четверг, 11 февраля 2016 г.

Electrical Power Systems Quality by Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya Santoso, H. Wayne Beaty («Качество электроэнергии в электрических системах» Р. Дуган, М. Макгранахан, С. Сантосо, Х. Бити)

Несмотря на то, что книга не претерпела больших изменений с 2002 года, даты предыдущего издания, она всё ещё остаётся весьма актуальной и достаточно полной по сравнению с другой литературой, которую мне удалось прочитать по этой тематике.

Книга достаточно толстая (580 страниц) и может быть использована не только как основательный учебник, но и как справочник. Дуган и Макгранахан активно работали в проектах по изучению гармоник ещё с середины 70-х годов прошлого века, и, как видно из книги они обладают обширным опытом и знаниями, которыми они обильно делятся со своими читателями.

Учебник очень хорошо структурирован, материал подаётся очень последовательно, и хотя в книге достаточно много графиков и формул, авторы не увлекаются теорией и в основном ориентируются на инженеров-практиков. После определений и теоретической части идёт подробное описание источников, влияющих на ухудшение качества электроэнергии, а затем идут главы, в которых описываются способы по смягчению их воздействия. Радует то, что авторы много внимания уделяют энергосистеме в целом, что выгодно отличает их от других книг, которые в основном описывают систему с точки зрения потребителей. Стоит отметить и главу 8, в которой излагается система учёта электроэнергии США, приводятся примеры контрактов и страховок.

И всё же самое большое впечатление, которое практически полностью опрокинуло мои институтские познания, на меня произвело определение активной, реактивной и полной мощности, которые объясняются в этой книге.

Из курса теоретических основ электротехники мы помним, что активная (Р), реактивная (Q) и полная (S) мощности соотносятся друг с другом по формуле:
 И графически это можно изобразить следующим образом:
Однако это справедливо, только если мы имеем правильные синусоиды по току и напряжению и не учитываем гармоники.

При наличии нелинейных искажений (гармоник), вводится понятие Мощности нелинейных искажений (D). Таким образом, вышеуказанная формула будет выглядеть следующим образом:
И графически это тоже будет выглядеть иначе:

Коэффициент мощности (PF), о котором мы знаем, относится к синусоиде на частоте сети (50Гц) и учитывает угол между током и напряжением только на этой частоте (частоте первой гармоники):
Коэффициент мощности, который учитывает всю активную энергию, включая и основную частоту, и частоту гармоники, называется Истинным коэффициентом мощности. Современные анализаторы Качества электроэнергии измеряют как обычный коэффициент мощности, так и истинный коэффициент мощности.

В книге приводится пример расчёта для привода с регулируемой скорость вращения вала и с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Так вот, при учёте обычного коэффициента мощности получается, что он почти равен единице, тогда как истинный коэффициент мощности равен от 0.5 до 0.6. При этом анализаторы качества электроэнергии могут посчитать этот коэффициент и в денежном отношении.
 
В целом мне книга очень понравилась, узнал для себя много полезного и думаю, что она будет весьма полезной многим моим коллегам.

Power quality in electrical systems by Alexander Kusko and Marc T. Thompson («Качество электроэнергии в электрических системах», Александр Куско и Марк Томпсон)

Некоторое время назад по работе мне пришлось заняться методами компенсации реактивной мощности. И как обычно в таких случаях, пошёл по привычному для меня кругу: интернет, обширная личная библиотека, книжные онлайн- и оффлайн-магазины. Чаще всего я натыкался на старые советские книги или современные Российские издания, которые рассматривали решения на основе батарей статических конденсаторов, реакторов, электромеханических синхронных компенсаторов и иных устройств без применения силовой электроники. Эти устройства довольно успешно применяются в энергосистемах ещё с начала прошлого века. Они надёжны, их легко рассчитать, они не дороги (за исключением, пожалуй, синхронных компенсаторов), однако, они не достаточно гибкие и, в связи с этим, вопрос об их эффективности всё же остаётся до определённой степени спорным.

Именно поэтому пришлось обратить внимание на англоязычную литературу. Здесь, однако, после небольшого периода поисков, обнаружилось, что компенсация реактивной мощности, у них чаще всего рассматривается лишь как один из элементов целого комплекса вопросов, которые объединены понятием «качества электроэнергии». И с таким подходом трудно не согласиться. Ведь реактивная мощность теснейшим образом связана и с гармониками, и с временным падением или повышением напряжения, и с неустойчивой токовой нагрузкой, и с резонансными явлениями. Таким образом, объединение всех этих явлений в единую систему, кажется вполне логичным.

Книга Куско и Томсона «Качество электроэнергии в электрических системах» очень небольшая, всего 225 страниц. И благодаря своему небольшому формату, в ней, как мне показалось, все основные аспекты Качества электроэнергии даны лишь в обзорном порядке. В книге кратко рассматриваются соответствующие стандарты, а также даны описания гармоник, интергармоник, различных нарушений режимов тока и напряжения. К тому же, описаны методы корректировки качества электроэнергии, такие как пассивные и активные фильтры, динамические компенсаторы напряжения, ИБП и резервные системы.

Отдельное спасибо авторам книги стоит сказать за главу о гармониках и интергармониках. В ней достаточно просто, без особых выкрутасов, описывается это явление. Причём для наглядности представлено очень много графиков и электрических схем, выполненных в программе SPICE, а также даны пояснения к ним. В главе очень много формул, но все они несложные и строго по делу. Мне очень понравились примеры расчётов, которые приведены в конце главы для закрепления материала, в которых показано, как находить THD, Vrms и гармоники.

Также я очень благодарен за описание анализатора качества электрической энергии в главе 14. Дело в том, что стоимость таких приборов варьирует от 4 000 до 8 000 долларов США, это очень дорого и к их приобретению стоит отнестись очень обдуманно. И поэтому авторы в этой главе представили перечень характеристик, на которые стоит обратить внимание при приобретении этих приборов.

К большому сожалению не все генерирующие и распределительные компании на территории бывшего Союза уделяют достаточно внимания аспектам качества электроэнергии. А ведь с этим связаны и ложные отключения, и ложное срабатывание релейной защиты, и длительные понижения напряжения, и потеря изоляции, и повышенный износ дорогостоящего оборудования, и упущенная выгода производителей из-за неустойчивости системы. Требования по качеству электрической энергии в странах СНГ начали вводить только с 2013 года. И об их полномасштабном практическом применении говорить пока рано. Этот процесс находиться ещё только на начальной стадии, как со стороны генерирующих компаний, так и со стороны потребителей. Например, если обратиться к ГОСТу 32144-2013, «Нормы качества электрической энергии в системах общего назначения», то можно заметить, что некоторые параметры никак не регулируются: так в п. 4.2.4.2 указано, что «допустимые уровни интергармонических составляющих напряжения электропитания находятся на рассмотрении»; а в п. 4.2.6 указано, что допустимые уровни напряжений сигналов так же «находятся на рассмотрении».   
 
Несмотря на то, что книга издана в 2007 году, материал, изложенный в ней, достаточно актуален. Кроме того, она написана достаточно лёгким языком с большим количеством поясняющих схем и графиков, и может служить хорошим началом для знакомства с этой тематикой.