W dniach 26 – 28 czerwca 2000r. w Lubiatowie (k. Sławy) odbyła się V Szkoła – Konferencja „Elektrotechnika – Prądy Niesinusoidalne”. Gospodarzem i współorganizatorem konferencji był Instytut Metrologii Elektrycznej Politechniki Zielonogórskiej. Do współorganizatorów należał również Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej PAN, Komitet Elektrotechniki PAN, IES/PELS IEEE Poland Section, Polskie Towarzystwo Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej oraz Instytut Elektrotechniki Przemysłowej Politechniki Zielonogórskiej.
W konferencji wzięło udział 52 uczestników, w tym 15 profesorów i doktorów habilitowanych, z krajowych ośrodków akademickich i jednostek badawczych, przemysłu oraz z ośrodków akademickich w Niemczech, Stanach Zjednoczonych Ameryki i Ukrainie.
Obradom konferencji towarzyszyła wystawa aparatury i sprzętu kontrolno-pomiarowego oraz oprogramowania komputerowego wdrożonego do produkcji przez Instytut Metrologii Elektrycznej Politechniki Zielonogórskiej w ramach projektów celowych przy udziale Ośrodka Badawczo – Rozwojowego „Metrol” w Zielonej Górze. Eksponowane były również podstawowe przyrządy firmy „Lumel” z Zielonej Góry.
Honorowy przewodniczący:
prof. dr inż. Henryk Tunia
Przewodniczący:
prof. dr hab. inż. Krzysztof Badźmirowski
V - ce Przewodniczący:
prof. dr hab. inż. Leszek Frąckowiak
Sekretarz:
dr inż. Wiesław Miczulski
Członkowie:
prof. dr hab. inż. Jerzy Bolikowski
prof. dr hab. inż. Bogusław Grzesik
prof. dr hab. inż. Zbigniew Hanzelka
dr hab. inż. Marek Hartman
prof. dr hab. inż. Andrzej Horodecki
prof. dr hab. inż. Marian Kaźmierkowski
prof. dr hab. inż. Zbigniew Kowalski
prof. dr inż. Mariusz Klytta
prof. dr hab. inż. Marian Miłek
prof. dr hab. inż. Marian Pasko
prof. dr hab. inż. Ryszard Strzelecki
prof. dr hab. inż. Henryk Supronowicz
prof. dr hab. inż. Igor U. Żeżelenko
prof. dr hab. inż. Jerzy Bolikowski - przewodniczący
dr inż. Wiesław Miczulski - sekretarz
SZKOŁA
Leszek S. Czarnecki
"Moc bierna i pozorna:czy wszystko jest już wyjaśnione?"
Przedmiotem artykułu są rozpowszechnione w elektrotechnice opinie dotyczące natury mocy biernej i mocy pozornej w obwodach trójfazowych. W szczególności, artykuł pokazuje, że związek mocy biernej z oscylacją energii między źródłem a odbiornikiem oraz jej akumulacją w odbiorniku, istniejący w liniowych, czasowo-niezmienniczych obwodach jednofazowych jest błędnie uogólniany na obwody, które tych warunków nie spełniają. Artykuł porównuje także rozpowszechnione w elektrotechnice definicje mocy pozornej w obwodach trójfazowych i pokazuje, że arytmetyczna moc pozorna oraz geometryczna moc pozorna błędnie charakteryzują właściwości energetyczne obwodów niezrównoważonych.
"Reactive and apparent powers: is everything clarified now?"
Summary. Common opinions respective to the nature of the reactive power, energy flow and oscillations, as well as the notion of the apparent power in three-phase systems are discussed in this paper. It is shown that some interpretations of powers and energy flow in linear, single-phase circuits are often generalized for more complex situations where these interpretations are not longer valid. Consequently, power phenomena in electrical systems are often misinterpreted. This relates to the reactive power which occurs in three-phase systems without energy oscillation between the supply source and the load, as well as it occurs in time-variant systems without energy storage capability. Also, it was demonstrated in the paper that the arithmetic and geometric apparent powers, commonly used in three-phase systems, do not characterize the supply loading correctly when the load is unbalanced.
Jerzy Bolikowski
"Problematyka dokładności pomiaru mocy sygnałów niesinusoidalnych"
W referacie omówiono podstawowe źródła błędów występujące przy pomiarach mocy sygnałów okresowych niesinusoidalnych. Szczególną uwagę poświęcono błędom wnoszonym przez obwody wejściowe przyrządów pomiarowych. Omówiono modele matematyczne obwodów wejściowych, przedstawiono wyniki badań oraz metodę korekcji błędów wnoszonych przez obwody wejściowe. Scharakteryzowano również błędy operacji matematycznych na sygnałach mierzonych wnoszone przez analogowe i cyfrowe operatory funkcyjne.
Marek Hartman, Mansour Hashad, Jan Iwaszkiewicz
"Nowy parametr jakości energii elektrycznej – migotanie światła"
W referacie określono nowe pojęcie charakteryzujące jakość energii w rzeczywistych sieciach zasilających, w których występują wahania napięcia sieci zasilającej. Nosi ono nazwę migotania światła. Przybliżono znaczenie i cechy fizyczne tego zjawiska, a także sposób pomiaru parametrów je charakteryzujących. Znajomość tych zagadnień powinna być interesująca a nawet niezbędna dla wielu elektryków przemysłowych w obszarze wytwarzania, przesyłu czy też rozdziału energii elektrycznej. W dalszych rozdziałach opisano strukturę blokową i zasadę działania mierników migotania, a także zaprezentowano wyniki pomiarów przeprowadzonych w Laboratorium OG jak również w sieci przemysłowej, w hucie im. T. Sędzimira.
Roman Barlik, Mieczysław Nowak
"Trójfazowe prostowniki PWM o nastawianym współczynniku mocy"
W pracy przedstawiono podstawowe właściwości statyczne i dynamiczne trójfazowych przekształtników sieciowych ac/dc realizowanych przy użyciu elementów półprzewodnikowych w pełni sterowalnych takich jak IGBT czy GTO. Rozpatrzono dwie zasadnicze struktury przekształtników: układ z obwodem wyjściowym napięciowym (podwyższający napięcie, boost rectifier) i układ z obwodem wyjściowym prądowym (obniżający napięcie, buck rectifier). Oba prezentowane układy umożliwiają dwukierunkowy przepływ energii i charakteryzują się możliwością nastawiania kąta przesunięcia fazowego prądu pobieranego z linii względem napięcia linii. Podano wyniki badań symulacyjnych i laboratoryjnych, umożliwiające porównanie właściwości prezentowanych przekształtników i określenie obszaru ich zastosowań oraz przedstawiono układy sterowania przekształtników AC/DC.
"Three-phase PWM rectifier with power factor correction"
The static and dynamic properties of three phase ac to dc line converters, realised with application of fully controlled semiconductor devices like IGBT or GTO are presented. Thanks high switching frequency and use of PWM technique input line currents are close to sinusoidal. Two main system circuits are considered: line converter with dc voltage output (boost rectifier) and line converter with dc current output (buck rectifier). These converters are suitable for energy flow control in both direction between three phase line and dc voltage or current output. They make possibility of control of angle displacement between main harmonics of line currents and line voltages. The control circuits of ac/dc converters are also presented. The simulation and experimental results of both line converters are presented enabling a comparison and determination of the application range of this converters.
KONFERENCJA
Jerzy Bajorek, Józefa Kolasa, Grzegorz Kosobudzki, Józef Nowak
"Geometryczna interpretacja mocy prądów niesinusoidalnych"
W pracy przedstawiamy pętlę histerezy nieliniowego odbiornika w różnych współrzędnych fazowych. Pokazujemy, że jej powierzchnia nie zmienia się, gdy do odbiornika o indukcyjnym charakterze dołączy się równolegle kondensator. Przedstawiamy również pętlę, której powierzchnia nie ulega zmianie po dołączeniu równolegle do nieliniowego odbiornika rezystora, a po dołączeniu kondensatora powierzchnia pętli zmniejsza się i staje się wielospójna.
"Geometrical interpretation of power of nonsinusoidal currents"
We show that:
- the surface inside the closed histeresis loop is a model specifying the dissipated power better than the scalar product of current and voltage waves;
- the loop in phase coordinates (current, voltage) is a reactive loop; its surface is proportional to the electric and magnetic field power independently of shape of current and voltage waves.
Jerzy Bakalarczyk
"Filtrowanie napięć odkształconych w liniach zasilających układy napędowe"
Praca różnych urządzeń o charakterystyce nieliniowej - w tym układów napędowych - sprawia, że przebiegi napięć w sieci zasilającej są odkształcone. W praktyce, w celu zapewnienia prawidłowego funkcjonowania ogółu urządzeń, stosowane są środki zaradcze w postaci układów filtrujących. W artykule tym przedstawiono sposoby tych rozwiązań technicznych i ich opis - przy założeniu, że zapewnić mają one wymaganą zgodność z poziomami kompatybilności. Na koniec dokonano podsumowania oraz oceny skuteczności opisanych metod.
"Filtering of the distorted voltages in the AC lines supplying variable frequency drives"
The work of electrical equipment having nonlinear characteristics - including variable frequency drives- causes the waveforms of voltages to be distorted in supplying grid. In practice, to assure properly perfoming a duty, in the whole of the equipment, one have to apply preventive measures in a form of the filter systems. This paper shows the methods of this technical solutions and their description - assuming of assurance of their accordance with compatibility levels. Finally, one have done recapitulation and the evaluation of an efficiency of the described methods.
Dariusz Bednarski
"Realizacja praktyczna sterowania filtrem aktywnym"
W referacie przedstawiono algorytm sterowania filtru aktywnego typu VSI do kompensacji prądu deformacji. Filtr przeznaczony jest do odbiorników zasilanych z sieci trójfazowej bez przewodu neutralnego. Omówiono podstawowe dane techniczne oraz możliwości pakietu uruchomieniowego DSP96002 firmy Motorola pozwalającego w czasie rzeczywistym realizować sterowanie filtrem aktywnym. Przedstawione zostały wyniki badań laboratoryjnych zbudowanego filtru przy nieliniowych prądach odbiornika.
"The active filter control system implementation"
The control algorithm of the active filter (realized as VSI - Voltage Source Inverter) compensating the distortion current is presented in the article. This algorithm is based on the mean value of the absorbed current vector observation in the rotated with a source voltage vector reference frame. The package DSP 96000 ADSA MOTOROLA firm with signal processor DSP 96002 was used. The system laboratory investigation presented in the paper confirms its good dynamic and static properties.
Andrzej Bień, Adam Morończyk
"Zastosowanie filtrów SC do poprawy rozdzielczości pomiaru THD"
Pomiar THD jest jednym z kryteriów oceny jakości dostarczanej energii elektrycznej. W pracy jest podany sposób pomiaru wykorzystujący wstępne filtrowanie sygnału napięcia sieci badanej. Zarówno filtry, jak i system przetwarzający uzyskane sygnały jest sterowany za pomocą pętli synchronizacji fazowej, sprzężonej z mierzonym sygnałem. Rozwiązanie takie umożliwiło poprawę dokładności pomiaru, nawet dla przetworników A/C o niewielkiej rozdzielczości.
"Using SC-filters for improving of THD factor measurement"
THD factor measurement is one of the basic factors, which determine the quality of electric energy. The paper deals with a method of THD measurement, based on the application of filtration by which fundamental frequency and distortion (interpreted as higher harmonics) are extracted from the evaluated signal. The proposed application consists of SC-filters tuned up from PLL system, which enables to identify main frequency changes of the measured signal. Results of the simulation studies and laboratory experiments proved usefulness of suggested solutions for improving of THD factor measurement, even in case of using A/D converters with small resolution. It let design a prototype of measuring device based on the proposed method.
Tomasz Biskup, Jakub Krzak
"Modulator stochastyczny na bazie układów CPLD - idea i realizacja"
W artykule przedstawione zostały wyniki badań układu sterowania falownika napięcia, w którym blok modulatora został oparty o układy CPLD. W prezentowanym rozwiązaniu zrealizowano 2 algorytmy modulacji stochastycznej: ze zmienną częstotliwością przełączeń oraz ze zmiennym położeniem impulsu załączającego. Obie metody bazują na algorytmie modulacji naturalnej niesynchronizowanej z sinusoidalnym sygnałem nośnym. Praca zawiera opis układu sterowania oraz wyniki pomiarów. Szczególną uwagę zwrócono na porównanie charakterystyk widmowych hałasu, generowanego przez silnik indukcyjny zasilany z falownika.
"Random modulator with CPLD - idea and realization"
There is description of the control system of frequency inverter given in the paper. The control system is based on Lattice CPLDs which realize 3-phase PWM. Authors have implemented two random modulation strategies in this control unit: random switching modulation and random pulse position modulation. The both of them are based on classical triangle carrier PWM. The results of investigations and measurements are presented in the end of the paper. The measurements were obtained with 2.2 kW induction motor. The analysis of the modulation strategies is made by compare currents, voltages and noises FFTs.
Antoni Bogdan
"Przekształtnik AC/HF z sinusoidalnym prądem wejściowym"
W artykule przedstawione zostaną właściwości przekształtnika z wysokoczęstotliwościowym równoległym obwodem rezonansowym zasilanym ze źródła napięcia stałego i przemiennego. Przekształtnik ten jest sterowany metodą gęstości impulsów i przełączany jest przy zerowym napięciu. Opisano sposób stabilizacji drgań obwodu rezonansowego przy zasilaniu ze źródeł napięcia stałego i przemiennego. Prezentowane wyniki uzyskane zostały drogą symulacji cyfrowych.
"DC/HF frequency changer with sinusoidal input current"
Summary: Properties of the current source parallel resonant DC to AC converter controlled by means pulse density and switched with zero voltage are presented. Method of the resonant circuit oscillations stabilisation in the cause of its feeding by the DC or AC source is described. Presented results were obtained on the way of computer simulations.
Computer investigations showed, that is possibility of feeding systems construction with high frequency resonance circuit feeded from AC and DC sources. Input of the converter does not receive any reactive power from net because the current received from sources is practically sinusoidal and has the same phase as voltage.
The main problem concerned the resonant voltage oscillation, when the system is feeded by the AC source was solved by the additional capacitance filter. Resulted simulation shows that the pulse modulation method of control ensures adequate input current shape in the steady and transient states of regulation. This system may be applied in practice as power compensator or active filter [2].
Ryszard Borowski
"Poprawa kompatybilności elektromagnetycznej poprzez zaadaptowanie dwóch statycznych systemów UPS"
W referacie przeanalizowano różne możliwości zastosowania dwóch statycznych systemów UPS do poprawy kompatybilności elektromagnetycznej przez ich wykorzystanie jako filtrów aktywnych. W szczególności rozważono kompensację mocy dystorsji dla obciążenia typu RL zasilanego przez przerywacz impulsowy. W dotychczasowych badaniach Autor uzyskał przy zastosowaniu tylko jednego układu UPS kompensację niewystarczającą ze względu na wymagania norm [4] dotyczące współczynnika odkształceń harmonicznych. Wskazuje on na bardziej skuteczną kompensację poprzez zastosowanie dwóch zaadaptowanych statycznych układów UPS pracujących w układzie kaskadowym.
"Improvement of electromagnetic compatibility through adaptation of two static UPS systems"
Various employment possibilities of two static UPS systems for improvement of electromagnetic compatibility through their use as active filters have been presented in this paper. The article considers compensation of distortion power for RL type load supplied by a pulse circuit breaker in particular. In the course of hitherto research of the Author, with the use of one UPS system compensation was achieved from the value of THDI% = 128.5 % to TDHI% = 15.97 %, which is insufficient due to the requirements of the standards referring to harmonics distortion rate. In order to indicate a more efficient compensation, the Author proposes employment of two adapted static UPS systems working in cascade arrangement.
Leszek Frąckowiak, Michał Gwóźdź, Ryszard Porada
"Układ synchronizacji sygnału wzorcowego z siecią zasilającą"
W artykule przedstawiono zasadę działania oraz wyniki badań modelu laboratoryjnego układu synchronizacji przebiegu wzorcowego z siecią zasilającą. Układ zastosowano w generatorze prądu wzorcowego energoelektronicznego filtru aktywnego. Generator zrealizowano w oparciu o zmiennoprzecinkowy procesor sygnałowy firmy Analog Devices Inc. uzyskując krótki czas odpowiedzi układu na zmiany wymuszeń oraz niewielkie zniekształcenia nieliniowe przebiegu wzorcowego.
"Synchronization system of reference signal with power network"
In this work we presented principle of operation and results of investigations on laboratory model of synchronization system of references waveform of optimal active current with power network. This system is used in reference current generator on power electronic active shunt filter. Generator is realized basing on real number signal processor firms Analog Devices Inc., obtaining short time of answer of system on changes of input functions and small non-linear distortion of reference signal.
Leszek Furmankiewicz, Adam Markowski
"ANALIZATOR JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ AJE1"
W referacie przedstawiono strukturę, zasadę działania, cechy użytkowe i podstawowe dane techniczne 3-fazowego analizatora jakości energii elektrycznej AJE1 produkowanego przez OBRME “METROL” w Zielonej Górze. W przyrządzie zastosowano programowe metody korekcji błędów obwodów wejściowych.
"Power quality analyzer AJE1"
The structure, principle of the work and the basic technical data of the three-phases power quality analyzer AJE1 are presented. The AJE1 combines power quality, multimetr and scope in one tool. In this instrument a software method of correcting an errors introduced by current transformers on power measurements accuracy has been implemented.
Bogusław Grzesik, Zbigniew Kaczmarczyk, Marcin Kasprzak
"Praca falownika klasy E z powielaniem częstotliwości"
W pracy przedstawiono problematykę powielania częstotliwości w falownikach klasy E. Zamieszczono w niej podstawowe właściwości, metodę projektowania oraz wyniki weryfikacji eksperymentalnej falownika klasy E z równoległym kondensatorem, pracującego z podwajaniem częstotliwości. Uwzględniono przypadek pracy z podwajaniem przy współczynniku wypełnienia D=0.75. Skonstruowano falownik laboratoryjny o mocy wejściowej 144W i częstotliwości przełączeń 1MHz.
"Class E frequency multiplier"
A method for the analysis and design procedure of the Class E frequency multiplier has been described in the paper. The main characteristics of the Class E frequency doubler with shunt capacitor have been calculated and shown. The laboratory model of the inverter was built and tested in optimum mode of operation. The IRF740 MOSFET transistor was used as the switching device. At input power of 144W and switching frequency of 1MHz efficiency was 80%. The laboratory results show a good agreement between experimental values and the theoretical predictions.
Marcin Jarnut, Ryszard Strzelecki, Zbigniew Fedyczak, Krzysztof Sozański
"Energetyczny filtr aktywny o mocy 50 KVA"
Przedmiotem artykułu jest filtr aktywny równoległy przeznaczony do prądowej aktywnej kompensacji harmonicznych prądu źródła w układach trójfazowych. Celem artykułu jest przedstawienie rozwiązania oraz wyników badań symulacyjnych oraz eksperymentalnych właściwości energetycznych filtru aktywnego o mocy 50 kVA.
"A 50 kVA active power filter"
The paper is deal with active power filter (APF). A tranzistorized voltage source inverter (VSI) and control circuit with instantaneous power theory are implemented. Choosed simulation and eksperimental test results of 50 kVA APF are alsow presented.
Adam Kempski, Robert Smoleński, Sławomir Piontek
"Oddziaływanie indukcyjności dławika silnikowego na prądy łożyskowe w napędach falownikowych PWM"
W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących ubocznych skutków zastosowania dławików silnikowych w napędach falownikowych PWM. Jednym z nich jest możliwość wystąpienia prądów łożyskowych powodowanych niesymetrią elektryczną wprowadzaną przez falownik. Specyficzne właściwości napędów z zasilaniem falownikowym powodują, że dodatkowa indukcyjność dławika szeregowego poprawiającego kształt prądów fazowych wpływa jednocześnie na wielkość i charakter innych zakłóceń. Dotyczy to w szczególności prądów łożyskowych, które w układzie z dławikami silnikowymi osiągają większe wartości.
"Effect of the motor line reactor on bearing currents in VSI PWM drives"
Higher carrier frequencies and shorter switching times of insulated gate bipolar transistors (IGBT) require us- to be aware of the additional effects of pulse width modulation PWM waveforms on the system components. For example, unavoidable instantaneous electrical dissimetry on the output of inverter creates so called common mode voltage that can excite capacitive couplings between stator windings and rotor. The voltage appears on the shaft. That voltage can cause destructive bearing currents (so called Electric Discharge Machining–EDM). In a few application motor bearing failures were found after only a few months of operation. This paper examines experimentally the effects of line reactors on shaft voltages and bearing currents. It was found that additional inductance of line reactor can increase risk of bearing currents appearance because of increasing electrostatically induced shaft voltage. Our investigations have shown that the choice of elimination method is difficult due to interactions between components of drive system.
Andrey V. Kipensky, Eugeny I. Sokol , Alexander A. Lashin
"DC electric drive with microprocessor control system of impulse regulation"
For control of DC motor the microprocessor control system of impulse regulation has been developed, in which not only control impact is presented as impulse sequence, but also information about rotation speed of the motor and its current are presented in impulse form. Impulse-digital converters are used for transformation of parameters of impulse sequences into digital codes. The structure of the system and results of experimental studies are presented.
Marius Klytta, Ryszard Strzelecki, Robert Smoleński
"Long line behaviour of motor cable in VSI – FED asynchronous drives"
CONCLUSIONS
Described long line behaviour of motor cables in VSI-fed drives can be neglected only for very short cables. Because of extremely short transistor switching times in IGBT – inverters the critical length can under 10m.
In case of longer cables one observes phenomena typical for long lines with certain propagation speed, transmission effects (propagation delay) and reflections at cable ends because of unmatched wave impedances. Typical for the system inverter – long cable – motor is:
very high reflection factors at motor terminal and
low impedance of inverter output which acts as short-circuit (especially for high frequency oscillations because of the capacitor in DC- link of frequency converter).
Amplitudes of appearing high frequency oscillations depend on cable and motor parameters. Maximum amplitudes results of the relation between wave impedances of cable and of motor. The overvoltages at motor terminal (in these investigations up to approx. 1000V) mean electrical stress for motor windings and for motor insulation.
Frequency of oscillations (MHz- range) depends only on cable parameters. The experimental investigations confirmed the theoretical relations concerning oscillation amplitudes and frequencies.
Zbigniew Leonowicz, Tadeusz Łobos, Piotr Ruczewski
"Analiza niestacjonarnych sygnałów elektrycznych za pomocą przekształcenia Wingera-Ville'a"
Analiza widmowa jest podstawowym narzędziem wykorzystywanym dla celów nadzoru i diagnostyki urządzeń elektrycznych. W pracy przedstawiono nową metodę wizualizacji przebiegów występujących w obwodach trójfazowych polegającej na wyznaczeniu reprezentacji czasowo-częstotliwościowej wektora przestrzennego. Zbadano przydatność zastosowania przekształcenia Wignera-Ville'a do analizy niestacjonarnych sygnałów elektrycznych o dużej zawartości harmonicznych. Zbadano sygnały występujące podczas pracy awaryjnej przekształtnikowego układu napędowego oraz zwarcia doziemnego linii przesyłowej.
"Analysis of non-stationary electric signals using Wigner-Ville representation"
Spectrum analysis is a fundamental tool for diagnostic purposes widely used in monitoring and diagnostic systems.New method of observation and diagnosis of inverter-fed induction motor drives is developed and tested. Unsymmetrical conditions concerning the machine impedances or valves operation are reflected in the spectrum of the current space-phasor. We estimate the spectrum of the space-phasor with the help of the Wigner-Ville distribution (WVD) and we obtain its time-frequency representation with excellent time and frequency resolution. The proposed method is tested with nonstationary multiple-component signals occurring during the fault operation of inverter-fed drives and transmission lines.
Tadeusz Łobos, Jacek Rezmer
"Badanie stanów przejściowych w układach z bateriami kondensatorów"
Stany przejściowe spowodowane przełączaniem baterii kondensatorów w systemach elektroenergetycznych, wpływają w znacznym stopniu na jakość energii elektrycznej. Przepięcia teoretycznie mogą osiągać wartości szczytowe rzędu dwukrotnej wartości znamionowej. W pracy są analizowane przebiegi przejściowe napięć i prądów, spowodowane przełączeniami baterii kondensatorów. Badane przebiegi otrzymano na drodze symulacji komputerowej przy użyciu programu ATP-EMTP. Parametry składników przejściowych badano z zastosowaniem metody Prony’ego. Badania wykazują przewagę metody opierającej się na modelu Prony’ego nad techniką Fouriera.
"Investigation of transients in electric power systems with capacitor banks"
Transients resulting from the switching capacitor banks in electrical distribution systems affect power quality. The transient overvoltages can theoretically reach peak phase to earth values in order of 2.0 p.u. Current transients can reach values to ten times the capacitor nominal current with duration of several milliseconds. Another severe operating condition is the switching in a second capacitor bank connected to the same bus. In the work, the characteristics of the transients are analyzed. A distribution system was simulated using the EMTP software. Some parameters that affect the intensity of the transients were varied, such as load current, capacitor size, location of the banks along the feeder and synchronization of capacitor switching. The frequencies of transient components have been investigated applying the Fourier technique and the Prony model. The investigations show the advantages of the methods basing on the Prony model, over the Fourier technique.
Marcin Maciążek, Marian Pasko
"Algorytm numeryczny do wyznaczania optymalnych stanów pracy ukłądów trójfazowych z przebiegami odkształconymi"
Artykuł ten jest kontynuacją prac nad metodami i sposobami opisu właściwości energetycznych mających na celu poprawę efektywności wykorzystania źródeł i odbiorników w trójfazowych układach z przebiegami okresowymi odkształconymi . Kompensacja (modyfikacja układów) przeprowadzana jest za pomocą układów pasywnych (wielowrotniki lub dwójniki, oraz ich podklasy) względnie aktywnych. W pracy przedstawiono algorytm , a także opisano program komputerowy ( który powstał na bazie tego algorytmu ) do syntezy kompensatorów dla liniowych układów trójfazowych.
"Numerical algorithm of determination optimal conditions in three-phase circuits with periodic nonsinusoidal waveforms"
The problems of minimization of electric energy losses and elimination of waveforms higher harmonics developed in the work , are generalization of power theory proposed by S. Fryze for networks with periodic nonsinusoidal waveforms. LC one-ports have been used as compensating networks and RLC networks containing one negative resistance have been applied, , what enables optimum working conditions of the three-phase source in accordance with the following optimizing criterion :
minimization of RMS value of the source current ,
minimization of deformations of the source current in relation to sinusoidal waveform.
In the paper some simple circuit models containing a three-phase power source and a load have been presented.
Kazimierz Musierowicz, Wojciech Bandurski, Andrzej Dobrzański
"Odbicie fal napięcia i prądu w liniach przesyłowych - problematyka zabezpieczeniowa"
W pracy przedstawiono przykłady zakłóceń sygnałów pomiarowych zabezpieczeniowych spowodowanych odbiciem fal napięciowych i prądowych po wystąpieniu zwarcia. Wskazano na niebezpieczeństwo dużego błędu pomiaru wielkości kryterialnych zabezpieczeń odległościowych nawet po zastosowaniu wstępnej filtracji analogowej. Ryzyko błędnej identyfikacji zwarcia można skutecznie ograniczyć stosując algorytmy pomiarowe wykorzystujące korelację z funkcjami sinus i cosinus, ewentualnie wstępną filtrację cyfrową z filtrami pełnookresowymi o funkcjach wagi sinus i cosinus.
"Voltage and current wave reflection in transmission lines - the protection concern"
In the paper the examples of disturbances in the protections’ measuring signala due to the voltage and current wave reflection following the short circuit are presented. A risk of the hight error in the measurement of the criterion values for the distant protections is depicted even with the preliminary analog filtering applied. A risk of the errorneous short circuit identification could be succesfully restricted when the measuring algorithms using the measuring corelation with sine and cosine functions are implemented or a preliminary digital filtering by the filters with sine and cosine weighting funtions is introduced.
Jerzy Nabielec
"System do monitorowania propagacji zakłóceń w liniach elektroenergetycznych"
W opracowaniu zaproponowano kilka przykładowych struktur systemów pomiarowych przeznaczonych do monitorowania propagacji zakłóceń w sieciach elektroenergetycznych. System ten chociaż jest bardzo rozległy w terenie charakteryzuje się identyczną częstotliwością próbkowania we wszystkich punktach pomiarowych. Zastosowano światłowody do bardzo szybkiej transmisji cyfrowej informacji na duże odległości. Rozważono wariant systemu przeznaczonego do ciągłego monitorowania kształtu napięcia w sieci oraz wariant systemu wykorzystywanego do rejestrowania incydentalnych zakłóceń napięcia.
"Measurement system for monitoring voltage disturbances propagation along a power supplay system"
The idea of measurement system is presented in the paper. The system is destined for monitoring voltage disturbances propagation along a power supply system. Although the system is spread over a large area it keeps the same constant sampling frequency at each measurement point. The fiber optic technique is proposed for fast transmission of the digital data between nodes of the system. The system might be used for continuous monitoring the voltage or for recording of the incidental voltage disturbances.
The duplex and the simplex structures of the system have been discussed.
Krzysztof Pacholski
"Współczynnik szybkości zmian jako miara niesinusoidalności sygnałów elektrycznych"
W referacie przedstawiono nowy parametr charakteryzujący przebieg sygnałów elektrycznych. Parametr ten oprócz wartości skutecznej harmonicznych deformujących sygnał uwzględnia również fazy tych harmonicznych.
Adam Ruszczyk
"Sterowanie przekształtnika DC/AC z minimalizacją pola uchybu wektora prądu"
W artykule zaproponowano i opisano ideę sterowania przekształtnika DC/AC z minimalizacją pola uchybu wektora prądu. Idea ta wykorzystuje regulator predykcyjny pracujący ze stałym czasem przełączania. Na podstawie informacji o kierunku zmian wektora uchybu prądu wybierany jest optymalny wektor napięcia wyjściowego przekształtnika. Wektor ten powinien sprowadzać wektor prądu rzeczywistego w pobliże wartości zadanej zapewniając minimalną prędkość jego zmian. Artykuł prezentuje wykresy prądów przekształtnika DC/AC z badań symulacyjnych. Uzyskane wyniki świadczą o skuteczności przyjętej metody.
"the DC/AC converter control minimizing a current vector error area"
The idea of AC/DC converter control minimizing a current vector error area is proposed and described in the article. This idea is based on the predictive controller operating with constant switching time. The optimal converter output voltage vector is chosen taking info account direction of the error current vector changes. This voltage vector should move real current vector near its command value ensuring the minimal speed of its changes. Results of the simulations confirmed good results of the proposed control method are presented in the article.
Adam Ruszczyk
"Mikroprocesorowe sterowanie prądowe przekształtnika AC/DC w wirującym układzie współrzędnych"
W artykule prezentowane są wyniki badań eksperymentalnych układu sterowania prądowego przekształtnika AC/DC w wirującym układzie współrzędnych xy. Zamieszczone oscylogramy pozwalają porównać jakość kształtowania prądów fazowych realizowanych według dwóch różnych algorytmów. Pierwszy - z delta modulatorem, drugi – z predykcją pozwalający minimalizować pole uchybu wektora prądu. Oba algorytmy pracują z jednakowym czasem próbkowania. Sterowanie zrealizowano z wykorzystaniem szybkiego procesora sygnałowego DSP96002. Możliwe jest stosowanie zaawansowanych algorytmów sterowania dla uzyskania dodatkowej poprawy jakości kształtowanego prądu.
"The AC/DC converter current control in rotating coordinates using DSP"
The experimental results of investigation of AC/DC converter current control in rotating co-ordinate xy using DSP processor are presented in this article. The current control was realised by two methods. The first was delta modulation method; the second was predictive method with controller minimising a current vector error area. Both methods had the same time of sampling. All structure was realised with powerful digital signal processor DSP96002. Presented in the article oscilograms allow comparing the quality of the current shape absorbed from the net. The following conclusion was held from the investigation: the use of the advanced algorithm of control allows for increase the quality of current shape and decrease losses and disturbance.
Yuri Sayenko, Alexander Gorpinich
"Influence of power quality on electricity supply reliability"
The impact of non-sinusoidal modes and voltage fluctuations on electricity supply reliability has been studied. A mathematical model taking this impact into account is presented. The proposal allows carrying out a quantitative evaluation of electricity supply reliability using probabilistic characteristics of power quality indices. As this model is based on traditional probability theory, its application to practical analysis is straight – forward.
Andrzej Sikorski
"Warunki regulacji prądu przekształtnika AC/DC"
Przekształtnik AC/DC może spełniać rolę zasilacza pobierającego z sieci prąd sinusoidalny o współczynniku mocy równym jeden. W artykule opisano warunek jaki muszą spełniać: napięcie sieci zasilającej, napięcie w obwodzie pośredniczącym, indukcyjności sprzęgające sieci z przekształtnikiem oraz prądy pobierane z sieci, aby możliwe było odtwarzanie zadanych prądów. Przedstawiono możliwość wykorzystania wyznaczonego warunku do określania indukcyjności dławika umożliwiającej kształtowanie prądu w zadanych warunkach.
"The AC/DC converter current control conditions"
The AC/DC converter can operates as resistive load of the AC feeding source. In this mode of operation the sinusoidal waveforms of the current should be created. The condition, which should be fulfilled by the source voltage, DC voltage, input inductance and input currents, to re-create the command current are described in the paper. This condition may be used to calculate the maximal input inductance for which the input current may follow up sinusoidal waveforms yet. The results of the computer simulations confirming presented investigations are presented in the paper.
Krzysztof Sozański
"Realizacja interpolatorów cyfrowych sygnałów akustycznych we wzmacniaczach z PWM"
W pracy przedstawiono cyfrowy wzmacniacz mocy z modulatorem PWM z kompensacją szumu kwantowania. W celu polepszenia parametrów szumowych wzmacniacza zastosowano nadpróbkowanie oraz układ kształtowania szumów kwantowania drugiego rzędu. Przedstawiono układy interpolatorów cyfrowych służących do zwiększenia szybkości próbkowania sygnałów z 44.1kHz do 352.8kHz. Pokazano i porównano również realizacje takich interpolatorów za pomocą zmiennoprzecinkowego procesora sygnałowego ADSP-21061.
"Interpolator realizations for high quality audio signals in power amplifier with PWM modulator"
This paper describes an audio digital power amplifier with PWM modulator using oversampling and noise-shaping techniques. Implementations of a single stage and a multistage interpolator for high quality audio signals are discussed. The first one is a multistage interpolator based on bireciprocal modified lattice wave digital filters. The second one is that based on two-path (polyphase) digital filters. The interpolators are implemented in a floating point digital signal processor ADSP-21061 (SHARC). The results of these implementations are presented and compared.
Zbigniew Staroszczyk
"Skomputeryzowane stanowisko do badania jakości energii w obciążonym węźle sieci energetycznej"
Przedmiotem referatu jest prezentacja skomputeryzowanego stanowiska pomiarowego zapewniającego możliwość analizy i prezentacji harmonicznych i równoważnej impedancji systemu energetycznego w szerokim zakresie częstotliwościowym. Stanowisko umożliwia identyfikację źródeł odpowiedzialnych za deformację napięcia węzła ulokowanych po stronie systemu, w warunkach obciążenia węzła odkształconymi prądami użytkownika, Przedstawiono zamknięte rozwiązanie stanowiska do badania sieci jednofazowej, oparte o komputer przenośny Laptop i nowoczesną, szybką kartę zbierania danych PCMCIA. Przedyskutowano problemy adaptacji zastosowanych metod do analizy sieci trójfazowej i przedstawiono obiecujące wyniki symulacyjne badań sieci trójfazowej bez przewodu zerowego.
"Instumentation for loaded power system power quality evaluation"
In the paper the instrumentation for loaded single-phase power system quality evaluation is presented. The virtual, Laptop controlled, instrument allows for line impedance measurements and for the system side harmonics sources identification. With the invasive method power systems loaded with distorted currents can be measured. Two methods: time domain and frequency domain method of nonstationary power signals processing have been presented. They have been build into device and assure good quality of power system measurements. The method of three-phase system analysis is presented and verified with simulations. Very promising results have been obtained. Currently three-phase version of measuring instrumentation is under development.
Józef Stąpel
"Wielofunkcyjne mierniki i przetworniki parametrów sieci energetycznej"
W artykule przedstawione zostały cyfrowe mierniki programowalne typu N10 o rozbudowanym interfejsie użytkownika i przetworniki P10 do pracy w systemach pomiarowo – regulacyjnych. Przeznaczone są do pomiaru parametrów trójfazowych sieci energetycznych. Jako przyrządy łączące cechy dobrych mierników cyfrowych, przetworników, liczników energii i analizatorów wyższych harmonicznych są idealne do kompleksowej oceny jakości energii elektrycznej. Wykorzystując wszystkie ich możliwości służby energetyczne zyskały narzędzia pomocne do prowadzenia prawidłowej gospodarki elektroenergetycznej.
"Multifunctional instruments to measure power network parameters"
The study describes programmable digital devices for measuring parameters of three-phase power networks, produced in LUMEL S.A. These devices combine features of good digital meters, transducers, energy counters and harmonics analysers. That is why they are ideal for a complex estimation of electrical energy quality and very useful for keeping a correct electrical power engineering economy. The block diagram of the above devices is also described in this paper.
Krzysztof Szubert, Grzegorz Plenzler, Leszek Frąckowiak
"Energoelektroniczny międzyfazowy sterownik mocy"
W pracy przedstawiono możliwość regulacji przepływu mocy czynnej między podsystemami elektroenergetycznymi za pomocą zmodyfikowanego międzyfazowego sterownika mocy. W sterowniku takim zamiast dotychczas stosowanych elementów biernych stosuje się układy energoelektroniczne do regulacji reaktancji. Tak zmodyfikowany sterownik zachowuje w pełni swoje pierwotne właściwości silnego tłumienia międzysystemowych kołysań mocy. Opisano sposób i zakres regulacji energoelektronicznego międzyfazowego sterownika mocy, jak i sposób doboru parametrów jego elementów składowych.
"The semicondutor interphase power controller"
In this article was described a possibility of introduction of power flow regulation between electric power undersystems by using Interphase Power Controller IPC. It is possible by using instead passive elements - the Thyristor Controlled Series Capacitor TCSC. The modified IPC still behaves one's own proprieties strong suppressions of intersystem of power swings. In this article was given range and manner of regulation the Semicondutor Interphase Power Controller, as son as the selection of his composition elements.
Grzegorz Wiczyński
"Wahania napięcia w linii energetycznej niskiego napięcia"
O uciążliwości danego odbiornika decydują jego charakterystyka oraz parametry obwodu zasilania. Do podstawowych składników charakterystyki należą: moc, częstotliwość załączania i wyłączania lub zmian wartości pobieranej mocy oraz sposób podłączenia do obwodu zasilania. W procesie identyfikacji na podstawie wahań napięcia szacuje się parametry uciążliwego odbiornika. Zagadnienie identyfikacji jest utrudnione ze względu na duże zróżnicowanie charakterystyk występujących odbiorników. Dlatego celowe jest opisanie zależności wahań od sposobu podłączenia odbiornika (dla wybranych konfiguracji), długości linii zasilającej oraz jego parametrów.
"Voltage flickers in LV power network"
A level of noxious depends on characteristics of the receiver as well as supply circuit. Attributes of noxious receivers include a few of basic parameters: nominal power, frequency either of switch-on and switch-off or changes of value, configuration. During process of noxious receivers identification, its parameters are estimated. Because there is a variety of receiver characteristics, the problem of their identification is difficult. In the paper, relationship between such parameters as amplitude of voltage flickers and receiver’s configuration, and length of line, have been presented.
Igor Zhezhelenko, Yuri Sayenko
"Interharmonics in industrial power supply systems"
The paper describes the theory of interharmonics appearance in electric networks with harsh and non-linear loads. The calculation of the voltage and current spectrum for such loads as welding, rolling mill and frequency changers has been made. It is shown that when interharmonics occur the current and voltage spectrum is characterized with probability nature.
