Розвиток методів визначення часткового внеску суб'єктів електричної системи у погіршення якості електроенергії

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донецький національний технічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.14.02 - Електричні станції, мережі і системи

Розвиток методів визначення часткового внеску суб'єктів електричної системи у погіршення якості електроенергії

Щербакова Поліна Геннадіївна

Донецьк 2009

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Харківській національній академії міського господарства Міністерства освіти і науки України, м. Харків.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Гриб Олег Герасимович, Харківська національна академія міського господарства Міністерства освіти і науки України (м. Харків), завідувач кафедри електропостачання міст.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Жаркін Андрій Федорович, Інститут електродинаміки НАН України (м. Київ), заступник директора;

кандидат технічних наук, доцент Дмітрієва Олена Миколаївна, Державний вищий навчальний заклад "Донецький національний технічний університет" (м. Донецьк), професор кафедри електричних систем.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д11.052.02 кандидат технічних наук, доцент А.М. Ларін.

Анотація

електроенергія трифазний мережа

Щербакова П.Г. Розвиток методів визначення часткового внеску суб'єктів електричної системи у погіршення якості електроенергії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи. Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», Донецьк, 2009. Дисертація присвячена детермінованим методам розрахунку та методикам визначення відповідальності споживачів і постачальників електричної енергії за порушення вимог до її якості.

Одержав розвиток параметричний метод визначення участі суб'єктів у створенні несиметрії на збірних шинах. Знайдено критерій розташування джерел струмів вищих гармонік щодо границі розподілу балансової приналежності. Розроблено методики визначення відповідальності суб'єктів за порушення вимог зі сталого відхилення напруги, симетрії, синусоїдальності й методика комплексної оцінки відповідальності за порушення якості електричної енергії. Наведено алгоритми реалізації названих методик. Вирішено задачу перевірки підключення контрольно-вимірювальних комплексів до трифазної мережі.

Ключові слова: якість електричної енергії, детерміновані розрахунки участі, відповідальність суб'єктів, помилки підключення.

Аннотация

Щербакова П.Г. Развитие методов определения долевого вклада субъектов электрической системы в ухудшение качества электроэнергии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 - электрические станции, сети и системы. Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет», Донецк, 2009. Диссертация посвящена детерминированным методам расчета и методикам определения ответственности потребителей и поставщиков электрической энергии за нарушение требований к ее качеству.

Анализ литературы показал, что выполнение детерминированного расчета участия субъектов в нарушении качества электрической энергии (КЭ) может обеспечить использование современных контрольно-измерительных комплексов, которые позволяют отслеживать изменение параметров схемы замещения по текущим параметрам режима сети. Требуется развитие существующих методов и поиск новых решений, необходимых для разработки методик по отдельным показателям, и комплексной методики определения ответственности за нарушение КЭ. Обоснована и разработана методика определения ответственности потребителей и поставщиков за соблюдение требований к установившемуся отклонению напряжения. Ответственность субъектов определяется по факту выполнения договорных обязательств, определяемому по результатам анализа текущих режимов.

Получил развитие параметрический метод определения участия i-го потребителя электроэнергии в создании несимметрии на сборных шинах. Дано математическое описание для расчета участия субъектов в нарушении симметрии по обратной последовательности при возможном расположении источников несимметрии по разные стороны границы раздела балансовой принадлежности (ГРБП). Разработана методика определения ответственности субъектов за искажение симметрии по нулевой и обратной последовательностям. Выявлен признак и сформулирован критерий расположения источников токов высших гармоник при нарушении синусоидальности: источники токов высших гармоник расположены по одну сторону относительно ГРБП в случае, если направления активных мощностей гармонических составляющих всего пакета высших гармоник одинаково. Разработана методика определения ответственности субъектов за искажение синусоидальности, которая предлагает детерминированное решение при расположении источников искажения синусоидальности напряжения по одну сторону и статистическое по обе стороны относительно ГРБП.

Разработана методика комплексной оценки ответственности за нарушение требований к КЭ, которая объединяет методики по определению ответственности за нарушения требований к отдельным показателям КЭ. Методика комплексной оценки ответственности, так же, как и методики оценки ответственности по отдельным показателям, распространяется на ту часть электрической энергии, которая за время мониторинга получена потребителем с нарушениями КЭ. Методика выполнена в соответствии с действующим законодательством и позволяет вводить коррекции в комплексную оценку ответственности в зависимости от изменения законодательной базы. Приведены алгоритмы реализации названных методик.

Решена задача проверки подключения контрольно-измерительных комплексов к трехфазной сети. Для этой цели выполнена классификация ошибок подключения прибора, проведен анализ ошибок и определены критерии их оценки, разработан алгоритм проверки подключения прибора. Проведены экспериментальные исследования объективности расчетов ответственности потребителя и поставщика в появлении несимметричных режимов электрической сети. Опыты показали, что коэффициенты участия субъектов в нарушении симметрии определяются соотношением несимметрий по разные стороны от ГРБП, и не зависят от факторов, которые вызовут несимметрию. Проведены экспериментальные исследования влияния погрешности введения сопротивления связи с системой на оценку участия субъектов в нарушении симметрии. Даны перспективы развития дальнейших исследований в области определения ответственности за нарушение КЭ. Предложен метод компенсации погрешности, вносимой ошибкой введения информации о сопротивлении связи с системой.

Ключевые слова: качество электрической энергии, детерминированные расчеты участия, ответственность субъектов, ошибки подключения.

Annotation

Shcherbakova P.G. Development of the methods of definition of the share contribution of electric system subjects at deterioration of the quality of the electric power. - The typescript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a specialty 05.14.02 - рower plants, networks and systems. State academy “Donetsk national technical university”, Donetsk, 2009.

The dissertation is devoted to the determined methods of calculation and techniques of definition of the responsibility of consumers and suppliers of electric energy for infringement of requirements to its quality. The parametrical method of definition of participation of subjects in creation of asymmetry at busbar has received development. The criterion of an arrangement of current source of the high harmonics relatively of boundary of a balance accessory is found. The methods of definition of the responsibility of subjects for infringement of requirements on the steady-state voltage deviation, symmetry, harmonicity and the method of a complex estimation of the liability of infringement of quality of electrical energy are developed.

Algorithms of realization of the named method are resulted. The problem of check of connection of controlling complexes to a three-phase network is solved.

Key words: quality of the electric energy, the determined calculations of participation, the responsibility of subjects, mistakes of connection.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Застосування сучасних інформаційних технологій дозволяє удосконалити системи обліку електричної енергії (ЕЕ), у тому числі, визначаючи відповідальність за якість електроенергії (ЯЕ) на основі розрахунку участі суб'єктів у порушенні вимог до показників якості електроенергії (ПЯЕ). Для України визначення відповідальності за ЯЕ є однією з найбільш актуальних задач електропостачання та енергозбереження. Розв'язання задачі готує технічну базу для забезпечення законодавчого врегулювання питання про відповідальність за перевищення припустимих відхилень ПЯЕ, які встановлені державним стандартом України, що дозволить підвищити мотивацію суб'єктів у підвищенні ЯЕ.

Визначення відповідальності є одним з аспектів загальної проблеми поліпшення ЯЕ та енергозбереження, що становить науковий інтерес для провідних українських і закордонних вчених. У цій сфері зроблено багато наукових досліджень, серед яких слід відзначити особливий внесок таких вчених, як А.К. Шидловський, В.Г. Кузнєцов, І.В. Жежеленко, Е.Г. Курінний, Ю.С. Железко, Ю.Л. Саєнко, А.Ф. Жаркін та ін.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана за тематикою, проведеною Північно-Східним науковим центром НАН і МОН України в рамках двох науково-дослідних робіт: "Розробка цифрової системи виміру якості електричної енергії в системах електропостачання" (номер державної реєстрації 0102U00514), яка виконана в рамках державної програми 6.02.25, і "Розробка новітньої технології для визначення джерел перешкод, які впливають на додаткові втрати в електроустаткуванні й електричних мережах" (номер державної реєстрації 0105U007551), що виконана в рамках державної програми 6.05.67, за державним замовленням МОН України за напрямком "Новітні та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та аграрному комплексі", відповідно до Закону України "Про пріоритетні напрямки науки й техніки" № 2623-ІІІ від 11.07.01.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення методів визначення часткового внеску суб'єктів у спотворення ЯЕ, яке дозволить створити науково-технічну базу для проведення розрахунків відповідальності суб'єктів у поточному режимі.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

- проаналізувати існуючі методи визначення відповідальності суб'єктів розподілу й споживання ЕЕ за порушення ЯЕ і вибрати основні напрями досліджень;

- удосконалити методи визначення часткового внеску суб'єктів розподілу ЕЕ в порушення вимог до симетрії та синусоїдальності напруги;

- удосконалити метод перевірки правильності підключення контрольно-вимірювальних комплексів до трифазної мережі;

- розробити методику комплексної оцінки відповідальності за порушення ЯЕ і алгоритм її реалізації;

- провести експериментальні дослідження і моделювання режимів, які мають порушення симетрії та синусоїдальності напруг, з метою перевірки отриманих у роботі результатів.

Об'єкт дослідження - процес обліку споживання ЕЕ у розподільних мережах електричних систем.

Предмет дослідження - визначення часткового внеску суб'єктів розподілу й споживання ЕЕ у порушенні нормативних показників ЯЕ.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження проведені з використанням теорії функції комплексного змінного (створення векторної моделі електричної мережі), методу симетричних складових (дослідження несиметричних режимів), теорії функціональних рядів (ряд Фур'є для спектрального аналізу за вищими гармоніками), булевої алгебри (логічні рівняння в описі алгоритмів розглянутих методик).

Наукова новизна отриманих результатів. Нові наукові рішення, отримані в роботі, полягають у наступному:

1. Набув подальшого розвитку метод визначення участі суб'єктів у створенні несиметрії на збірних шинах, що відрізняється можливістю виключення з розрахункових виразів невідомих параметрів режиму електричної системи. Розроблено математичну модель для розрахунку участі суб'єктів при можливому розташуванні джерел несиметрії по різні сторони відносно границі розділу балансової приналежності (ГРБП).

2. Набув подальшого розвитку метод оцінки внеску нелінійного споживача електроенергії у створення несинусоїдальних напруг на ГРБП, який відрізняється оцінкою напрямку складових активної потужності всього пакета кривих вищих гармонік, що полягає в сполученні детермінованого й статистичного рішень залежно від розташування джерел скривлень по одну або по обидві сторони відносно ГРБП.

3. Удосконалено метод перевірки правильності підключення контрольно-вимірювальних комплексів до трифазної мережі, що відрізняється від існуючих аналізом симетричних складових параметрів поточного режиму роботи мережі, критеріями оцінки й класифікацією можливих помилок при підключенні приладів.

Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що в результаті проведених досліджень:

- розроблено методики з визначення відповідальності суб'єктів за порушення вимог до сталого відхилення напруги, симетрії напруги, синусоїдальності кривої напруги, які дозволяють провести розрахунки часткового внеску суб'єктів щодо погіршення цих ПЯЕ;

- розроблено методику комплексної оцінки відповідальності, яка дозволяє згідно з існуючим законодавством об'єднати розрахунки часткового внеску суб'єктів у порушення вимог щодо окремих ПЯЕ;

- розроблено методику перевірки правильності підключення контрольно-вимірювальних комплексів до трифазної мережі, яка дозволяє в автоматичному режимі оцінити правильність їх підключення відносно первинної мережі, що надає можливість виключення помилкової оцінки відповідальності суб'єктів.

Результати роботи прийняті для впровадження у Північно-Східному науковому центрі МОН і НАН України при розробці цифрової системи виміру ЯЕ в системах електропостачання. Методику перевірки правильності підключення контрольно-вимірювальних комплексів до трифазної мережі застосовано в аналізаторі ЯЕ та електроспоживання АНТЕС АК-3Ф. Метод оцінки внеску нелінійного споживача ЕЕ у створення несинусоїдальних напруг застосовано в Харківській національній академії міського господарства на кафедрі електропостачання міст у навчальному курсі «Електропостачання та електрозбереження», де впроваджено відповідний лабораторний стенд.

Особистий внесок здобувача. Основні положення і результати дисертаційної роботи були одержані автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Положення дисертації і результати досліджень доповідалися і обговорювалися на:

XXXІІІ науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської національної академії міського господарства "Міський електротранспорт, електропостачання і освітлення міст" (Харківська національна академія міського господарства, 11-13 травня 2006)

міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України" (Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. П. Василенка, 5-6 жовтня 2006 р.);

V міжнародній науково-практичній конференції "Стійкий розвиток міст і новації житлово-комунального комплексу" (Московський інститут комунального господарства і будівництва, РФ, 4-7 квітня 2007 р.);

міжнародній науково-технічній конференції "Новітні технології і енергоефективність у світлотехніці й електроенергетиці" (Харківська національна академія міського господарства, 16-18 квітня 2007 р.);

ІІІ всеукраїнській науково-практичній конференції "Проблеми, перспективи та нормативно-правове забезпечення енерго-, ресурсозбереження в житлово-комунальному господарстві" (Алушта, 11-15 червня 2007 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 робіт, серед них: 7 - у науково-технічних журналах, 5- у збірниках наукових праць, 4 - у тезах доповідей на конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і шести додатків. Повний обсяг дисертації складає 214 сторінок, з них 19 ілюстрацій за текстом, 10 ілюстрацій на 26 сторінках; 4 таблиці за текстом, 3 таблиці на 3 сторінках, 128 найменувань використаних літературних джерел на 14 сторінках.

2. Основний зміст роботи

У першому розділі «Аналіз засобів і методів обліку показників якості електричної енергії» виконано аналіз засобів і методів обліку електричної енергії з функцією оцінки ЯЕ і визначення відповідальності за порушення вимог до ПЯЕ. Огляд літератури не виявив засобів контролю та обліку ЯЕ, в яких передбачаються функції розрахунку участі в порушенні вимог до ПЯЕ та визначення відповідальності сторін за погіршення ЯЕ. Проведено аналіз методів визначення часткового внеску суб'єктів у порушення ЯЕ. У практиці експлуатації електричних мереж і в науково-технічній літературі можна виділити два основних напрямки, за якими розв'язується задача визначення участі й розподілу відповідальності за порушення ЯЕ: нормативний і параметричний. Нормативний підхід передбачає у випадку порушення ЯЕ впровадження стосовно суб'єктів розподілу ЕЕ штрафних санкцій, які оговорені відповідним договором чи законодавчим актом. Нормативний підхід дає важелі впливу на споживачів та постачальників ЕЕ з метою підвищення ЯЕ, але не визначає дійсної участі суб'єктів у порушенні ЯЕ. Він має імовірнісний характер і дозволяє проявлятися суб'єктивним тенденціям превалювання інтересів природних монополістів енергетиків, з одного боку, або споживачів, які захищаються законодавством, з іншого.

Параметричний підхід припускає визначення відповідальності згідно з науково обґрунтованою методикою, що дозволяє розраховувати участь суб'єктів у порушенні ЯЕ за параметрами режиму і діючої схеми електричної мережі. Він дозволяє шукати шляхи розрахункового детермінованого розв'язання задачі. Найбільш визнаним розрахунковим методом визначення часткового внеску суб'єктів у порушення ЯЕ виявилося використання інформації щодо напрямку вторинної потужності для визначення участі суб'єктів у порушенні симетрії та синусоїдальності. Однак наступні дослідження, в яких отримані аналітичні вираження вторинної потужності, показали, що напрямок вторинної потужності не дає однозначної відповіді про розташування джерел порушень відносно ГРБП і не забезпечує детермінованого розрахунку участі суб'єктів у цьому порушенні. Це пояснюється тим, що при наявності в мережі двох і більше джерел порушень з'являється взаємна складова вторинної потужності, величина і знак якої залежать від випадкових факторів.

У дослідженнях щодо ЯЕ, проведених у ХНАМГ, запропоновано метод визначення участі споживачів у порушенні симетрії напруг, в якому для точки загального приєднання (ТЗП), розташованої на збірних шинах підстанції, навантаження фідерів представляють у вигляді фазних провідностей.

Потім матриці фазних провідностей переводять у систему координат симетричних складових , для якої виведені формули коефіцієнтів участі і-го споживача в порушенні симетрії за нульовою і за зворотною послідовностями.

(1)

(2)

Оцінка участі за нульовою послідовністю (1) є повною і може бути використана для розподілу відповідальності між споживачами в ТЗП. Кількісна оцінка участі за зворотною послідовністю (2) зроблена тільки між споживачами, тому що не враховує вплив системи. Для врахування участі системи в створенні несиметрії на ГРБП отримані формули, що визначають коефіцієнти участі узагальненого навантаження збірних шин і системи :

; (3)

У вираженнях (3) використані коефіцієнти і , які визначаються на ГРБП співвідношенням напруг зворотної послідовності і до напруги прямої послідовності U₁. Значення і використані як міра впливу системи і споживача на несиметрію при розташуванні ГРБП на загальному вводі. У літературі показано зміст і застосування цих величин, але механізм їхнього одержання не розкритий, що робить запропонований метод визначення коефіцієнтів участі незавершеним і не дає можливості для його практичного використання. Що стосується визначення участі суб'єктів у порушенні синусоїдальності кривої напруги, то детермінованих рішень у рамках інтервалу усереднення огляд літератури не виявив.

Другий розділ «Визначення джерел погіршення показників якості електроенергії та ступені їхнього впливу» присвячений розробці методів визначення часткового внеску суб'єктів електричної системи у погіршення ЯЕ. Цю задачу розглянуто відповідно сталого відхилення напруги, несиметрії та несинусоїдальності напруги. Визначення відповідальності за відхилення напруги. Необхідний рівень напруги може бути забезпечений тільки в тому випадку, якщо навантаження споживача відповідає пропускній здатності мережі й встановленим засобам регулювання напруги. Тому в договір між енергопостачальним підприємством і споживачем в обов'язковому порядку вводяться обмеження за потужністю навантаження. Залежно від параметрів навантаження споживача, схеми й умов експлуатації електричної мережі обмеження можуть стосуватися тільки максимальної величини споживання активної потужності P_max або поширюватися на мінімальне значення P_mіn, а також на максимальну Q_max і мінімальну Q_mіn реактивні навантаження.

Відповідальність суб'єктів визначається відповідно до наступних принципів, в основу яких покладено умови договору. Якщо умови договору виконуються, то при перевищенні припустимих значень відхилення напруги вся відповідальність повинна бути за підприємством електричних мереж, яке не забезпечує необхідне регулювання напруги. Якщо споживання активної або реактивної потужності виходить за межі договірних зобов'язань, то відповідальність покладається на споживача. Випадок, коли спостерігається зниження напруги нижче припустимого рівня, позначимо логічним рівнянням:

А1 := (ДU < - |ДU _доп |), (4)

де ДU - втрата напруги, ДU _доп - припустима втрата напруги. Перевищення договірних значень потужності споживача (P_(i)>P_max або Q_(i)>Q_max) позначимо:

 (5)

Тоді відповідальність повинна визначатися відповідно до логічного рівняння:

(6)

У разі виконання умови (Y1 = 1) відповідальність покладається на споживача, якщо Y1 = 0 - на підприємство електричних мереж. Для випадку підвищення напруги вище припустимого рівня формули мають аналогічну структуру. Задачі визначення відповідальності за порушення симетрії розглянуті для ТЗП, розташованої на збірних шинах підстанції. Метою досліджень є розвиток відомого методу визначення участі суб'єктів у порушенні симетрії шляхом одержання математичних виразів для розрахунку коефіцієнтів участі й розробка методики визначення відповідальності за погіршення симетрії.

Значення симетричних складових напруги, які використані для розрахунку коефіцієнтів участі за формулою (3), відрізняються за способом та складністю їхнього визначення. Це пояснюється розходженням фізичного змісту, що закладений у поняття U₁, й . Напруга прямої послідовності U₁ є результатом перетворень фазних напруг, вимірюваних на ГРБП. Такі ж перетворення дають напругу зворотної послідовності U₂. Ці параметри необхідні для визначення коефіцієнта несиметрії за зворотною послідовністю на ГРБП (). Можна вважати, що значення U₁, U₂, K_2U одержують шляхом прямого виміру. Значення й у загальному випадку мають абстрактний характер і не підлягають прямому виміру, хоча за часом оцінки збігаються з моментом виміру U₁, U₂, K_2U. - напруга зворотної послідовності, яка була б зафіксована на ГРБП через порушення симетрії тільки електричною системою при симетричному навантаженні. - напруга зворотної послідовності, яка була б зафіксована на ГРБП через порушення симетрії тільки споживачем при симетричній електричній системі. Розрахунок значень і вимагає розробки математичного опису і моделювання цих величин. Розглянемо можливість одержання виразів для моделювання коефіцієнта . Припустимо, що джерелом несиметрії є навантаження. Матрицю симетричних складових напруги на ГРБП можна подати рівнянням:

, (7)

де - оператор повороту фази вектора; Z_нА , Z_нВ , Z_нС - фазні опори навантаження; Z_с - опір зв'язку з електричною системою.

З рівняння (7) можна одержати вираз для розрахунку напруги зворотної послідовності:

(8)

Напругу зворотної послідовності, отриману за формулою (8), не можна використовувати для розрахунку . Це пояснюється наявністю ЕРС системи Е_А, значення якої не відоме в розглянутому режимі. Більше того, при зробленому припущенні про розташування джерела несиметрії Е_А є величиною фіктивною, такою, що не відповідає дійсному режиму. Особливістю формули (8) є те, що багаточлен не залежить від параметрів режиму системи, а визначається параметрами схеми заміщення.

У рівнянні для розрахунку напруги послідовності ця особливість також присутня:

(9)

З'являється можливість виключити з математичного опису абсолютну величину , знайти значення якої не вдається, і замінити її відносною величиною, яка може бути розрахована. Для розрахунку слід відмовитися від виміру напруги прямої послідовності U₁ і визначати її за формулою (9). Це дозволить виключити з розрахункових виражень невідомі параметри режиму і виконувати розрахунок за співвідношенням параметрів схеми заміщення. Значення можна представити в наступному вигляді:

(10)

Для розрахунку можна скористатися ознакою порушення симетрії за зворотною послідовністю при симетричному навантаженні, відповідно до якого коефіцієнти несиметрії напруги на ГРБП і ЕРС системи є рівними (). Оскільки симетричні складові напруги на ГРБП відомі за результатами вимірів, то є можливість визначити симетричні складові ЕРС за формулами:

,

а потім знайти :

(11)

Це можна зробити ще іншим шляхом. Для цього треба знайти комплексну величину:

(12)

і розрахувати комплекс напруги зворотної послідовності , що був би зафіксований на ГРБП через порушення симетрії тільки споживачем:

(13)

Потім визначаємо комплекс напруги зворотної послідовності , який був би зафіксований на ГРБП через порушення симетрії тільки в системі.

(14)

і коефіцієнт, який знаходимо як

(15)

Напруги прямої послідовності у формулі (13) і зворотної послідовності у формулі (14) є величинами, які отримані прямим виміром на ГРБП. Метод визначення участі суб'єктів у порушенні симетрії реалізований у методиці визначення відповідальності за порушення симетрії, в якій відповідальність суб'єктів визначається за ту частину ЕЕ, при розподілі якої зафіксоване порушення вимог за симетрією напруги. Кожний із суб'єктів одержує компенсацію за ЕЕ, отриману з порушенням симетрії, і оплачує зіпсовану ними ЕЕ. У випадку з визначенням відповідальності за порушення синусоїдальності кривої напруги вдалося, на відміну від несиметрії, виявити ознаку й сформулювати критерій розташування джерел скривлення з однієї сторони ГРБП. Визначення такого режиму засноване на тому, що розкладання в ряд Фур'є несинусоїдальної кривої приводить до появи пакету кривих вищих гармонік. Якщо джерела струмів вищих гармонік перебувають по одну сторону від ГРБП, то активні потужності вищих гармонійних складових мають однаковий напрямок:

sign P(n) = const (16)

Отриманий критерій дозволив розробити методику визначення відповідальності за порушення синусоїдальності напруги. Якщо критерій (16) виконується, коефіцієнти відповідальності визначаються однозначно у рамках одного інтервалу усереднення. У цьому разі має місце детермінований розрахунок відповідальності суб'єктів розподілу ЕЕ за скривлення синусоїди в окремо взятому інтервалі усереднення. Якщо критерій (16) не виконується, то частковий внесок суб'єкта в окремо взятому інтервалі усереднення визначається як середня величина коефіцієнтів відповідальності за порушення вимог до коефіцієнтів n-ї гармонійної складової усіх вищих гармонік напруги.

У третьому розділі «Розробка програмного продукту для визначення відповідальності за порушення якості електроенергії» розглянуто питання, що потребують розв'язання для створення аналізатора з функцією визначення відповідальності за порушення ПЯЕ. Розроблена комплексна методика оцінки відповідальності за порушення ЯЕ. Методика зорієнтована на чинне законодавство і забезпечує об'єднання методик за всіма ПЯЕ, що враховуються. Для кожного k-го інтервалу розраховується зважений коефіцієнт відповідальності суб'єкта розподілу ЕЕ, який побудований на принципі однакової відповідальності за порушення врахованих ПЯЕ:

, (17),

де - коефіцієнти відповідальності за порушення ЯЕ з показників ; - значення ЕЕ, яка спожита при порушенні ЯЕ з цих показників; - ЕЕ, яка спожита на k-му інтервалі усереднення.

При проведенні контрольних досліджень ЯЕ у споживачів були виявлені неправильні з'єднання контрольно-вимірювальних ланцюгів, які можуть повністю спотворити оцінку ПЯЕ, а також привести до невірної оцінки відповідальності суб'єктів за порушення до ЯЕ. Пояснюються ці порушення різними причинами, але необхідність автоматизації перевірки правильності підключення приладу стосовно первинних ланцюгів є очевидною. У зв'язку з цим розроблена методика перевірки правильності підключення контрольно-вимірювальних комплексів до трифазної мережі.

Виконана класифікація помилок підключення, згідно з якою можна виділити наступні групи невірних підключень приладу:

- помилки відключення;

- помилки чергування фаз;

- помилки полярності підключення;

- помилки невідповідності струмів і напруг.

Помилки відключення припускають нульові значення по одному або декількох із шести параметрів режиму: U_A; U_B; U_C; I_A; I_B; I_C. Наявність помилки відключення повинна визначатись з урахуванням похибки виміру нульового значення напруги е U або струму е _I, наприклад для струму:

(I _A < е _I) (I _B < е _I) (I _C < е _I) = 1 (18)

При орієнтації на умову (18) треба враховувати можливість режиму холостого ходу, під час якого будуть відсутні всі струми:

(I _A < е _I) (I _B < е _I) (I _C < е _I) = 1 (19)

Помилками чергування фаз є зміни прийнятого порядку чергування А, В, С на зворотній. Помилки полярності підключення - це невідповідність полярності підключення в межах однієї системи векторів (напруг або струмів). Вплив згаданих помилок на виміри розглянуто шляхом аналізу симетричної системи трьох векторів у координатах симетричних складових. Наприклад, для одиничних струмів перехід від фазних струмів до струмів симетричних складових можна представити у вигляді:

(20)

Рівняння (20) розглянуто за умови наявності помилок чергування фаз, помилок полярності підключення різних фаз та збіг цих помилок.

Порівняння ознак дозволяє визначити критерії та ідентифікувати виявлені помилки підключення. Співвідношення модулів комплексних значень струмів прямої і зворотної послідовності має інформацію про порядок чергування фаз та наявність помилки полярності підключення. При правильному підключенні ланцюгів струму маємо тільки пряму послідовність: I_{`1</sub> = 1; I<sub>`2} = 0; I_{`0</sub> = 0. Помилки чергування фаз характеризуються наявністю тільки зворотної послідовності: I<sub>`1} = 0; I_{`2</sub> = 1; I<sub>`0} = 0. Помилки полярності підключення струмів відрізняються тим, що в матриці при цих помилках з'являються симетричні складові всіх послідовностей, у тому числі нульової: I_{`1</sub> = 1/3; I<sub>`2} =2/3; I_{`0</sub> = 2/3. Ознакою збігу помилок полярності підключення і чергування фаз є зміна на протилежне співвідношення між струмами прямої і зворотної послідовності в порівнянні з їхньою величиною при правильному чергуванні фаз: I<sub>`1} = 2/3; I_{`2</sub> = 1/3; I<sub>`0} = 2/3.

Кутові співвідношення між векторами симетричних складових дозволяють визначити фази, в яких порушена полярність. Невідповідність полярності підключення фаз В, С фазі А дає кут між векторами прямої і зворотної послідовності I ₁, I ₂ = 180⁰. Невідповідність полярності підключення фази В фазі А дає кут між векторами прямої і зворотної послідовності I ₁, I ₂ = - 60⁰ при правильному чергуванні фаз і I ₁, I ₂ = 60⁰ при зворотному чергуванні фаз. Невідповідність полярності підключення фази С фазі А дає кут між векторами прямої і зворотної послідовності I ₁, I ₂ = 60⁰ при правильному чергуванні фаз і I ₁, I ₂ = - 60⁰ при зворотному чергуванні фаз. Помилкою невідповідності струмів і напруг є невідповідність фаз і полярності фазних струмів і напруг. Відповідність полярності включення струмів і напруг перевіряється за фактом споживання активної потужності, що знаходиться за умови:

cos ц > 0 (21)

Розроблена методика може бути використана в мережі з коефіцієнтами несиметрії за зворотною послідовністю менш ніж 100%, за нульовою послідовністю менш ніж 33%. У четвертому розділі «Експериментальні дослідження» виконані експериментальні дослідження несинусоїдальності на фізичній моделі електричної мережі й проведено розрахунки несиметричних режимів на математичній моделі трифазної мережі. Проведено дослідження несинусоїдальності на фізичній моделі електричної мережі. Дано експериментальне підтвердження критерію розташування джерел струмів вищих гармонік: джерела несинусоїдальності розташовані по одну сторону відносно ГРБП у випадку збігу напрямків активних потужностей гармонійних складових усього пакету кривих вищих гармонік.

Виконано дослідження об'єктивності розрахунків відповідальності споживача і постачальника ЕЕ в появі несиметричних режимів на математичній моделі трифазної мережі. Досліди показали, що коефіцієнти участі суб'єктів у порушенні симетрії визначаються співвідношенням несиметрій по різні сторони від ГРБП, і не залежать від факторів, що викликають несиметрію. Проведено експериментальні дослідження впливу похибки введення опору зв'язку із електричною системою на оцінку участі суб'єктів у порушенні симетрії. У діапазоні зміни відносної величини похибки = ± 10% похибка в оцінці участі суб'єктів складає величину порядку 4-6 %, для = ± 20% похибка - 10-15 %. Розглянуто перспективи розвитку подальших досліджень. Запропоновано спосіб компенсації похибки, внесеною помилкою інформації про опір зв'язку із системою.

Висновки

У дисертаційній роботі поставлено й вирішено актуальне для теорії і практики експлуатації систем електропостачання науково-практичне завдання визначення участі і відповідальності суб'єктів розподілу й споживання ЕЕ за порушення ЯЕ.

Основні наукові й практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Одержав розвиток метод визначення участі суб'єктів у створенні несиметрії на збірних шинах, що відрізняється можливістю виключення з розрахункових виражень невідомих параметрів режиму електричної системи. Це дозволяє підвищити точність розрахунку й забезпечити можливість практичної реалізації методу.

2. Одержав розвиток метод оцінки внеску нелінійного споживача ЕЕ у створення несинусоїдальних напруг на ГРБП, заснований на оцінці напрямків складових активної потужності всього пакету кривих вищих гармонік, що полягає в сполученні детермінованого й статистичного рішень залежно від розташування джерел скривлення по одну або по обидві сторони відносно ГРБП.

3. Розроблено методики розрахунків для визначення часткового внеску суб'єктів у порушення вимог до сталого відхилення напруги, симетрії напруг і синусоїдальності кривої напруги, що дозволяють знаходити відповідальність суб'єктів за ту частину ЕЕ, що розподілена з перевищенням припустимих значень за дU_у ,K _U0, K _U2 ,K _U(n) ,K _U.

4. Розроблено методику комплексної оцінки відповідальності за порушення вимог до ЯЕ, що поєднує методики щодо визначення відповідальності за порушення вимог за окремими ПЯЕ й виконана відповідно до діючого законодавства.

5. Удосконалено метод перевірки правильності підключення контрольно-вимірювальних комплексів до трифазної мережі, що відрізняється від існуючих аналізом симетричних складових параметрів поточного режиму роботи мережі, критеріями оцінки й класифікацією можливих помилок при підключенні приладів. Метод дозволяє здійснити комплексну перевірку підключення приладу до трифазної мережі й може бути використаний в мережі з коефіцієнтами несиметрії за зворотною послідовністю менше 100% (K_2U < 100%), за нульовою послідовністю менше 33% (K_0U < 33%).

6. Проведено дослідження несиметричних режимів на математичній моделі трифазної мережі з метою перевірки основних закономірностей участі суб'єктів у порушенні симетрії за зворотною послідовністю, отриманих аналітичним шляхом.

Досліди, проведені на математичній моделі, показали:

- прийнята методика забезпечує результат виміру участі суб'єктів розподілу ЕЕ у порушенні симетрії на ГРБП, яка визначається величиною впливу їхніх джерел несиметрії і не залежить від факторів, що викликають несиметрію;

- похибка введення інформації про опір зв'язку із системою може істотно впливати на визначення участі суб'єктів розподілу ЕЕ у порушенні симетрії; при помилці введення інформації ± 10 % похибка виміру становить ± 5 %.

7. Обґрунтовано метод компенсації похибки, внесеної помилкою введення інформації про опір зв'язку із системою.

8. Проведено дослідження несинусоїдальності на фізичній моделі електричної мережі. Дано експериментальне підтвердження ознаці розташування джерел несинусоїдальності.

9. Наведено перспективи розвитку подальших досліджень в області визначення відповідальності за порушення ЯЕ.

Публікації за темою дисертації

1. Гриб О.Г. Алгоритм реализации методики распределения ответственности за искажение симметрии / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Сендерович // Вісник Національного технічного університету “Харківський Політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2006. - № 10 - С. 7-13.

2. Гриб О.Г. Алгоритм реализации методики распределения ответственности за искажение синусоидальности / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Сендерович // Коммунальное хазяйство городов: науч.-техн. сб. - К.: Техника, 2006. - Вып. 67. - С. 237-246.

3. Гриб О.Г. Анализ ошибок подключения трехфазных контрольно-измерительных приборов / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Сендерович // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2006. - № 2/2 (20). - С. 160-164.

4. Сендерович П.Г. Методика и алгоритм определения ответственности за превышение допустимого отклонения напряжения / П.Г. Сендерович // Вісник Харківського Національного технічного університету сільського господарства: “Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України”- 2006. - Вип.43, том 1. - С. 59-65.

5. Алгоритм анализа ошибок подключения трехфазных контрольно-измерительных приборов / О.Г. Гриб, О.Н. Довгалюк, Д.Н. Калюжный, Г.А. Сендерович, П.Г. Сендерович // Вісник Національного технічного університету “Харківський Політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2006. - № 27 - С. 14-18.

6. Сендерович П.Г. Определение ответственности за нарушение качества в приборах учета электроэнергии / П.Г. Сендерович // Світлотехніка та електроенергетика - 2006. - № 7/8. - С. 48-53.

7. Гриб О.Г. Моделирование закономерностей участия субъектов в нарушении симметрии по обратной последовательности / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Сендерович // Коммунальное хозяйство городов: науч.-техн. сб. - К.: Техника, 2006. - Вып. 72. - С. 209-217.

8. Гриб О.Г. Анализ договорного подхода к определению ответственности субъектов за нарушение качества электрической энергии / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Щербакова // Світлотехніка та електроенергетика. - 2007. - № 1(9) - С. 77-81.

9. Гриб О.Г. Анализ параметрического подхода к определению ответственности субъектов за нарушение качества электрической энергии / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Щербакова // Світлотехніка та електроенергетика - 2007. - № 2(10) - С. 64-73.

10. Гриб О.Г. Особенности использования параметров режима сети для определения участия субъектов в искажении синусоидальности кривой напряжений / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Щербакова // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2007. - № 5/4 (29). - С. 73-76.

11. Щербакова П.Г. Моделирование коэффициентов участия субъектов в нарушении симметрии по обратной последовательности / П.Г. Щербакова // Світлотехніка та електроенергетика - 2007. - № 3-4. - С. 53-57.

12. Определение ответственности за нарушение качества электрической энергии / О.Г. Гриб, П.Г. Щербакова, А.Г. Баталов, В.И. Васильченко, Ю.К. Вощинский, Г.П. Козячина, И.А. Манов // Электропанорама. - 2007. - № 9. - С. 86; № 10 - С. 92-93.

13. Гриб О.Г. Определение ответственности за нарушение качества электроэнергии / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Сендерович // Городской электротранспорт, электроснабжение и освещение городов: XXXIII науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской национальной академии городского хозяйства: тезисы докл. - Х., 2006. - С. 112-113.

14. Определение ответственности за нарушение показателей качества электроэнергии в электрических сетях / О.Г. Гриб, О.Н. Довгалюк, Д.Н. Калюжный, Г.А. Сендерович, П.Г. Сендерович // Устойчивое развитие городов и новации жилищно-коммунального комплекса: V международная науч. практ. конф., 4-7 апр. 2007 г.: тезисы докл. - М., 2007. - С. 280-282.

15. Гриб О.Г. Ошибки подключения трехфазных контрольно - измерительных приборов / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, П.Г. Щербакова // Новейшие технологии и энергоэффективность в светотехнике и электроэнергетике: междунар. науч.-техн. конф., 16-18 апр. 2007 г.: тезисы докл. - Х., 2007. - С. 61-62.

16. Определение ответственности за нарушение качества электроэнергии в электрических сетях / О.Г. Гриб, Г.А. Сендерович, О.Н. Довгалюк, Д.Н. Калюжный, П.Г. Щербакова // Проблеми, перспективи та нормативно-правове забезпечення енерго ресурсозбереження в житлово-комунальному господарстві: III всеукраїнська наук.-практ. конф., 11-15 черв. 2007 р.: тези доп. - Алушта, 2007. -С. 138-141.

Размещено на Allbest.ru

...