Badanie miar wahań napięcia w sieciach elektrycznych

W rozprawie przedstawiono systematyczną analizę miar wahań napięcia ukierunkowaną na użycie wyników pomiarów w opisie zmienności napięcia w sieci elektroenergetycznej i identyfikacji jej źródeł. Do analizy wybrano trzy miary: wartości maksymalne max i nieduże min wartości efektywnej napięcia, wskaźniki wahań napięcia, a także 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 znikome to powszechnie znana i (przynajmniej pozornie) oczywista miara zmienności używana tak iż 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 przy pomocy amplitudy δU i częstości f. Wykorzystując zaproponowaną definicję wahań napięcia, przeprowadzono cykl wykrywania wahań i tworzono obróbkę statystyczną, prowadzącą do wyznaczenia wskaźników wahań: δU i f. Wyrózniono zależności tych wskaźników od zmienności napięcia odwzorowywanej modulacją amplitudy, modulacją częstotliwości, a także 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 P_st 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 i ze składowymi sub/interharmonicznymi. Dla każdego modelu zbudowano charakterystyki przetwarzania flickermetru i charakterystyki amplitudowe wewnętrznych sygnałów miernika i określono przedziały częstotliwości, w których może być odczuwane migotanie światła. Rezultaty badań modelowych porównano z wynikami symulacji numerycznych, a także z wynikami badań laboratoryjnych.
Na podstawie wyników stworzonych analiz porównano wybrane miary wahań napięcia ze względu na: użycie w ocenie jakości energii elektrycznej, możliwości odtwarzania zmienności napięcia, oszacowanie skutków wahań napięcia i 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 δU oraz drugą na podstawie skojarzenia amplitud wahań napięcia δU 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 i 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.