1. Постановка задачи

В региональных сетевых компаниях в настоящее время активно проводится сертификация качества электрической энергии. Получение сертификатов соответствия позволяет энергосбытовым компаниям получать лицензию, необходимую им для осуществления продажи электроэнергии населению.

ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» устанавливает показатели и нормы качества электроэнергии в электрических сетях систем электроснабжения и методику определения показателей [4]. Среди 17 показателей качества 11 являются основными. Определение ПКЭ задача технически сложная [2]. Большинство процессов в электрических сетях быстропротекающие, все нормируемые показатели качества электрической энергии не могут быть получены прямым измерением, их необходимо рассчитывать по методике ГОСТ 13109-97. Необходимо выполнить большой объём измерений с высокой скоростью и одновременной математической и статистической обработкой измеренных значений [3]. Реализация технически возможна с применением оборудования и специализированного ПО, обеспечивающих измерение и расчёт параметров ПКЭ. С использованием устройства сбора данных USB-6009 и программной среды LabVIEW была разработана система для определения основных показателей качества электрической энергии.

2. Описание решения

Система (рис.1) состоит из персонального компьютера, блока гальванической развязки, устройства сбора данных NI USB-6009. Схема соединения устройств представлена на рис.2.

Рис.1. Портативная система для определения показателей качества электрической энергии

С использованием блока гальванической развязки (БГР) удалось реализовать измерение системы токов и напряжений в трехфазной сети с помощью устройства сбора данных NI USB-6009.

Рис.2. Схема соединения БГР и устройства NI USB-6009. БП - блок питания

Блок гальванической развязки имеет малые габариты, запитывается от внешнего источника постоянного напряжения +5В, и способен выдерживать амплитуду входного фазного напряжения до 0,4 кВ, что является необходимым условием для определения некоторых ПКЭ.

Рис.3. Внешний вид блока гальванической развязки с источником питания

В системе реализовано определение следующих показателей качества электрической энергии:

1. Установившееся отклонение напряжения Шу;

2. Размах изменения напряжения 8Ut;

3. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU;

4. Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n);

5. Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U;

6. Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U;

7. Отклонение частоты ∆f;

8. Длительность провала напряжения ∆f_n;

9. Импульсное напряжение Uимп ;

10. Коэффициент временного перенапряжения KперU.

Определение каждого из показателей реализуется с помощью виртуального прибора, выполняющего функции измерения, обработки соответствующего параметра и индикации результата [1].

Работа одного из виртуальных приборов может быть рассмотрена на примере определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения К_U.

Измерение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки осуществляется для фазных напряжений.

Для каждого i-го наблюдения за установленный период времени определяют действующие значения гармонических составляющих напряжения в диапазоне гармоник от 2-й до 40-й в вольтах.

Вычисляют значение коэффициента искажения синусоидальности кривой -напряжения К_т в процентах как результат i-го наблюдения по формуле

где U_(1)i, — действующее значение фазного напряжения основной частоты для i-го наблюдения, В.

Вычисляют значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения К_U в процентах как результат усреднения N наблюдений К_Ui на интервале времени T_vs, равном 3 с, по формуле

Число наблюдений N должно быть не менее 9. Качество электрической энергии по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения не превышает предельно допустимого значения [4]. Блок-диаграмма прибора приведена на рис.4, лицевая панель на рис.5.

Рис.4. Блок-диаграмма прибора «Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения»

Рис.5. Лицевая панель прибора

При выполнении программы происходит сравнение результатов измерения коэффициентов искажения синусоидальности для каждой из фаз с нормативными значениями и, в зависимости от результатов сравнения, происходит или не происходит срабатывание цветовых индикаторов «Ua», «Ub», «Uc». Срабатывание индикатора соответствующей фазы означает выход измеренной величины за допустимые пределы.

3. Используемое оборудование и ПО

В системе используется разработанный блок гальванической развязки, стабилизированный блок питания Robiton, устройство сбора данных NI USB- 6009. Для создания измерительных виртуальных приборов, определяющих П КЭ, использовалась LabVIEW 7.1.

4. Внедрение и развитие решения

Разработанная система применяется для определения ПКЭ, при проведении научных исследований и в учебных целях, используется для диагностики функционирования электротехнических систем и устройств и при реализации технических мероприятий по улучшению ПКЭ. Мероприятия по улучшению ПКЭ приводят к снижению потерь в энергосистеме и электрооборудовании и являются составляющей частью энергосбережения.

Дальнейшая работа предполагает разработку виртуальных приборов для определения кратковременной и длительной дозы фликкера.

Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Литература

1. К.С. Ефремов, В.К. Барсуков Прибор для определения показателей качества электрической энергии // Журнал «Электрика». 2007. №6. с.31

2. К.С. Ефремов, В.К. Барсуков Измерительная система для определения качества электрической энергии // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Сборник трудов. междунар. науч.-практ. конф. / Москва. Издательство Российского университета дружбы народов, 2006. С. 200-207.

3. К.С. Ефремов, В.К. Барсуков Измерительная система для определения качества электрической энергии // Выставка-сессия инновационных проектов: Сборник тезисов докладов выставки-сессии инновационных проектов, заявленных в программу «УМНИК» / Ижевск. Издательство «Ассоциация «Научная Книга», 2007. С. 118-122.

4. ГОСТ. 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».