Метод и средства повышения точности измерений электрической энергии, реализуемых с помощью измерительных систем

В связи с переходом к рыночным отношениям в области электроэнергетики, в России возникла необходимость обработки больших массивов данных о поставляемой и потребляемой электрической энергии. Для этого активно используются автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электрической энергии (АИИС КУЭ). Практическое использование АИИС КУЭ нередко сопряжено с ситуацией, когда точка поставки электрической энергии, в которой следовало бы ее измерять, по причинам технического или экономического характера недоступна для измерений, то есть точки поставки и измерений электрической энергии не совпадают.

Расстояние между точкой поставки и точкой измерений может составлять от десятков метров до нескольких километров, и между этими точками может располагаться энергетическое оборудование, в котором возникают потери электрической энергии, неучтенные АИИС КУЭ.

Поставщик Потребитель электроэнергии ' электроэнергии т.

Силовое оборудование.

Ж,.

Изм,.

РП.

РО.

Точка генерации.

Точка поставки.

Точка измерений т.

Рисунок В.1 — Схема размещения силового оборудования в случае потребления электрической энергии.

Поставщик Потребитель электроэнергии ' электроэнергии.

Рисунок В.2 — Схема размещения силового оборудования в случае отдачи электрической энергии В таких случаях измерения выполняют в доступной точке, устанавливая связь между значениями измеряемой величины в доступной и недоступной точках. Потребленную/поставляемую объектом электрическую энергию определяют в виде:

— в случае потребления (рисунок В. 1):

В.1).

— в случае отдачи (рисунок В.2): э=^Изм-ЖПот (В.2) где Жэ — потребляемая (поставляемая) активная электрическая энергия, прошедшая через точку поставки, кВт-чШИзм — активная энергия, прошедшая через точку измерений, кВт-ч-^Пот — потери активной электрической энергии в оборудовании, расположенном между точками поставки и измерений электрической энергии, неучтенные АИИС КУЭ, кВт-ч.

В дальнейшем по тексту работы для определенности будет рассматриваться ситуация, когда точка измерений находится после точки поставки (происходит потребление электрической энергии).

Естественно, должны быть оценены характеристики погрешности измерений поставляемой (потребляемой) электрической энергии. Для измеренной в точке измерений электрической энергии характеристики погрешности тщательно исследуются и оцениваются при утверждении типа АИИС КУЭ и аттестации методик измерений. С оценкой второго слагаемого и характеристик его погрешности дело обстоит неудовлетворительно. В ряде случаев расчет потерь вообще отсутствует, а в качестве значения поставляемой электрической энергии принимается ее значение, измеренное системой в доступной точке. В этом случае неучтенные АИИС КУЭ потери должны рассматриваться как составляющая погрешности измерений электрической энергии, которая может в 1,5 раза превышать погрешность измерительной системы Ааиискуэ .

Оценкой характеристик методической погрешности, возникающей при расчете потерь в силовом оборудовании, в различное время занимались такие ученые, как.

Воротницкий В.Э., Железко Ю. С., Кузнецов В. П., Сухомесов М. А., ТуркинаО.В.,.

Агеепеаи II., РШрзкп Р. и другие.

Инструкции [42, 83] и нормативные документы [43] по учету электрической энергии при расчете рассматриваемых потерь исходят из данных о типовых суточных, месячных и даже годовых графиках нагрузки и коэффициентах их заполнения. В работах.

Железко Ю.С. показано, что относительная погрешность расчета потерь электрической энергии с использованием таких исходных данных может доходить до 90%. В этом 5 случае, учитывая, что Жп =1,5-Ааиискуэ, погрешность измерений электрической энергии должна оценивается как^{АИИСКУЭ} + = ^ АИИС КУЭ + 0,9 • АИИС КУЭ + 0,9 • (1,5 • Адиис куэ) = 2,3 5Ааиис куэ.

Естественно, расчеты потерь электрической энергии, использующие получаемую от АИИС КУЭ измерительную информацию, обладают большей точностью. Однако такие расчеты, если даже они выполняются, до сих пор не сопровождаются оценкой погрешности.

Представленная работа посвящена комплексному изучению источников методической погрешности, возникающей при расчете потерь, неучтенных АИИС КУЭ, оценке характеристик этой погрешности, а так же разработке аналитических выражений для расчета потерь, использующих в качестве исходных данных измерительную информацию, получаемую от системы.

Особенно злободневна эта проблема в условиях, когда наблюдается широкое внедрение новых энергосберегающих технологий и технологий учета. Актуальность диссертационной работы подтверждается Федеральным законом Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», Постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 г. № 861 «Правила недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг» (в редакции Постановления Правительства РФ от 21.03.2007 г. № 168) и Постановлением Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2010 г. N 1172 «Об утверждении Правил оптового рынка электрической энергии и мощности и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам организации функционирования оптового рынка электрической энергии и мощности».

Цель диссертационной работы заключается в повышение точности учета электрической энергии при коммерческих расчетах, использующих измерительную информацию, получаемую от АИИС КУЭ.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1) Разработка аналитических выражений для расчета потерь в силовом оборудовании, расположенном между точками поставки и измерений электрической энергии, на основании данных, получаемых от АИИС КУЭ в режиме реального времени.

2) Выявление и исследование источников методической погрешности, возникающей при расчете электрической энергии, неучтенной АИИС КУЭ, при использовании в качестве исходной информации данных о получасовых приращениях активной и реактивной электрической энергии.

3) Определение области применения методов расчета электрической энергии, неучтенной измерительной системой, для сложных схем соединения силового оборудования и оценка методической погрешности, возникающей при таких расчетах.

Научные и практические результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, разработаны и получены лично автором.

При решении поставленных задач в работе использованы: методы теории вероятности и математической статистики, методы теоретической электротехники и теории электрических цепей, основные положения линейной алгебрыприменен пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений МАТЬАВ. Основными положениями, выносимыми на защиту являются:

1) Расчетно-экспериментальный метод определения электрической энергии, не учтенной измерительной системой, позволяет повысить точность измерений электрической энергии в точке поставки.

2) Расчет потерь по полученным автором аналитическим выражениям позволяет ограничить методическую погрешность, возникающую при расчете электрической энергии, неучтенной АИИС КУЭ, уровнем 15−30%.

3) Выявленные зависимости характеристик методической погрешности от режимов работы электрической сети и мощности силового оборудования позволяют выбрать научно обоснованные области применения методов расчета неучтенной электрической энергии.

Достоверность результатов подтверждается строгостью выполненных математических преобразований, физической обоснованностью применяемых допущенийапробацией результатов диссертационной работы.

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

— Международной конференции «Лучший молодой метролог КООМЕТ — 2007» (г. Харьков, Национальный научный центр «Институт метрологии», 2007 г.);

— Международной конференции «Лучший молодой метролог КООМЕТ — 2009» (г. Минск, Белорусский государственный институт метрологии (БелГИМ), 2009 г.);

— The IV International competition «Best young metrologist of COOMET — 2011» (Moscow, All-Russian scientific research institute of metrological service (FGUP «VNIIMS»), 2011). По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, зарегистрирован 1 отчет по НИР.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 94 наименований и двух приложений. Общий объем работы составляет 172 страницы.

Заключение

.

В диссертационной работе:

1) Предложены аналитические выражения для расчета потерь электрической энергии в энергетическом оборудовании, расположенном между доступной и недоступной для измерений точками, что позволяет повысить точность учета электрической энергии.

2) Впервые исследованы источники методической погрешности расчета неучтенной измерительной системой части электрической энергии, обусловленные погрешностью измерений электрической энергии в доступной точке и технологическим разбросом параметров энергетического оборудования.

3) Исследовано влияние режимов работы электрической сети и уровня мощности энергетического оборудования на погрешность расчета электрической энергии, неучтенной измерительной системой, для различных по сложности схем соединения энергетического оборудования.

4) Установлены целесообразные области применения методов различной степени сложности расчета неучтенной измерительной системой электрической энергии.

Предложенные в диссертационной работе подходы к оценке методической погрешности опробованы при создании алгоритмов расчета потерь МП г. Абакана «Абаканские электрические сети», ОАО «Акрон» и ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение». Алгоритмы использованы в программном обеспечении указанных систем.

Полученные автором результаты используются при испытаниях (утверждении типа средства измерений) АИИС КУЭ и разработке методик измерений электрической энергии.

Результаты диссертационной работы использованы в методическом документе отдела метрологического обеспечения измерительных систем и информационных технологий ФГУП «ВНИИМС» «Рекомендации по алгоритмам расчета потерь электрической энергии между точками ее поставки и измерений», разработанном в 2009 г.

Результаты диссертационной работы вошли как составная часть в «НИР. Разработка методов определения характеристик погрешности измерений электрической энергии по метрологическим характеристикам компонентов измерительных систем (ИС). Разработка методов расчета потерь электрической энергии, не учитываемых ИС, как составной части методик измерений» за 2011 г.

Основные положения и результаты работы использованы при создании более 40.

108 документов «Алгоритм расчета потерь электрической энергии» для объектов: ОАО «Северсталь" — ОАО «Красноярская генерация» филиал Минусинская ТЭЦ, филиал Канская ТЭЦ, филиал «Красноярская ТЭЦ-1», филиал «Красноярская ТЭЦ-2», филиал «Назаровская ГРЭС" — ОАО «МЫ «Дружба» НПС № 3, № 7- ОАО «Самотлорнефтегаз» и т. д.

В условиях современной экономической ситуации, электрическая энергия является товаром, подлежащем строгому учету и контролю. Используя результаты, изложенные в диссертации, возможно создать программное обеспечение для сведения небалансов. Ввиду огромного количества измерительной информации расчет потерь необходимо автоматизировать. Работа создает предпосылки для такой автоматизации.