Анализ метода направления потока энергии гармоник, для нахождения источника гармоник в энергетических сетях

В статье будут рассмотрен и проанализированы метод, используемы при исследовании гармоник, чтобы отделить гармоники, создаваемые потребителями от гармоник источника тока, по средствам метода “Направления потока энергии гармоник”.

Поскольку существует множество различных методов для поиска гармоник [1] и [2], и важность этого вопроса высока, то можно сказать, что статья по этой теме актуальна.

Главной идеей метода является обнаружение источника гармоник с помощью поиска направления энергии, который в свою очередь проверяет направление потока энергии гармоник. Сторона энергетической системы, которая генерирует энергию гармоник считается доминирующим источником гармоник или имеет наибольший больший вклад гармонических искажений, наблюдаемых в точке измерения. Подробные работы освещаются у К. Ли и В. Ху[3] и [4].

Метод направления потока энергии может быть проанализирован с помощью схемы эквивалентной контуру Нортона [5] подключения клиентского оборудования как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема подключения потребителей, эквивалентная схеме Нортона

На этом рисунке источники помех являются клиентские устройства, которые создают гармоники, I U , Z U и Z C . Источники гармоник создают гармоническое сопротивление соответствующей стороны схемы. Данная схема применима к гармоникам различных частот.

Задача обнаружения источника гармоник, состоит в том чтобы определить, какая сторона схемы вносит наибольший вклад искажений в PCC, точку в электрической системе, к которой может быть подключено сразу несколько источников нагрузки, при условии ограничения, что измерения гармоник могут производиться только на PCC.

Для того, чтобы определить, какая сторона вызывает больше гармонических искажений в гармоническом ряде h, нужно сначала измерить напряжение и ток в точке PCC, а затем вычисляется следующий гармонический индекс мощности:

р = K(V_pccl_pcc)

где V_cc и l_pcc являются гармониками напряжения и тока в точке PCC для конкретного номера гармоники.

Направление Р определяется как положительное, когда она течет со стороны U на стороне C. Выводом метода направления потока мощности являются следующие:

Если Р>0, то сторона U приводит к более высокому искажению гармоник

Если Р<0, то сторона C приводит к более высокому искажению гармоник

Если нет никаких изменений в системе и пользовательском гармоническом импедансе, то изменение тока в точке PCC зависит только от 1и и 1с . Это обычная практика в отрасли, что системы предоставляют информацию Zu клиентам, когда завод уже построен или внесены значительные изменения в коммунальных системах связанных с электроснабжением . Эти данные используются для создания фильтра гармоник и для проверки соблюдения ограничения гармоник. Zu обычно называют сопротивлением контракта и должно быть известно [6]. То же самое относится и к Zc , так как проверке соответствия величины гармоник также необходим этот импеданс. Важным допущением для этого анализа является то, что Zu, Zc, известны и являются точными .

Объяснение направления потока мощности гармоник теоретически эквивалентно рассмотрению величин I_u Z_u и I_c Z_c .

Рисунок 2. Схема подключения потребителей, эквивалентная схеме Тевенина

Если |IuZu| больше, чем |IcZc|, то можно сказать[6], что источник со стороны системы энергоснабжения вносит больший вклад в Ipcc, и наоборот. Таким образом, схема на рисунке 1 преобразована в схему эквивалентную контуру Тевенина [5], как показано на рисунке 2.

На этом рисунке, Z = Zu+ Zc , Eu = UuZu1 и Ec = \ICZC\ . Фазовый угол Eu устанавливается равным нулю и Ec обозначается как 5. Задача обнаружения источника гармоник теперь становится следующей, нужно определить какой источник ЭДС Ec или Eu имеет более высокую величину [6].

Тем не менее , следуя классическому уравнению угла мощности, если Z = jX, то активная мощность, передаваемая в E_u :

Р = E_uIcos6 = ^{u c} sinS

X

Значение этого уравнения такое, что направление активной мощности является функцией от 5, вместо величин источников напряжения. В результате активная мощность направления на основе метода обнаружения источника гармоник не может быть точной, поскольку он не показывает разницу между величинами двух источников [6].

Для энергетиков известно, что фазовые углы шины напряжения в основном влияют на поток активной мощности в то время как величины напряжений в основном влияют на поток реактивной мощности. При рассмотрении реактивная мощность, передаваемая в E_c,

E

Q = EJ0 = — (E_ccos8 - E^ u              c             uv

Приведенное выше уравнение показывает, что направление реактивной мощности на самом деле связано с величиной напряжения. Следовательно, направление реактивной мощности может указывать на относительные величины двух источников гармоник. Тем не менее, даже реактивная мощность не является убедительным показателем источника гармоник. Причина заключается в том , что реактивная мощность может также происходить из системы электроснабжения в сторону клиента, если Е_с >Е_и , но E_ccos8 < Е_и. Направление потока мощности всегда зависит от 5 и должно учитывать при проведении каких-либо измерений. К. Ли представил этот анализ в [7].