Розвиток теоретичних засад та нормативно-технічного забезпечення оцінювання якості електричної енергії в мережах загального призначення

Abstract

Дисертація присвячена розвитку теоретичних засад оцінювання якості електроенергії шляхом вдосконалення нормативної бази для реалізації нових підходів з формування сукупності показників якості, розроблення нових методів виявлення і контролю негативних явищ в мережах та побудови на їх основі засобів вимірювання з покращаними метрологічними характеристиками. Виділено чотири групи показників якості, що характеризують повільні збурення та спектральні спотворення напруги, часові перенапруги і западини напруги, імпульсні спотворення її форми. Розроблено матричний метод та методику оцінки рівня якості електроенергії з використанням процесного підходу для управління її якістю. Запропоновано застосування wavelet-перетворення для видозміни номенклатури показників якості електроенергії та розробки нових методів і засобів виявлення та вимірювання негативних процесів в мережах.The dissertation is dedicated to the development of theoretical principles of electric energy quality estimation in the way of normative basis improvement with the purpose to realize new approaches to quality indices’ totality formation; the development of new methods of detection and control of negative phenomena within networks as well as the construction of measuring means on their basis with improved metrological characteristics. Four groups of electric energy quality indices that characterize slow perturbations, spectral voltage distortion, time over-voltage and voltage depressions as well as the impulse corruption of its form are indicated. The matrix methods of electric energy quality level estimation with the aid of processing approach to its quality estimation are developed. The employment of wavelet-transformation to change the shape of the nomenclature of electric energy quality indices and to develop new methods and network of negative process detection within networks is proposed. Диссертация посвящена развитию теоретических основ оценки качества электроэнергии путем усовершенствования нормативной базы для реализации новых подходов формирования совокупности показателей качества, разработки новых методов обнаружения и контроля негативных явлений в сетях, а также построения на их основании средств измерения с улучшенными метрологическими характеристиками. Предложено распределение всей совокупности показателей качества электроэнергии на группы статических и динамических, каждая из которых характеризует определенные процессы, происходящие на энергообъектах и в сетях. На основании анализа действующей нормативной документации выделено четыре группы показателей качества электроэнергии, которые описывают медленные возмущения, отклонения и спектральные искажения напряжения, временные перенапряжения и провалы напряжения, а также импульсные искажения ее формы. Разработаны матричный метод и методика оценки уровня качества электроэнергии с использованием процессного подхода с целью управления ее качеством на всем пути прохождения – от систем производства через распределительные схемы до сетей потребителей. При этом переменный уровень качества электроэнергии на каждом участке определяется текущей матрицей, состоящей из комплексных показателей в виде строк из групп однородных единичных показателей. Рекомендовано с целью усовершенствования контроля качества электроэнергии применять показатели, описывающие временные отклонения функции напряжения, т. е. скорости изменения эффективного или усредненного мгновенного значений напряжения во времени. Предложено использование нового математического аппарата – wavelet-преобразования, что позволяет изменить номенклатуру показателей качества электроэнергии и разработать новые методы нахождения негативных процессов в сетях и алгоритмы измерения статических и динамических показателей качества. На примере исследования ухудшения качества электроэнергии в виде медленных возмущений и искажений напряжения разработаны алгоритмы определения статических показателей качества при помощи непрерывного и дискретного wavelet-преобразования и произведена их сравнительная оценка, на основании чего рекомендовано применение последнего благодаря простоте его реализации и достаточной эффективности анализа. Развита теория обнаружения и контроля временных перенапряжений и провалов напряжений в сетях. Разработано и исследовано применение способа нахождения этих процессов путем определения моментов превышений значений кореляционной функции и разностей соответствующих мгновенных значений напряжения соседних периодов повторения в отношении пороговых значений. С целью повышения точности обнаружения процессов и уменьшения влияния случайного изменения моментов их появления и окончания, а также отклонения частоты и формы напряжения, рекомендовано – использовать вычисление кореляционной функции сигнала на протяжении двух пропорциональных интервалов времени и дополнительное измерение его частоты. Показано, что наиболее эффективным путем построения средств измерения является применение дискретного wavelet-преобразования не только для определения необходимых динамических показателей качества электроэнергии, но и при обнаружении данных негативных процессов. Предложена реализация такого способа на основании определения отклонений от пороговых – значений коэффициентов первого уровня wavelet-преобразования и вычисленных на их основании кореляционных функций; что обеспечивает единый подход для измерения показателей качества электроэнергии в переходной и установленной фазах этих процессов. При этом получена оригинальная трактовка коэффициента перенапряжения и глубины провала напряжения в виде совокупностей распределенных спектральных состаляющих на протяжении частотного диапазона анализа входного сигнала. Предложен эффективный подход для обнаружения и контроля быстрых импульсных искажений напряжения при помощи аналоговых аппаратных устройств, амплитудного детектирования и последующей цифровой обработки данных, что позволило реализовать сравнительно простую и точную схему для измерения амплитуд этих искажений длительностью от 1 мкс до 1 мс с погрешностью в пределах. Разработаны структуры отдельных измерителей показателей качества электроэнергии, реализованные в виде портативных и стационарных приборов или информационно-измерительного комплекса для нужд электроэнергетики. На основании исследований погрешностей обнаружения негативных процессов и измерения показателей качества электроэнергии определены специальные способы их минимизации до уровней не более при помощи обработки образцовых сигналов или с использованием новых алгоритмов, а также сформулированы рекомендации в отношении выбора основных узлов измерительных средств, включительно с входными устройствами. Разработаны предложения относительно усовершенствования метрологического обеспечення учета и измерения качества электроэнергии в сетях общего назначения.