Opis
W rozprawie przedstawiono systematyczną analizę miar wahań napięcia ukierunkowaną na wykorzystanie wyników pomiarów w opisie zmienności napięcia w sieci elektroenergetycznej i identyfikacji jej źródeł. Do analizy wybrano trzy miary: wartości maksymalne max i minimalne min wartości skutecznej napięcia, wskaźniki wahań napięcia oraz wskaźnik krótkookresowego migotania światła Pst. Właściwą analizę˛ miar wahań napięcia poprzedzono wprowadzeniem, w którym zaproponowano definicje wahań napięcia oraz dokonano przeglądu miar napięcia w obwodach elektroenergetycznych. Wartości maksymalne i minimalne to powszechnie znana i (przynajmniej pozornie) oczywista miara zmienności wykorzystywana tak że do oszacowywania wahań napięcia. Jednak zgodność wyników pomiarów tej miary ze zmiennością napięcia występuje tylko dla określonych parametrów tej zmienności. W związku z tym zbadano wpływ modulacji amplitudy, modulacji częstotliwości oraz składowej sub/interharmonicznej na wynik pomiarów max/min. Wskaźniki wahań napięcia są miarą opisującą zmienność napięcia za pomocą amplitudy ?U i częstości f. Wykorzystując zaproponowaną definicję wahań napięcia, przeprowadzono proces wykrywania wahań oraz wykonano obróbkę statystyczną, prowadzącą do wyznaczenia wskaźników wahań: ?U i f. Wyznaczono zależności tych wskaźników od zmienności napięcia odwzorowywanej modulacją amplitudy, modulacją częstotliwości oraz składowej sub/interharmonicznej. Określono przedziały częstotliwości sygnału modulującego amplitudę, w których wartości wskaźników są zgodne z wartościami głębokości modulacji i częstotliwości sygnału modulującego. Omówiono formy prezentacji wskaźników wahań napięcia. Wskaźnik Pst opisuje skutek wahań napięcia przejawiający się migotaniem światła. Do pomiaru wskaźnika służy miernik migotania światła (potocznie zwany flickermetrem). Zamodelowano tor sygnałowy miernika oddzielnie dla napięcia wejściowego o modulowanej amplitudzie o modulowanej częstotliwości oraz ze składowymi sub/interharmonicznymi. Dla każdego modelu zbudowano charakterystyki przetwarzania flickermetru i charakterystyki amplitudowe wewnętrznych sygnałów miernika oraz określono przedziały częstotliwości, w których może być odczuwane migotanie światła. Rezultaty badań modelowych porównano z wynikami symulacji numerycznych oraz z wynikami badań laboratoryjnych. Na podstawie wyników wykonanych analiz porównano wybrane miary wahań napięcia ze względu na: zastosowanie w ocenie jakości energii elektrycznej, możliwości odtwarzania zmienności napięcia, oszacowanie skutków wahań napięcia oraz identyfikację przyczyn zmienności napięcia. Zaproponowano dwie metody identyfikacji uciążliwych (ze względu na generowane wahania napięcia) odbiorników energii elektrycznej: jedną na podstawie analizy zmienności amplitudy wahań ?U oraz drugą na podstawie skojarzenia amplitud wahań napięcia ?U i zmienności prądów. Przedstawienie tych metod poprzedzono omówieniem m.in.: powstawania i propagacji wahań napięcia w linii zasilającej odbiornik, zmienności napięcia w trakcie załączania i wyłączania odbiornika oraz zmian napięcia w układach trójfazowych. Omówione w rozprawie miary wahań napięcia wykorzystano w badaniach rzeczywistych obwodów zasilania. Zamieszczono przykładowe wyniki pomiarów w czterech obwodach WN, śN i nn. Spis treściStreszczenie 7 Wybrane symbole i oznaczenia 8 Rozdział 1. Wstęp 12 1.1. Obszar problemowy 12 1.2. Cel i zakres pracy 18 Rozdział 2. Wahania napięcia 23 2.1. Odczuwanie migotania światła 25 Rozdział 3. Miary napięcia 29 3.1. Napięcie w sieci elektroenergetycznej 29 3.2. Pomiar wartości chwilowych napięcia 29 3.3. Podstawowe miary napięcia 31 3.3.1. Wartość skuteczna napięcia 31 3.3.2. Wartość szczytowa napięcia 34 3.3.3. Wartość średnia przebiegu wyprostowanego napięcia 34 3.3.4. Wartość średnia – składowa stała napięcia 35 3.3.5. Wartość międzyszczytowa napięcia 35 3.3.6. Współczynnik szczytu napięcia 35 3.3.7. Współczynnik kształtu napięcia 36 3.3.8. Częstotliwość 36 3.3.9. Widma amplitudowe i fazowe 36 3.3.10. Współczynnik odkształcenia THD 38 3.4. Wartość skuteczna napięcia odkształconego wyższymi harmonicznymi 39 3.5. Wartość skuteczna napięcia ze składowymi subharmonicznymi i/lub interharmonicznymi 40 3.6. Wartość skuteczna napięcia o modulowanej amplitudzie 41 3.7. Wartość skuteczna napięcia o zmiennej częstotliwości 45 3.8. Wartość skuteczna napięcia o modulowanej częstotliwości 45 3.9. Zmienność napięcia a wybrane miary napięcia 47 Rozdział 4. Wykorzystanie wartości max i min w opisie zmienności napięcia 48 4.1. Zależność wartości max i min od zmienności napięcia 50 4.2. Niedokładność pomiaru wartości max i min napięcia 53 Rozdział 5. Pomiar wskaźników wahań napięcia 54 5.1. Wykrywanie amplitud wahań napięcia ?V 54 5.2. Obróbka statystyczna amplitudy wahań ?V 55 5.3. Wykrywanie amplitud wahań ?V na podstawie wartości skutecznych wyznaczanych co półokresu napięcia 57 5.3.1. Przykład wykrywania wahań na schodkowym przebiegu czasowym napięcia U(t) 58 5.3.2. W