کیفیت توان الکتریکی و نرخ نمونه برداری بالا

---

---

کیفیت توان الکتریکی یا به طور ساده، کیفیت توان، مشخصه هایی چون ولتاژ، فرکانس و شکل موج را در بر می گیرد. کیفیت خوب در توان را می توان در مواردی چون پایداری ولتاژ تغذیه در محدوده مجاز، قرارگرفتن فرکانس نزدیک به مقدار نامی و سینوسی بودن شکل موج ولتاژ تعریف و مشخص نمود. به طور کلی، کیفیت توان را می توان به عنوان تطابق و سازگاری بین منبع تغذیه و بار متصل به آن در نظر گرفت. این اصطلاح برای توصیف توان الکتریکی مورد نیاز برای عملکرد صحیح و مناسب یک بار استفاده می شود. در صورت مناسب نبودن کیفیت توان، ممکن است دستگاه الکتریکی (یا بار) خوب کار نکند، زود از کار بیفتد یا اصلاً کار نکند. کیفیت توان الکتریکی به دلایل مختلفی می تواند پایین بیاید و شاخصهای مختلفی نیز وجود دارند که هر یک می تواند به تنهایی بر کیفیت نامناسب صحه بگذارد.

پیچیدگی سیستم قدرت برای انتقال انرژی الكتریكی از تولید به مصرف همراه با تغییر در آب و هوا، تولید، تقاضا و سایر عوامل، فرصت های زیادی را برای به خطر افتادن كیفیت تأمین توان الکتریکی فراهم می كند.

در حالی که اصطلاح «کیفیت توان» برای بسیاری از پارامترهای توان مناسب است، اما در واقع کیفیت ولتاژ است، نه جریان و نه توان الکتریکی. منظور از توان در این اصطلاح، شارش انرژی است در حالی که جریان مورد نیاز یک بار تا حد زیادی غیرقابل کنترل است. مانیتورینگ کیفیت توان برای جلوگیری از خسارت و خاموشی سیستم، یا بعد از وقوع حادثه جهت کمک به تجزیه و تحلیل برای جداسازی مناطق حادثه دیده و شناسایی راه حل ها، می تواند مورد استفاده قرار گیرد. گرچه هیچ شاخص كیفیت جامعی وجود ندارد، چندین مؤلفه مختلف را می توان بطور جداگانه برای تجزیه و تحلیل كیفیت كل توان از جمله ولتاژهای گذرا، شکل موج ها، اعوجاج هارمونیکی، نظارت بر افزایش و کاهش ولتاژ[1] ، تغییرات فرکانس و ضریب توان در نظر گرفت.

کیفیت توان الکتریکی را می توان به عنوان مجموعه ای از مقادیر پارامترها از قبیل موارد زیر توصیف نمود:

-         تداوم خدمات (اینكه آیا توان الكتریكی در معرض افت یا افزایش ولتاژ ، بیش از حد آستانه آن و در نتیجه ایجاد خاموشی یا قطع برق باشد [2])

-         تغییر در مقدار ولتاژ

-         ولتاژها و جریانهای گذرا

-          وجود هارمونیک در شکل موجهای مربوط به توان AC

 

در عمل هیچ منبع تغذیه ای، ایده آل نیست و پارامترهای مختلف برق، به شکلهای متنوعی ممکن است دچار انحراف شوند. برخی از این تغییرات به شرح زیرند:

-         ولتاژ: افزایش یا کاهش ولتاژ (برای مدت 5/0 سیکل تا 1 دقیقه)، فلیکر، ضربات یا surge، اضافه ولتاژ یا افت ولتاژ (در زمانهای بیش از یک دقیقه)

-         فرکانس: تغییرات در فرکانس، امپدانس فرکانس پایین غیرصفر[2] (ناشی از مصرف توان بیشتر و افت ولتاژ)، امپدانس فرکانس بالای غیرصفر[3] (ناشی از جریانهای راه اندازی بارها)، تغییرات در شکل موج (هارمونیک، اعوجاج و هارمونیکهای میانی)

-         شکل موج: تغییر در شکل موج سینوسی ولتاژ و جریان، هارمونیکهای فرکانس بالا (که در اثر ژنراتورها و بارها ایجاد می شود)، THD [4] و هارمونیکهای فرکانس پایین (که باعث لرزش، سروصدا، تخریب تجهیزات،  ایجاد تلفات و گرم شدن در ترانسفورماتورها می شود.)

هر یک از این مشکلات کیفیت برق علت متفاوتی دارد. برخی از این مشکلات عاملی مشترک دارند. به عنوان مثال، وقوع یک خطا در شبکه می­تواند باعث افت ولتاژ برخی مشترکین شود و هرچه سطح خطا بالاتر باشد، تعداد مشترکین تحت تأثیر آن نیز بیشتر خواهد بود. همینطور، مشکلی در محل یک مصرف کننده ممکن است باعث ایجاد یک حالت گذرا شود و سایر مشترکین موجود در همان منطقه را تحت تأثیر قرار دهد. مشکلاتی مانند هارمونیک ها در محل نصب تجهیزات خودِ مشترک بوجود می آیند و ممکن است در شبکه منتشر شوند و سایر مشتریان را تحت تأثیر قرار دهند.

یکی از چالشهای مهم در مساله اندازه گیری کیفیت توان، نیاز به داده برداری با نرخ بسیار بالاست. به طور معمول، دستگاه های اندازه گیری، پارامترهایی چون ولتاژ و جریان موثر، اختلاف فاز بین شکل موجها، ضریب توان، فرکانس، THD، توان اکتیو و راکتیو، توان ظاهری، انرژیهای اکتیو و راکتیو و ... را اندازه گیری می کنند. اما به منظور نظارت کافی بر حوادث غیرمترقبه، نمایش این پارامترها کافی نیست، بلکه لازم است که داده های شکل موج ولتاژ، لحظه به لحظه ذخیره سازی شوند. این کار، با توجه به حجم زیاد اطلاعات عملی نیست و با افزایش نرخ نمونه برداری، فضای ذخیره سازی و حجم پردازشها به شکل بسیار قابل توجهی افزایش می یابد. به عنوان مثال ، با نرخ نمونه گیری 512 نمونه در هر سیکل 50هرتز (که نرخ نسبتا پایینی است و برای حالتهای گذرا به هیچ وجه مناسب نیست) ، نیاز به نمونه برداری 25600 نمونه در ثانیه وجود دارد. برای اندازه گیرهای سه فاز که هر دو شکل موج ولتاژ و جریان را اندازه گیری می کنند ، داده ها 6-8 برابر خواهد بود. البته الگوریتم هایی برای فشرده سازی داده ها در سالهای اخیر ارائه شده است که تا حدی می تواند به این چالش کمک نماید.