ГЛАВА 2
ЦИФРОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
МЦП вырабатывает измерительную информацию: коммерческую и оперативно-режимную,
а также показатели качества электроэнергии, на основе обработки
зарегистрированных мгновенных значений входных токов и напряжений. Эти виды
информации отличаются не только номенклатурой, но и периодичностью считывания:
для коммерческой - это расчетный период, который может колебаться от 30 минут
до месяца в зависимости от требований, для режимной - это секунды и минуты, для
показателей качества - интервалы усреднения согласно нормативным документам.
2.1. Особенности определения характеристик энергопотребления
В цепи переменного тока обмен энергией между источником и потребителем можно
описать мгновенной мощностью, которая при мгновенных напряжении u(t) и токе
i(t) равна p(t) = u(t)Чi(t). В линейных и нелинейных электрических цепях с
периодическими несинусоидальными функциями тока и напряжения мгновенная
мощность имеет только одну интегральную характеристику со строгим физическим
смыслом – активную мощность [4, с.24], определяемую как среднее значение
мгновенной мощности за период:
. (2.1)
При установившемся режиме она является постоянной величиной и определяет
электромагнитную энергию, необратимо преобразуемую в теплоту или другие виды
энергии.
Нормативные документы не содержат определения реактивной или других неактивных
составляющих полной мощности при несинусоидальных сигналах и несимметричных
режимах, в тоже время для таких условий существуют различные определения
неактивных составляющих полной мощности, которые не удается объединить в рамках
единого подхода. Как показывают многочисленные публикации
[4, 8, 24, 28, 35, 41, 42, 47, 68, 91 и др.], существование такого многообразия
подходов оправдано, если связывать целесообразность определения той или иной
составляющей с практическим результатом, получаемым при решении конкретных
задач. Для трехфазных цепей в несимметричных режимах многообразие неактивных
составляющих и формул для их определения возрастает еще больше, что объясняется
отсутствием единого общепринятого определения полной мощности для многофазных
электрических цепей.
Проблема измерения составляющих полной мощности, в том числе и реактивной
мощности, чрезвычайно актуальна для оптимального управления в энергосистемах,
обеспечения качества электроэнергии, уменьшения потерь в сетях и решения многих
других задач.
Остановимся подробнее на проблеме учета реактивной мощности при использовании
современных измерительных устройств [77].
Все существующие счетчики в симметричной трехфазной системе с синусоидальными
токами и напряжениями измеряют одно и то же значение реактивной мощности:
Q = 3Ч UфЧ IфЧ sinj.
Такое определение реактивной мощности характеризует рост потерь электроэнергии
в сети, вызванный реактивностью нагрузки.
Существование несимметричных, несинусоидальных и нестационарных режимов
обуславливают рост потерь электроэнергии в сетях. Как показано в [4, 28, 43]
эти дополнительные потери можно учесть, если измерять реактивную мощность
Фризе, которая является наиболее полной интегральной характеристикой
эффективности процесса передачи энергии от генератора к потребителю и может
служить мерой некачественности последнего, показывая его отличие от идеального,
т. е. симметричного, линейного, постоянного во времени активного
сопротивления.
Для однофазных цепей реактивная мощность Фризе определяется
, (2.2)
где S – полная мощность, определяемая как произведение действующих значений
токов и напряжений S = UЧ I;
Р – среднее значение активной мощности на интервале наблюдения.
Для трехфазной сети справедлива та же формула, если под Р понимать суммарную
активную мощность трехфазной нагрузки, а под S – действительную полную мощность
[28, с.31]
, (2.3)
где UA, UВ, UС, IA, IВ, IС – действующие значения фазных напряжений и токов.
Большинство индукционных счетчиков, а также многие электронные, используют
алгоритм, согласно которому ток фазы умножается на линейное напряжение между
противоположными фазами:
. (2.4)
В современных процессорных счетчиках на основе зарегистрированных мгновенных
значений токов и напряжений, обычно, определяются реактивные и полные мощности
фаз, которые затем суммируются. Определение реактивной мощности фазы
выполняется либо по формуле Фризе с предварительным определением действующих
значений токов и напряжений, либо как среднее за период значение произведения
тока и напряжения, причем одна из величин сдвинута на четверть периода, что
равносильно сдвигу на 90°.
Первый из алгоритмов используется, например, в счетчике АЛЬФА, разработанном
фирмой АББ:
, (2.5)
S = UAЧIA + UBЧIB + UCЧIC . (2.6)
Второй выражается в виде следующих формул и применяется, например, в счетчиках
фирмы “Schlumberger Industries” QUANTUM, SL7000Smart:
, , (2.7)
. (2.8)
Проанализируем, чему равны и чем отличаются мощности, измеряемые в искаженных
режимах устройствами, алгоритмы работы которых приводятся выше.
В несинусоидальных симметричных режимах, когда кривые тока и напряжения фаз
одинаковы по форме, содержат высшие гармоники и сдвинуты в каждой последующей
фазе относительно предыдущей на угол кратный 2p/3, алгоритмы (2.2, 2.3) и (2.5)
дают одинаковый результат, равный мощности Фризе.
Результат вычислений по алгоритму (2.4) зависит от номера присутствующих в
сигнале гармони
- Київ+380960830922