацией о текущем режиме перед реализацией способа анализа КЭЭ в трехфазной системе промышленного электроснабжения на вход блока памяти 7 подаются данные имитационного моделирования и другая информация, необходимые для функционирования устройства (фиг.1).

Выбор логики функционирования блока 6 осуществляется, исходя из текущего режима работы системы промышленного электроснабжения, определяемого текущей электрической схемой подключения электроприемников промышленного потребителя, количеством и составом работающих технологических установок. Задание варианта логики функционирования блока 6 реализуется подачей сигнала со второго информационного выхода блока памяти 7. В блоке логики 6 осуществляется логическое объединение дискретных сигналов, характеризующих результаты сравнения статистических параметров ПКЭЭ с допустимыми значениями, поступающими на вход блока 6. В простейшем случае в процессе анализа ПКЭЭ могут быть разделены на «значимые» и «незначимые», в соответствии с ущербами (например, браком продукции) промышленного потребителя из-за выхода ПКЭЭ из допустимых диапазонов. Поскольку отклонения «значимых» ПКЭЭ от допустимых диапазонов приводят к существенным ущербам, дискретные сигналы, соответствующие отклонениям таких ПКЭЭ, могут быть объединены логикой операции булевой алгебры «ИЛИ». Для «незначимых» ПКЭЭ (соответствующих дискретных сигналов) может быть выбрана логика «И», когда их отклонения от допустимых значений учитываются только в совокупности. Возможны (целесообразны) более сложные варианты организации логики функционирования блока 6, например, на основе взвешенной оценки влияния отклонений ПКЭЭ на ущербы промышленного потребителя.

Результаты анализа показателей КЭЭ выражаются в значениях дискретных сигналов с выхода блока логики 6. Появление единичного сигнала на выходах блока 6 свидетельствует об отклонении ПКЭЭ от допустимых (нормируемых) значений, которые могут привести к возникновению ущербов у потребителя. Различные сочетания дискретных сигналов с выходов блока 6 могут определять необходимость реализации тех или иных организационно-технических мероприятий в системе промышленного электроснабжения по приведению показателей качества электрической энергии к нормируемым значениям.

Таким образом, достигается цель изобретения, заключающаяся в разработке способа позволяющего проводить автоматический анализ показателей качества электрической энергии системы электроснабжения промышленного потребителя и обеспечить в последующем реализацию мероприятий по повышению качества электрической энергии.

Способ анализа качества электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения, содержащий этапы, на которых: измеряют совокупность мгновенных значений фазных токов и/или напряжений, при этом совокупность содержит один ток и/или напряжение на каждую фазу, формируют пространственный вектор на основе преобразования Кларк совокупности измеренных токов и/или напряжений, определяют совокупность, содержащую, по меньшей мере, один показатель, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной системе промышленного электроснабжения, результаты анализа качества электрической энергии формируют на основе контроля показателей качества электрической энергии, сравнивают отдельные показатели качества электрической энергии с их нормируемыми значениями для текущего режима системы промышленного электроснабжения, отличающийся тем, что предварительно анализируют график нагрузки промышленного потребителя и выявляют интервалы стационарности графика нагрузки, на соответствующих интервалах стационарности для анализа качества электрической энергии выбирают показатели и типы контрольных карт Шухарта, с помощью которых определяют статистическую устойчивость показателей качества электрической энергии для текущего режима функционирования системы промышленного электроснабжения путем сопоставления статистических параметров показателей качества электрической энергии с нормируемыми значениями, в качестве нормируемых значений показателей качества электрической энергии выбирают граничные значения контрольных карт Шухарта, которые формируют по результатам имитационного моделирования системы электроснабжения или реальных измерений показателей качества электрической энергии на интервалах стационарности графика нагрузки при условиях работы промышленного потребителя с соблюдением требований качества электрической энергии, по результатам сравнения статистических параметров показателей качества электрической энергии с нормируемыми значениями определяют необходимость реализации организационно-технических мероприятий в системе промышленного электроснабжения по приведению показателей качества электрической энергии к нормируемым значениям.