Качество электрического электроэнергии

Качество электроэнергии - это степень, в которой напряжение, частота и форма волны системы питания соответствуют установленным спецификациям. Хорошее качество электроэнергии может быть определено как постоянное напряжение питания, которое остается в установленном диапазоне, постоянная частота переменного тока, близкое к номинальному значению и плавную форму волны кривой напряжения (которая напоминает синусоидальную волну ). В целом, полезно учитывать качество питания как совместимость между тем, что выходит из электрической розетки, и нагрузкой, которая подключена к нему. ^{[ 1 ]} Термин используется для описания электрической мощности, которая приводит к электрической нагрузке и способности нагрузки функционировать должным образом. Без надлежащей мощности электрическое устройство (или нагрузка) может неисправность, не сработать преждевременно или не работать вообще. Есть много способов, которыми электрическая энергия может быть низкого качества, и гораздо больше причин такой низкой мощности.

Электроэнергетическая отрасль включает в себя выработку электроэнергии ( Power ), электроэнергию передачи электроэнергии и, в конечном счете, распределение электроэнергии на электроэнергию, расположенный в помещениях конечного пользователя электроэнергии. Затем электричество . перемещается через систему проводки конечного пользователя, пока не достигнет нагрузки Сложность системы для перемещения электрической энергии от точки добычи до точки потребления в сочетании с изменениями в погоде, генерации, спросе и других факторах предоставляет много возможностей для скомпрометирования качества поставок.

В то время как «качество электроэнергии» является удобным термином для многих, это качество напряжения , чем питание или электрический ток , который фактически описывается термином. Мощность - это просто поток энергии, а ток, требуемый нагрузкой, в значительной степени неконтролируемым.

Введение

Качество электрической мощности может быть описано как набор значений параметров, таких как:

Непрерывность обслуживания (независимо от того, ли электрическая мощность подвергается подпадает от падений напряжения или переварены ниже или выше порогового уровня, что вызывает отключения или отключения ^{[ 2 ]})
Изменение величины напряжения (см. Ниже)
Переходные напряжения и токи
Гармоническое содержание в форме волн для мощности переменного тока

Часто полезно думать о качеством электроэнергии как о проблеме совместимости : подключено ли оборудование с сетью с событиями на сетке, и является ли питание, обеспечиваемое сеткой, включая события, совместимое с подключенным оборудованием? Проблемы совместимости всегда имеют как минимум два решения: в этом случае либо очистит мощность, либо сделает оборудование более устойчивым.

Допустимость оборудования обработки данных к изменению напряжения часто характеризуется кривой CBEMA , которая дает продолжительность и величину изменений напряжения, которые можно переносить. ^{[ 3 ]}

В идеале, напряжение переменного тока обеспечивается полезностью как синусоидальным, имеющим амплитуду и частоту, заданную национальными стандартами (в случае сети ) или системных спецификаций (в случае подачи мощности, непосредственно прикрепленной к сети) с импедансом нуля Ом на всех частотах .

Отклонения

Ни один из реальных источников энергии не является идеальным и, как правило, может отклониться по крайней мере следующими способами:

Напряжение

Варианты пикового или среднего квадратного напряжения (среднеквадратичного) напряжения важны для различных типов оборудования.
Когда среднеквадратичное напряжение превышает номинальное напряжение на 10-80% в течение 0,5 цикла до 1 минуты, событие называется «волной».
«Падение» (на британском английском) или «провисание» (на американском английском языке это эквивалентны два термина) - это противоположная ситуация: среднеквадратичное напряжение ниже номинального напряжения на 10-90% для 0,5 цикла до 1 минуты.
Случайные или повторяющиеся изменения в среднеквадратичном напряжении между 90 и 110% номинальных могут создавать явление, известное как « мерцание » в осветительном оборудовании. Блеск является быстрым видимым изменением уровня света. Определение характеристик колебаний напряжения, которые вызывают нежелательный мерцание света, было предметом текущих исследований.
Резкое, очень короткое увеличение напряжения, называемое « шипы », «импульсы» или «скачки», обычно вызванные большими индуктивными нагрузками , включенными, или более сильно путем молнии .
«Ниже напряжение» происходит, когда номинальное напряжение падает ниже 90% в течение более 1 минуты. ^{[ 4 ]} Термин «Browanout» - это удачное описание для падений напряжения где -то между полной мощностью (яркие светильники) и отключение (без питания - нет света). Это происходит от заметного до значительного замыкания регулярных ламп накаливания, во время разломов системы или перегрузки и т. Д., Когда доступно недостаточная мощность для достижения полной яркости при (обычно) внутреннем освещении. Этот термин является общим использованием не имеет формального определения, но обычно используется для описания снижения напряжения системы коммунальным или системным оператором для снижения спроса или для увеличения маржи рабочих систем.
« Передолада » происходит, когда номинальное напряжение увеличивается выше 110% в течение более 1 минуты. ^{[ 4 ]}

Частота

Вариации в частоте .
Ненулевой низкочастотный импеданс (когда нагрузка привлекает больше мощности, напряжение падает).
Ненулевой высокочастотный импеданс (когда нагрузка требует большого количества тока, а затем внезапно останавливается на его требовании, в напряжении будет падение или всплеск напряжения из-за индуктивности в линии питания).
Изменения в форме волны - обычно описываются как гармоники на более низких частотах (обычно менее 3 кГц) и описываются как общее искажение или межгоники на более высоких частотах.

Форма волны

Колебание напряжения и тока в идеале следует за формой синусоидальной или косинусной функции, однако оно может измениться из -за недостатков в генераторах или нагрузках.
Как правило, генераторы вызывают искажения напряжения, а нагрузки вызывают искажения тока. Эти искажения возникают в виде колебаний быстрее, чем номинальная частота, и называются гармониками.
Относительный вклад гармоник в искажение идеальной формы волны называется полным гармоническим искажением (THD).
Низкое гармоническое содержание в форме волны идеально подходит, потому что гармоники могут вызывать вибрации, гудение, искажения оборудования, потери и перегрев в трансформаторах.

Каждая из этих проблем с качеством электроэнергии имеет разные причины. Некоторые проблемы являются результатом общей инфраструктуры. Например, ошибка в сети может вызвать падение, которое повлияет на некоторых клиентов; Чем выше уровень разлома, тем больше затронуто число. Проблема на сайте одного клиента может вызвать переход, который затрагивает всех других клиентов в одной и той же подсистеме. Проблемы, такие как гармоники, возникают в собственной установке клиента и могут распространяться на сеть и затронуть других клиентов. Гармонические проблемы могут решать сочетание хорошей практики проектирования и хорошо проверенного сокращения оборудования.

Кондиционирование мощности

Кондиционирование мощности изменяет мощность для улучшения его качества.

Непрерывное источник питания (UPS) может использоваться для выключения питания сети, если есть переходное на линии более высокой и более низкой амплитуды (временное) условие. Тем не менее, более дешевые подразделения сами создают низкую качественную силу, сродни навязывая квадратную волну на синусоидальной волне. Высококачественные подразделения UPS используют топологию двойного преобразования, которая разбивает входящую мощность переменного тока в DC, заряжает батареи, а затем восстанавливает синусоидальную волну. Эта восстановленная синусоидальная волна имеет более высокое качество, чем оригинальная подача питания переменного тока. ^{[ 5 ]}

Регулятор динамического напряжения (DVR) и компенсатор статического синхронного ряда (SSSC) используются для последовательной компенсации напряжения.

Защитник скачки или простой конденсатор или вариант могут защитить от большинства условий перенапряжения, в то время как арест молнии защищает от тяжелых шипов.

Электронные фильтры могут удалять гармоники.

Умные сетки и качество электроэнергии

Современные системы используют датчики, называемые единицами измерения фазора (PMU), распределенные по всей своей сети для мониторинга качества электроэнергии, а в некоторых случаях автоматически реагируют на них. Использование таких умных сетей функции быстрого зондирования и автоматического самогожигания аномалий в сети обещает обеспечить более высокое качество мощности и меньше времени простоя, одновременно поддерживая мощность от прерывистых источников питания и распределенной генерации , что, если не будет выполнять непрерывное качество мощности.

Алгоритм сжатия

Алгоритм сжатия качества электроэнергии - это алгоритм , используемый при анализе качества электроэнергии. Чтобы обеспечить высококачественную электроэнергию, важно контролировать качество электрических сигналов, также называемых качеством электроэнергии (PQ) в разных местах вдоль сети электроэнергии . Электрические коммунальные услуги тщательно контролируют сигналы и течения в различных сетевых местах, чтобы понять, что приводит к любым непредвиденным событиям, таким как отключение электроэнергии и отключение отключений. Это особенно важно на участках, где окружающая среда и общественная безопасность находятся в опасности (такие учреждения, как больницы, очистные сооружения, шахты и т. Д.).

Проблемы

Инженеры используют много видов метров, ^{[ 6 ]} Это чтение и отображает электрические формы мощности и вычисляет параметры сигналов. Они измеряют, например:

тока и напряжения RMS
Фазовая связь между формами волны многофазного сигнала
Коэффициент мощности
частота
общее гармоническое искажение (THD)
активная сила (кВт)
реактивная сила (слева)
очевидная сила (KVA)
активная энергия (кВтч)
реактивная энергия (Kvarh)
очевидная энергия (квах)
и многое другое

Чтобы достаточно контролировать непредвиденные события, Ribeiro et al. ^{[ 7 ]} Объясняет, что этого недостаточно для отображения этих параметров, но также собирать данные о форме напряжения в любое время. Это невозможно из -за большого количества задействованных данных, что вызывает то, что известно «эффект бутылки». Например, при скорости отбора проб 32 образцов на цикл 19920 образцов собираются в секунду. Для трехфазных измерителей, которые измеряют как напряжения, так и тока, данные в 6–8 раза больше. энергосистемы Более практические решения, разработанные в последние годы, хранят данные только тогда, когда происходит событие (например, когда обнаружены высокие уровни гармоник ) или альтернативно для хранения среднеквадратичного значения электрических сигналов. ^{[ 8 ]} Эти данные, однако, не всегда достаточны для определения точной природы проблем.

Необработанное сжатие данных

Nisenblat et al. ^{[ 9 ]} Предлагает идею алгоритма сжатия качества электроэнергии (аналогично методам сжатия с потерями ), которая позволяет измерителям постоянно хранить форму волны одного или нескольких сигналов энергии, независимо от того, было ли идентифицировано интересующее событие. Этот алгоритм, называемый PQZIP, дает процессору процессору с памятью, достаточной для хранения формы волны в нормальных условиях мощности в течение длительного периода времени, по крайней мере, месяца, двух месяцев или даже года. Сжатие выполняется в режиме реального времени, поскольку сигналы приобретаются; Он вычисляет решение о сжатии до получения всех сжатых данных. Например, один из параметров остается постоянным, а различные другие колеблются, решение сжатия сохраняет только то, что имеет отношение к постоянным данным, и сохраняет все данные о колебаниях. Затем он разлагает форму волны силового сигнала многочисленных компонентов в течение различных периодов формы волны. Он завершает процесс, сжав значения, по крайней мере, некоторые из этих компонентов в разные периоды, отдельно. Этот алгоритм сжатия в реальном времени, выполняемый независимым от отбора проб, предотвращает пробелы и имеет типичное соотношение сжатия 1000: 1.

Агрегированное сжатие данных

Типичной функцией анализатора мощности является генерация архива данных, агрегируемое через заданный интервал. Наиболее обычно 10 -минутный или 1 -минутный интервал используется, как указано в стандартах IEC/IEEE PQ. Значительные размеры архива создаются во время работы такого инструмента. Как Kraus et al. ^{[ 10 ]} продемонстрировали коэффициент сжатия на таких архивах с использованием цепного алгоритма Lempel -Ziv -Markov , BZIP или других аналогичных алгоритмов сжатия без потерь могут быть значимыми. Используя прогнозирование и моделирование в хранимых временных рядах в фактическом архиве качества электроэнергии, эффективность сжатия после обработки обычно улучшается. Эта комбинация упрощенных методов подразумевает экономию как в процессах хранения данных, так и в процессах сбора данных.

Стандарты

Качество поставляемой электроэнергии указано в международных стандартах и их местных производных, принятых разными странами:

EN50160 - это европейский стандарт качества электроэнергии, устанавливая приемлемые ограничения искажений для различных параметров, определяющих напряжение при мощности переменного тока.

IEEE-519 является североамериканским руководством для энергетических систем. Это определяется как «рекомендуемая практика» ^{[ 11 ]} И, в отличие от EN50160, это руководство относится к искажению тока, а также к напряжению.

IEC 61000-4-30-это стандартные методы определения качества мониторинга. Издание 3 (2015) включает в себя измерения тока, в отличие от предыдущих изданий, которые связаны только с измерением напряжения.

Смотрите также

Ссылки

^ Фон Мейер, Александра (2006). Системы электроэнергии: концептуальное введение (PDF) . Джон Уайли и сыновья . п. 1 ISBN 9780470036402 .
^ Ассоциация хранения энергии
^ «Граница толерантности к напряжению» (PDF) . PGE.com . Pacific Gas and Electric Company. Архивировано из оригинала (PDF) 1 апреля 2018 года . Получено 21 июня 2022 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Shertukde, Hemchandra Madhusudan (2014). Распределенные фотоэлектрические трансформаторы сетки . CRC Press. п. 91. ISBN 978-1482247190 Полем OCLC 897338163 .
^ «Гармоническая фильтрация в центре обработки данных? [Обсуждение качества электроэнергии по дизайну UPS]» . DataCenterFix.com . Архивировано из оригинала 2011-07-08 . Получено 2010-12-14 .
^ Галли; и др. (Октябрь 1996). «Изучение силы вейвлет -анализа». IEEE Computer Applications при питании . 9 (4). IEEE: 37–41. doi : 10.1109/67.539845 .
^ Рибейро; и др. (2001). «Усовершенствованный метод сжатия данных для приложений для анализа качества электроэнергии». Iecon '01 . 29 ноября. 2, 2001, IEEE, 27 -я ежегодная конференция Общества промышленной электроники IEEE. Тол. 1. С. 676–681. doi : 10.1109/iecon.2001.976594 .
^ Рибейро; и др. (Апрель 2004). «Улучшенный метод обработки сигналов и сжатия в оценке качества электроэнергии». 2003 г. Общее собрание Общества энергетического инженера IEEE (IEEE Cat. № 03CH37491) . Тол. 19. IEEE. С. 464–471. doi : 10.1109/pes.2003.1270480 . ISBN 0-7803-7989-6 Полем S2CID 62578540 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помощь )
^ США 7415370 , Нисенблат, Пол; Броши, Амир М. и Эфрати, Офир, «Мониторинг качества электроэнергии», опубликованная 18 апреля 2004 года, выпущено 21 сентября 2006 г.
^ Краус, Ян; Тобиска, Томас; Бубла, Виктор (2009). «Без потерь кодировки и алгоритмы сжатия, применяемые к наборам данных по качеству электроэнергии» . CILECT 2009 - 20 -я Международная конференция и выставка по распространению электроэнергии - Часть 1 . 20 -я Международная конференция и выставка по распределению электроэнергии, 8–11 июня 2009 г. с. 1–4. ISBN 978-1-84919126-5 .
^ «IEEE 519-2014 - IEEE Рекомендуемая практика и требования к гармоническому управлению в электроэнергетических системах» . IEEE . Получено 2020-11-16 .

Литература

Дуган, Роджер С.; Марк МакГранагхан; Сурья Сантозо; Х. Уэйн Битти (2003). Качество электроэнергии электроэнергии . McGraw-Hill Companies, Inc. ISBN 978-0-07-138622-7 .
Meier, Александра фон (2006). Системы электроэнергии: концептуальное введение . John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0471178590 .
Heydt, GT (1991). Качество электрического электроэнергии . Звезды в круговых публикациях. Библиотека Конгресса 621.3191. ISBN 978-9992203040 .
Bollen, Math HJ (2000). Понимание проблем с качеством электроэнергии: пробелы и перерывы напряжения . Нью -Йорк: IEEE Press. ISBN 0-7803-4713-7 .
Sankaran, C. (2002). Качество электроэнергии . CRC Press LLC. ISBN 978-0-8493-1040-9 .
Баггини А. (2008). Справочник по качеству электроэнергии . Уайли. ISBN 978-0-470-06561-7 .
Куско, Алекс; Марк Томпсон (2007). Качество электроэнергии в электрических системах . МакГроу Хилл. ISBN 978-0-07-147075-9 .
Chattopadhyay, Surajit; Митра, Мадхухханда; Sengupta, Samarjit (2011). Качество электрического электроэнергии . Springer Science+Business . ISBN 978-94-007-0634-7 .

[1] Фон Мейер, Александра (2006). Системы электроэнергии: концептуальное введение (PDF) . Джон Уайли и сыновья . п. 1 ISBN 9780470036402 .

[2] Ассоциация хранения энергии

[pge_volts-3] «Граница толерантности к напряжению» (PDF) . PGE.com . Pacific Gas and Electric Company. Архивировано из оригинала (PDF) 1 апреля 2018 года . Получено 21 июня 2022 года .

[Shertukde-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Shertukde, Hemchandra Madhusudan (2014). Распределенные фотоэлектрические трансформаторы сетки . CRC Press. п. 91. ISBN 978-1482247190 Полем OCLC 897338163 .

[dcf_power_quality-5] «Гармоническая фильтрация в центре обработки данных? [Обсуждение качества электроэнергии по дизайну UPS]» . DataCenterFix.com . Архивировано из оригинала 2011-07-08 . Получено 2010-12-14 .

[6] Галли; и др. (Октябрь 1996). «Изучение силы вейвлет -анализа». IEEE Computer Applications при питании . 9 (4). IEEE: 37–41. doi : 10.1109/67.539845 .

[7] Рибейро; и др. (2001). «Усовершенствованный метод сжатия данных для приложений для анализа качества электроэнергии». Iecon '01 . 29 ноября. 2, 2001, IEEE, 27 -я ежегодная конференция Общества промышленной электроники IEEE. Тол. 1. С. 676–681. doi : 10.1109/iecon.2001.976594 .

[8] Рибейро; и др. (Апрель 2004). «Улучшенный метод обработки сигналов и сжатия в оценке качества электроэнергии». 2003 г. Общее собрание Общества энергетического инженера IEEE (IEEE Cat. № 03CH37491) . Тол. 19. IEEE. С. 464–471. doi : 10.1109/pes.2003.1270480 . ISBN 0-7803-7989-6 Полем S2CID 62578540 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помощь )

[9] США 7415370 , Нисенблат, Пол; Броши, Амир М. и Эфрати, Офир, «Мониторинг качества электроэнергии», опубликованная 18 апреля 2004 года, выпущено 21 сентября 2006 г.

[10] Краус, Ян; Тобиска, Томас; Бубла, Виктор (2009). «Без потерь кодировки и алгоритмы сжатия, применяемые к наборам данных по качеству электроэнергии» . CILECT 2009 - 20 -я Международная конференция и выставка по распространению электроэнергии - Часть 1 . 20 -я Международная конференция и выставка по распределению электроэнергии, 8–11 июня 2009 г. с. 1–4. ISBN 978-1-84919126-5 .

[11] «IEEE 519-2014 - IEEE Рекомендуемая практика и требования к гармоническому управлению в электроэнергетических системах» . IEEE . Получено 2020-11-16 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]