Качество электроэнергии — это степень, в которой напряжение, частота и форма сигнала системы электроснабжения соответствуют установленным спецификациям. Хорошее качество электроэнергии можно определить как стабильное напряжение питания, которое остается в пределах предписанного диапазона, стабильную частоту переменного тока, близкую к номинальному значению, и плавную форму кривой напряжения (напоминающую синусоиду ) . В целом, полезно рассматривать качество электроэнергии как совместимость между тем, что выходит из электрической розетки, и нагрузкой, которая к ней подключена. [1] Этот термин используется для описания электроэнергии, которая питает электрическую нагрузку , и способности нагрузки функционировать должным образом. Без надлежащей мощности электрическое устройство (или нагрузка) может работать со сбоями, преждевременно выйти из строя или вообще не работать. Существует множество способов, при которых электроэнергия может быть низкого качества, и еще больше причин такого низкого качества электроэнергии.
Электроэнергетическая отрасль включает в себя производство электроэнергии ( переменного тока ), передачу электроэнергии и, в конечном счете, распределение электроэнергии до счетчика электроэнергии, расположенного в помещении конечного потребителя электроэнергии. Затем электричество перемещается по системе электропроводки конечного потребителя, пока не достигнет нагрузки. Сложность системы перемещения электроэнергии от точки производства до точки потребления в сочетании с изменениями погоды, генерации, спроса и других факторов создает множество возможностей для ухудшения качества поставок.
Хотя «качество электроэнергии» — удобный термин для многих, на самом деле этот термин описывает качество напряжения , а не мощность или электрический ток . Мощность — это просто поток энергии, а ток, требуемый нагрузкой, в значительной степени неконтролируем.
Качество электроэнергии можно описать как совокупность значений параметров, таких как:
Часто бывает полезно рассматривать качество электроэнергии как проблему совместимости: совместимо ли оборудование, подключенное к сети, с событиями в сети, и совместима ли мощность, поставляемая сетью, включая события, с подключенным оборудованием? Проблемы совместимости всегда имеют как минимум два решения: в этом случае либо очистить электроэнергию, либо сделать оборудование более устойчивым.
Устойчивость оборудования обработки данных к колебаниям напряжения часто характеризуется кривой CBEMA , которая показывает продолжительность и величину колебаний напряжения, которые могут быть допустимы. [3]
В идеале переменное напряжение подается от электросети в виде синусоидального сигнала с амплитудой и частотой, заданными национальными стандартами (в случае электросети ) или системными спецификациями (в случае подачи питания, не подключенного напрямую к электросети), с сопротивлением 0 Ом на всех частотах .
Ни один реальный источник энергии не идеален и, как правило, может иметь отклонения, по крайней мере, следующим образом:
Каждая из этих проблем с качеством электроэнергии имеет свою причину. Некоторые проблемы являются результатом общей инфраструктуры. Например, неисправность в сети может вызвать провал, который повлияет на некоторых клиентов; чем выше уровень неисправности, тем большее число затронутых. Проблема на объекте одного клиента может вызвать переходный процесс, который повлияет на всех других клиентов в той же подсистеме. Такие проблемы, как гармоники, возникают в собственной установке клиента и могут распространяться на сеть и влиять на других клиентов. Проблемы с гармониками можно решить путем сочетания хорошей практики проектирования и хорошо зарекомендовавшего себя оборудования для снижения.
Кондиционирование электроэнергии — это изменение электроэнергии с целью улучшения ее качества.
Источник бесперебойного питания (ИБП) может использоваться для отключения питания от сети, если на линии возникли переходные (временные) условия. Однако более дешевые блоки ИБП сами создают некачественное питание, сродни наложению прямоугольной волны с более высокой частотой и меньшей амплитудой поверх синусоиды. Высококачественные блоки ИБП используют топологию двойного преобразования, которая разбивает входящий переменный ток на постоянный, заряжает батареи, а затем восстанавливает переменный синусоидальный ток. Эта восстановленная синусоида имеет более высокое качество, чем исходная подача переменного тока. [5]
Для компенсации последовательного проседания напряжения используются динамический регулятор напряжения (DVR) и статический синхронный последовательный компенсатор (SSSC).
Устройство защиты от перенапряжения , простой конденсатор или варистор могут защитить от большинства случаев перенапряжения, в то время как грозовой разрядник защищает от сильных скачков напряжения.
Электронные фильтры могут удалять гармоники.
Современные системы используют датчики, называемые блоками измерения фазора (PMU), распределенные по всей сети, для мониторинга качества электроэнергии и в некоторых случаях автоматически реагируют на них. Использование таких интеллектуальных сетей, как функции быстрого обнаружения и автоматического самовосстановления аномалий в сети, обещает обеспечить более высокое качество электроэнергии и меньшее время простоя, одновременно поддерживая электроэнергию от непостоянных источников питания и распределенной генерации , которые, если их не контролировать, ухудшат качество электроэнергии.
Алгоритм сжатия качества электроэнергии — это алгоритм , используемый при анализе качества электроэнергии. Для предоставления высококачественной услуги по электроснабжению необходимо контролировать качество электрических сигналов, также называемых качеством электроэнергии (PQ), в разных местах вдоль электросети . Электроэнергетические компании постоянно тщательно отслеживают формы волн и токи в разных местах сети, чтобы понять, что приводит к любым непредвиденным событиям, таким как отключение электроэнергии и отключения электроэнергии. Это особенно важно на объектах, где под угрозой находится окружающая среда и общественная безопасность (такие учреждения, как больницы, очистные сооружения, шахты и т. д.).
Инженеры используют много видов счетчиков, [6] которые считывают и отображают формы волн электрической мощности и вычисляют параметры форм волн. Они измеряют, например:
Для того чтобы в достаточной степени контролировать непредвиденные события, Рибейро и др. [7] объясняют, что недостаточно отображать эти параметры, но также необходимо постоянно собирать данные о форме волны напряжения. Это невыполнимо из-за большого объема вовлеченных данных, что приводит к так называемому «эффекту бутылки». Например, при частоте выборки 32 выборки за цикл в секунду собирается 1920 выборок. Для трехфазных счетчиков, которые измеряют как формы волны напряжения, так и тока, данных в 6–8 раз больше. Более практичные решения, разработанные в последние годы, сохраняют данные только тогда, когда происходит событие (например, когда обнаруживаются высокие уровни гармоник энергосистемы ) или, в качестве альтернативы, сохраняют среднеквадратичное значение электрических сигналов. [8] Однако этих данных не всегда достаточно для определения точной природы проблем.
Нисенблат и др. [9] предлагают идею алгоритма сжатия качества электроэнергии (аналогичного методам сжатия с потерями ), который позволяет счетчикам непрерывно сохранять форму волны одного или нескольких сигналов мощности, независимо от того, было ли идентифицировано событие, представляющее интерес. Этот алгоритм, называемый PQZip, наделяет процессор памятью, достаточной для хранения формы волны при нормальных условиях питания в течение длительного периода времени, по крайней мере, месяца, двух месяцев или даже года. Сжатие выполняется в реальном времени по мере получения сигналов; оно вычисляет решение о сжатии до получения всех сжатых данных. Например, если один параметр остается постоянным, а различные другие колеблются, решение о сжатии сохраняет только то, что имеет значение из постоянных данных, и сохраняет все данные о колебаниях. Затем оно разлагает форму волны сигнала мощности на многочисленные компоненты в течение различных периодов формы волны. Он завершает процесс, сжимая значения по крайней мере некоторых из этих компонентов в течение различных периодов по отдельности. Этот алгоритм сжатия в реальном времени, выполняемый независимо от выборки, предотвращает появление пробелов в данных и имеет типичный коэффициент сжатия 1000:1.
Типичная функция анализатора мощности — генерация архива данных, агрегированных за заданный интервал. Чаще всего используется интервал в 10 минут или 1 минуту, как указано в стандартах IEC/IEEE PQ. Значительные размеры архива создаются во время работы такого прибора. Как продемонстрировали Краус и др. [10], коэффициент сжатия таких архивов с использованием алгоритма цепи Лемпеля–Зива–Маркова , bzip или других подобных алгоритмов сжатия без потерь может быть значительным. Используя прогнозирование и моделирование на сохраненных временных рядах в фактическом архиве качества электроэнергии, эффективность сжатия постобработки обычно дополнительно повышается. Такое сочетание упрощенных методов подразумевает экономию как в процессах хранения данных, так и в процессах сбора данных.
Качество поставляемой электроэнергии регламентируется международными стандартами и их местными производными, принятыми в разных странах:
EN50160 — европейский стандарт качества электроэнергии, устанавливающий допустимые пределы искажений для различных параметров, определяющих напряжение в сетях переменного тока.
IEEE-519 — североамериканский стандарт для энергосистем. Он определяется как «рекомендуемая практика» [11] и, в отличие от EN50160, этот стандарт относится как к искажению тока, так и к напряжению.
IEC 61000-4-30 — стандарт, определяющий методы контроля качества электроэнергии. Издание 3 (2015) включает измерения тока, в отличие от более ранних изданий, которые касались только измерения напряжения.
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )