Badanie miar wahań napięcia w sieciach elektrycznych

• Druk: Poznań, 2010
• Autor: Grzegorz Wiczyński
• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej

W rozprawie przedstawiono systematyczną analizę miar wahań napięcia ukierunkowaną na wykorzystanie wyników pomiarów w opisie zmienności napięcia w sieci elektroenergetycznej i identyfikacji jej źródeł. Do analizy wybrano trzy miary: wartości maksymalne max i minimalne min wartości skutecznej napięcia, wskaźniki wahań napięcia oraz wskaźnik krótkookresowego migotania światła Pst. Właściwą analizę˛ miar wahań napięcia poprzedzono wprowadzeniem, w którym zaproponowano definicje wahań napięcia oraz dokonano przeglądu miar napięcia w obwodach elektroenergetycznych.
Wartości maksymalne i minimalne to powszechnie znana i (przynajmniej pozornie) oczywista miara zmienności wykorzystywana tak że do oszacowywania wahań napięcia. Jednak zgodność wyników pomiarów tej miary ze zmiennością napięcia występuje tylko dla określonych parametrów tej zmienności. W związku z tym zbadano wpływ modulacji amplitudy, modulacji częstotliwości oraz składowej sub/interharmonicznej na wynik pomiarów max/min.
Wskaźniki wahań napięcia są miarą opisującą zmienność napięcia za pomocą amplitudy δU i częstości f. Wykorzystując zaproponowaną definicję wahań napięcia, przeprowadzono proces wykrywania wahań oraz wykonano obróbkę statystyczną, prowadzącą do wyznaczenia wskaźników wahań: δU i f. Wyznaczono zależności tych wskaźników od zmienności napięcia odwzorowywanej modulacją amplitudy, modulacją częstotliwości oraz składowej sub/interharmonicznej. Określono przedziały częstotliwości sygnału modulującego amplitudę, w których wartości wskaźników są zgodne z wartościami głębokości modulacji i częstotliwości sygnału modulującego. Omówiono formy prezentacji wskaźników wahań napięcia.
Wskaźnik Pst opisuje skutek wahań napięcia przejawiający się migotaniem światła. Do pomiaru wskaźnika służy miernik migotania światła (potocznie zwany flickermetrem). Zamodelowano tor sygnałowy miernika oddzielnie dla napięcia wejściowego o modulowanej amplitudzie o modulowanej częstotliwości oraz ze składowymi sub/interharmonicznymi. Dla każdego modelu zbudowano charakterystyki przetwarzania flickermetru i charakterystyki amplitudowe wewnętrznych sygnałów miernika oraz określono przedziały częstotliwości, w których może być odczuwane migotanie światła. Rezultaty badań modelowych porównano z wynikami symulacji numerycznych oraz z wynikami badań laboratoryjnych.
Na podstawie wyników wykonanych analiz porównano wybrane miary wahań napięcia ze względu na: zastosowanie w ocenie jakości energii elektrycznej, możliwości odtwarzania zmienności napięcia, oszacowanie skutków wahań napięcia oraz identyfikację przyczyn zmienności napięcia. Zaproponowano dwie metody identyfikacji uciążliwych (ze względu na generowane wahania napięcia) odbiorników energii elektrycznej: jedną na podstawie analizy zmienności amplitudy wahań δU oraz drugą na podstawie skojarzenia amplitud wahań napięcia δU i zmienności prądów. Przedstawienie tych metod poprzedzono omówieniem m.in.: powstawania i propagacji wahań napięcia w linii zasilającej odbiornik, zmienności napięcia w trakcie załączania i wyłączania odbiornika oraz zmian napięcia w układach trójfazowych. Omówione w rozprawie miary wahań napięcia wykorzystano w badaniach rzeczywistych obwodów zasilania. Zamieszczono przykładowe wyniki pomiarów w czterech obwodach WN, śN i nn.

• Kategorie:
  1. Ebooki i Audiobooki »
  2. Ebooki »
  3. Ebooki popularnonaukowe i specjalistyczne »
  4. Technika
• Język wydania: polski
• ISBN: 978-83-7143-880-6
• Liczba stron: 265

Streszczenie 7
Wybrane symbole i oznaczenia 8

Rozdział 1. Wstęp 12

1.1. Obszar problemowy 12
1.2. Cel i zakres pracy  18

Rozdział 2. Wahania napięcia 23

2.1. Odczuwanie migotania światła     25

Rozdział 3. Miary napięcia 29

3.1. Napięcie w sieci elektroenergetycznej  29
3.2. Pomiar wartości chwilowych napięcia  29
3.3. Podstawowe miary napięcia  31
3.3.1. Wartość skuteczna napięcia   31
3.3.2. Wartość szczytowa napięcia   34
3.3.3. Wartość średnia przebiegu wyprostowanego napięcia    34
3.3.4. Wartość średnia – składowa stała napięcia   35
3.3.5. Wartość międzyszczytowa napięcia     35
3.3.6. Współczynnik szczytu napięcia     35
3.3.7. Współczynnik kształtu napięcia        36
3.3.8. Częstotliwość     36
3.3.9. Widma amplitudowe i fazowe  36
3.3.10. Współczynnik odkształcenia THD    38
3.4. Wartość skuteczna napięcia odkształconego wyższymi harmonicznymi    39
3.5. Wartość skuteczna napięcia ze składowymi subharmonicznymi i/lub interharmonicznymi 40
3.6. Wartość skuteczna napięcia o modulowanej amplitudzie      41
3.7. Wartość skuteczna napięcia o zmiennej częstotliwości      45
3.8. Wartość skuteczna napięcia o modulowanej częstotliwości   45
3.9. Zmienność napięcia a wybrane miary napięcia     47

Rozdział 4. Wykorzystanie wartości max i min w opisie zmienności napięcia 48

4.1. Zależność wartości max i min od zmienności napięcia      50
4.2. Niedokładność pomiaru wartości max i min napięcia     53

Rozdział 5. Pomiar wskaźników wahań napięcia    54

5.1. Wykrywanie amplitud wahań napięcia δV    54
5.2. Obróbka statystyczna amplitudy wahań δV     55
5.3. Wykrywanie amplitud wahań δV na podstawie wartości skutecznych wyznaczanych co półokresu napięcia   57
5.3.1. Przykład wykrywania wahań na schodkowym przebiegu czasowym napięcia U(t)     58
5.3.2. Wyznaczanie amplitud wahań δV na podstawie schodkowego przebiegu czasowego U(t)   60
5.4. Graficzny opis wykrywania wahań napięcia dla modulacji amplitudy    61
5.5. Zależność amplitudy δU i częstości ƒ wahań od zmienności napięcia     63
5.5.1. Wahania napięcia dla modulacji amplitudy przebiegami prostokątnym i sinusoidalnym  64
5.5.2. Wahania napięcia dla modulacji częstotliwości przebiegami prostokątnym i sinusoidalnym  67
5.5.3. Wahania napięcia w przypadku występowania składowej sub/interharmonicznej  69
5.6. Niedokładność pomiaru wskaźników wahań napięcia    69
5.6.1. Wpływ błędu pomiaru napięcia początkowego Upo i kocowego Uko na wartość amplitudy wahań δV     71
5.6.2. Błąd pomiaru szybkośći zmian napięcia SR     73
5.6.3. Błąd pomiaru amplitud wahań δV spowodowany błędem pomiaru szybkości zmian napięcia SR  74
5.7. Prezentacja wskaźników wahań napięcia   75
5.7.1. Wpływ okresu wykrywania wahań Tω na położenie punktów pomiarowych na charakterystyce amplitudowo-częstościowej δU = f(ƒ) 80
5.7.2. Granice odczuwania i uciążliwosći wahań napięcia    84
5.7.3. Histogramy amplitudy δU i częstości ƒ wahań napięcia   84
5.8. Pomiar wskaźników wahań napięcia – podsumowanie    86

Rozdział 6. Pomiar wskaźnika krótkookresowego migotania światła Pst   88

6.1. Struktura normatywnego toru sygnałowego miernika migotania światła    88
6.2. Modelowanie toru sygnałowego flickermetru     94
6.3. Model flickermetru dla sinusoidalnego napięcia wejściowego   95
6.4. Model flickermetru dla napięcia wejściowego o modulowanej amplitudzie    97
6.4.1. Model flickermetru dla modulacji amplitudy sygnałem harmonicznym    97
6.4.2. Model flickermetru dla modulacji amplitudy sygnałem odkształconym   104
6.4.3. Modyfikacja modelu flickermetru dla modulacji amplitudy sygnałem odkształconym w zakresie D1    114
6.4.4. Ocena niedokładności modeli flickermetru dla modulacji amplitudy     118
6.4.5. Łączna charakterystyka Pst = f (ƒm, (ΔU/U) = const) dla modulacji amplitudy sygnałami sinusoidalnym, trójkątnym i prostokątnym     118
6.5. Model flickermetru dla napięcia wejściowego o modulowanej częstotliwości    120
6.5.1. Modyfikacja modelu dla modulacji częstotliwości w zakresach F1 i F2    127
6.5.2. Charakterystyki ΔƒFM = f(ƒm, Pst) dla modulacji częstotliwości sygnałami sinusoidalnym i prostokątnym  129
6.6. Model flickermetru dla napięcia wejściowego o modulowanej amplitudzie dla częstotliwości ƒc różnej od wartości znamionowej ƒcn   129
6.7. Wynik pomiaru wskaźnika Pst dla napięcia wejściowego z wyższymi harmonicznymi   133
6.8. Model flickermetru dla napięcia wejściowego ze składowymi sub- i/lub interharmonicznymi   134
6.8.1. Model flickermetru dla napięcia wejściowego z dwiema składowymi sub- i/lub interharmonicznymi   135
6.8.2. Przykładowe charakterystyki ƒi-ƒj dla napięcia wejściowego z dwiema składowymi interharmonicznymi    142
6.8.3. Wpływ składowej sub/interharmonicznej na wyniki pomiaru flickermetrem w przypadku występowania wyższych harmonicznych   143
6.8.4. Rozdzielczość częstotliwościowa składowych sub- i/lub interharmonicznych wykorzystywanych w pomiarach wskaźnika Pst   150
6.9. Niedokładność pomiaru wskaźnika krótkookresowego migotania światła Pst flickermetrem    152
6.10. Charakterystyki miernika migotania światła wyznaczone na podstawie wyników symulacji numerycznych    158
6.10.1. Symulator miernika migotania światła     158
6.10.2. Algorytm wyznaczania charakterystyki (ΔU/U)= f(ƒm, Pst)    160
6.10.3. Wyniki symulacji pomiaru wskaźnika Pst dla sinusoidalnego napięcia wejściowego   160
6.10.4. Wyniki symulacji pomiaru wskaźnika Pst dla napięcia wejściowego o skokowej i impulsowej zmianie obwiedni   162
6.10.5. Wyniki symulacji pomiaru wskaźnika Pst dla napięcia wejściowego o modulowanej amplitudzie   164
6.10.6. Wyniki symulacji pomiaru wskaźnika Pst dla napięcia wejściowego o modulowanej częstotliwości   165
6.10.7. Wyniki symulacji pomiaru wskaźnika Pst dla napięcia wejściowego o modulowanej amplitudzie dla częstotliwości ƒc różnej od wartości znamionowej ƒcn   167
6.10.8. Wyniki symulacji pomiaru wskaźnika Pst dla napięcia wejściowego ze składowymi sub/interharmonicznymi   168
6.10.9. Wyniki symulacji skumulowanej funkcji prawdopodobieństwa sygnału IFL 169
6.10.10.Wpływ ograniczenia pasma częstotliwościowego napięcia wejściowego u(t) na wynik pomiaru wskaźnika Pst    172
6.10.11.Ocena zgodności wyników symulacji numerycznych ze specyfikacją normatywną 173
6.11. Laboratoryjne badania miernika migotania światła      175
6.11.1. Laboratoryjne badania flickermetru dla napięcia wejściowego o modulowanej amplitudzie   176
6.11.2. Laboratoryjne badania flickermetru dla napięcia wejściowego o modulowanej częstotliwości  178
6.11.3. Laboratoryjne badania flickermetru dla napięcia wejściowego z dwiema składowymi interharmonicznymi       180
6.11.4. Obserwacja migotania światła wywołanego wahaniami napięcia     181
6.12. Pomiar wskaźnika krótkookresowego migotania światła Pst – podsumowanie 183

Rozdział 7. Analiza porównawcza miar wahań napięcia 187

7.1. Ocena jakości energii elektrycznej na podstawie miar wahań napięcia    187
7.2. Odtwarzanie zmienności napięcia   188
7.3. Oszacowanie skutków wahań napięcia  189
7.4. Identyfikacja przyczyn zmienności napięcia    190
7.4.1. Skojarzenie występowania zmienności napięć i stanu wytypowanego odbiornika 191
7.4.2. Określenie punktu zasilania odbiornika wywołującego zmienność napięcia    192
7.4.3. Oszacowanie parametrów odbiornika wywołującego zmienność   napięcia    193
7.4.4. Oszacowanie parametrów obwodu zasilania      194
7.5. Porównanie miar wahań napięcia dla modulacji amplitudy przebiegiemtrapezowym   194

Rozdział 8. Identyfikacja uciążliwych odbiorników energii elektrycznej   198

8.1. Powstawanie zmian napięcia w obwodzie zasilania odbiornika energii elektrycznej  198
8.1.1. Zmienność napięcia a harmoniczne prądu   201
8.1.2. Zmiany napięć w układach wielofazowych     203
8.1.3. Zmiana napięcia w linii zasilającej odbiornik    207
8.1.4. Zmienność napięcia w trakcie załączania/wyłączania odbiornika   208
8.2. Powstawanie wahań napięcia w linii zasilającej odbiornik    208
8.3. Propagacja wahań napięcia w sieci elektroenergetycznej   210
8.4. Identyfikacja uciążliwych odbiorników na podstawie analizy zmienności amplitudy wahań napięcia δU     212
8.5. Identyfikacja uciążliwych odbiorników na podstawie skojarzenia amplitudy wahań napięcia ze zmiennością prądów    213
8.6. Identyfikacja uciążliwych odbiorników energii elektrycznej – podsumowanie    219

Rozdział 9. Przykłady wykorzystania miar wahań napięcia w ocenie jakości energii elektrycznej i identyfikacji uciążliwych odbiorników   221

9.1. Przykład 1    222
9.1.1. Przykład 1 – Przedział czasu A    229
9.1.2. Przykład 1 – Określanie punktów zasilania uciążliwych odbiorników    231
9.1.3. Przykład 1 – Podsumowanie     233
9.2. Przykład 2    234
9.3. Przykład 3    240
9.4. Przykład 4    244

Rozdział 10. Podsumowanie i wnioski   248

Literatura   252
Abstract   265