Размещено на http://www.allbest.ru/

ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ НА РЕЗУЛЬТАТ

А.В. Крохин, Е.С. Кочнева

Аннотация

ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ НА РЕЗУЛЬТАТ

А.В. Крохин, Е.С. Кочнева, ФГАОУВО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Уральский энергетический институт, Екатеринбург, Россия, e-mail: alexander_krokhin@hotmail.com, e.s.kochneva@urfu.ru.

Измерения, используемые в финансовых взаиморасчетах электроэнергии на оптовом и розничном рынке, поступают от автоматизированных информационно измерительных систем коммерческого учета электроэнергии. Поэтому точность и достоверность этих измерений очень важна. Для минимизации финансовых потерь участников энергообмена и снижения конечной стоимости электроэнергии для потребителей, необходима эффективная методика выявления недостоверных измерений и их ликвидации.

В данной статье рассматривается анализ достоверности измерений электрической энергии с использованием задачи энергораспределения, которая позволяет получить расчетные оценки потоков и потерь электрической энергии по всем элементам схемы замещения сети. Прямое влияние на значение коммерческих потерь имеют погрешности расчетов технических потерь, обусловленные применяемой методикой их расчетов. В данной работе использовано несколько методов расчета потерь, использованных в дальнейшем для выявление грубых ошибок в измерениях путем апостериорного анализа.

Ключевые слова: энергораспределение, оценка достоверности измерений, технические потери электроэнергии, измерительный комплекс электроэнергии, метод апостериорного анализа.

Abstract

THE ASSESSMENT OF THE RELIABILITY OF ENERGY MEASUREMENT AND THE INFLUENCE OF DIFFERENT METHODS OF CALCULATING ENERGY LOSS

A.V. Krokhin, E.S. Kochneva, Ural Federal University named after first President of Russia B.N. Eltsyn, Ural Power Engineering Institute, Ekaterinburg, Russia, e-mail: alexander_krokhin@hotmail.com, e.s.kochneva@urfu.ru.

Measurements used in the financial settlements of electricity in the wholesale and retail market come from automated information measuring systems for commercial metering of electricity. Therefore, the accuracy and reliability of these measurements is very important. In order to minimize the financial losses of participants in energy exchange and reduce the final cost of electricity for consumers, an effective methodology is needed to identify unreliable measurements and eliminate them.

In this paper, analysis the reliability of electrical energy measurements using the energy flow problem, which allows to obtain quantify of the flows and losses of electrical energy across all elements of the network, is given. The errors in the calculation of technical losses depend on their calculation methods and directly affect to the value of commercial losses. In this research, several methods for calculating losses are given. Further, with the help of the calculated losses, electric energy measurements are estimated by a posteriori analysis.

Key words: energy flow problem, the assessment of the reliability of energy measurement, technical power losses, electrical control package, method of a posteriori analysis.

Введение

За последние годы технологии автоматизированных информационно измерительных систем коммерческого учета электроэнергии значительно усовершенствовались и стали неотъемлемой частью инфраструктуры энергетического бизнеса. Измерения электроэнергии от автоматизированных информационно измерительных систем коммерческого учета используются в финансовых взаиморасчетах на оптовом и розничном рынках электроэнергии, в связи с этим точность и достоверность этих измерений очень важна. Информация об измерениях и о состояниях элементов энергосистемы используется также в задачах адекватного управления функционированием и развитием элементов энергосистемы. Возникает проблема передачи, фильтрации, оценки и использования полученных данных.

Метрологический контроль и надзор за средствами учета электроэнергии является основным способов обеспечения легитимности коммерческой информации. Периодичность метрологического контроля не гарантирует исправной и точной работы измерительных систем в течение межповерочного интервала. Поэтому необходимы дополнительные математические методы и анализ выявления некорректных измерений электроэнергии.

В математических моделях часто используется расчетное значение потерь электрической энергии, методов расчета которых существует достаточно много. Методы, использующие большее количество переменных дают более точный результат, но зачастую эти переменные являются не измеряемыми.

I. Потери электроэнергии

Современный этап развития электроэнергетики страны, особенностью которого является функционирование оптового и розничного рынка ЭЭ, характеризуется высоким уровнем потерь ЭЭ в сетях. В ряде энергосистем относительные потери превышают 20 %, а в некоторых электросетевых предприятиях они достигают 40-50 %. Отмечена устойчивая тенденция к дальнейшему росту абсолютных и относительных потерь, если не принимать эффективных мер по их снижению.

Ранее структуру фактических потерь ЭЭ (электроэнергии) часто укрупненно объединяли в две большие группы: технические и коммерческие потери. К первым относили нагрузочные, условно-постоянные потери и расход электроэнергии на собственные нужды подстанций. Все остальные потери, в том числе инструментальные погрешности измерений, относили ко второй группе потерь. [1]

В настоящее время при классификации потерь ЭЭ более часто употребляется термин "технологические потери электроэнергии". Собирательное выражение "коммерческие потери электроэнергии" на сегодняшний день не закреплено в законодательстве, но встречается в отраслевых нормативно-технических документах. [2]

Чтобы избежать путаницы в применяемой терминологии, в укрупненной структуре фактических потерь ЭЭ более корректно обозначить две группы- технологические и коммерческие потери.

A. Технологические потери

Технологические потери включают в себя технические потери в электрических сетях, обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче ЭЭ, расход ЭЭ на СН ПС, обусловленные допустимыми погрешностями системы учета ЭЭ [3]. Технологические потери не являются убытками предприятия в полной мере этого слова, так как стоимость их нормативного объема учитывается в тарифе на передачу ЭЭ.

B. Коммерческие потери

Коммерческие потери невозможно измерить приборами и рассчитать по самостоятельным формулам. Они определяются математически как разность между фактическими и технологическими потерями ЭЭ и не подлежат включению в норматив потерь ЭЭ. Затраты, связанные с их оплатой, не компенсируются тарифным регулированием. Потери ЭЭ, относимые к категории коммерческих, большей частью являются электропотреблением, которое по разным причинам не зафиксировано документально. Отсутствие у сетевых предприятий прямых договорных отношений по энергоснабжению с потребителями, недостаточное финансирование и невозможность значительного увеличения штата сотрудников, контролирующих электропотребление, ограничивает возможности сетевых организаций в выявлении и устранении причин возникновения коммерческих потерь ЭЭ.

C. Методы расчета потерь

Внедрение современных информационных технологий позволяет получать дополнительную информацию о схемах и режимах электрических сетей, использование которой при анализе потерь ЭЭ требует дополнительных исследований с целью разработки эффективных методов расчета. Все вышеизложенное определяет актуальность совершенствования и разработки новых методов расчета и анализа потерь ЭЭ в сетях. Нагрузочные потери ЭЭ за некоторый период времени могут быть рассчитаны одним из следующих методов в зависимости от объема имеющейся информации о схемах и нагрузках сетей:

* Метод расчета потерь по средним мощностям.

* Метод средних нагрузок.

* Метод с использованием дисперсии потоков активной и реактивной мощности.

* Метод с использованием дисперсий и корреляционных моментов связи потоков активной и реактивной мощности с напряжением.

II. Методика оценки достоверности измерений

Анализ достоверности измерительной информации может производиться на основании энергораспределения [4], при выполнении условии наблюдаемости энергораспределения, а также избыточного состава измерений. Критерии наблюдаемости ЭР описаны в [5]. С помощью решения задачи энергораспределения могут быть рассчитаны технические [6], а также локализованы коммерческие потери энергии [7]. В [4, 8, 9] предложена методика повышения достоверности показаний счетчиков электроэнергии расчетным способом без проведения дорогостоящих метрологических поверок.

Математические методы обнаружения некорректных измерений можно разделить на три группы по отношению к задаче оценивания состояния [10]. К первой группе относятся методы априорного анализа, применяемые до начала решения задачи оценивания состояния и обычно позволяют разделить все измерения на "плохие", "хорошие", "подозрительные" и "непроверяемые". [11]. Вторую группу в соответствии с [10] образуют методы поиска плохих данных, используемые непосредственно в ходе решения задачи оценивания состояния. Третья группа методов основана на анализе остатков оценивания, то есть разницы между измеренными и расчетными значениями параметров [10]. Алгоритмы такого апостериорного анализа обладают достаточно высокой чувствительностью к данным, содержащим грубые ошибки, но являются довольно трудоемкими.

Согласно [10], остатки оценивания определяются как разность измеренного и рассчитанного значений потока электроэнергии.

Для определения вектора оценок измерений необходимо составить систему контрольных уравнений. В рамках методов теории оценивания состояния уравнения, содержащие в своем составе все измеряемые переменные, называются контрольными уравнениями. При наличии погрешностей в измерениях электрической энергии невязки контрольных уравнений отличны от нуля. Грубые ошибки проводят к появлению больших невязок. достоверность измерение электроэнергия ошибка

Для апостериорного анализа плохих данных чаще всего используются взвешенные и нормализованные остатки оценивания.

С помощью линеаризованной системы контрольных уравнений и с учетом того, что невязки контрольных уравнений при подстановке в них истинных или эталонных значений измеряемых переменных равны нулю, определяется матрица, связывающая остатки оценивания с вектором погрешностей измерений, т.е. матрица чувствительности остатков [10].

Далее легко определить ковариационную матрицу и нормализованные остатки оценивания, которые используются для апостериорного анализа измерений. Измерения с наибольшими остатками оценивания отбраковываются и считаются неверными.

III. Анализ измерений для тестовой схемы

Применим упомянутую выше методику, подробно описанную в [10], для оценки измерений в некоторой тестовой схеме. При этом проанализируем влияние метода расчета потерь на результат оценивания.

A. Исходные данные

На рисунке 4 приведена схема, состоящая из 14 узлов, имеющая 2 класса напряжения: 110 и 220 кВ. Рассматривается период времени, за который сеть находилась в трех различных установившихся режимах, длительностью 1, 2 и 4 часа соответственно.

Исходными данными являются измерения активной и реактивной энергий за определенный промежуток времени. Ввиду некоторых ограничений по объему предоставляемого в данной статье материала, во всех таблицах данной работы приведены не все значения, используемые в расчетах, а лишь некоторые произвольные из них, которые помогут наглядней отобразить результаты предложенного подхода. В таблице 2 приведены измерения активной энергии в сети.

Рис. 1. Тестовая схема сети

Таблица I. Исходная информация

* - минус означает, что поток ЭЭ втекает в узел.

B. Расчет потерь различными методами

Для данной сети были рассчитаны потери ЭЭ четырьмя способами: метод №1 - расчет потерь по средним мощностям; метод №2 - средних нагрузок; метод №3 - с использованием дисперсии потоков активной и реактивной мощности; метод №4 - с использованием дисперсий и корреляционных моментов связи потоков активной и реактивной мощности с напряжением. Результаты расчета приведены в таблице 3.

Таблица III. Сводная таблица по расчету потерь электроэнергии

Расчета по средним мощностям и средним нагрузкам (методы 1 и 2) дают не очень хорошие результаты, так как в заданной сети присутствуют линии с реверсивными перетоками. 4 метод дает более точный расчет при линиях с реверсивными перетоками, поэтому среднее отклонение расчета по данному методу составляет 2,3. Отклонение по методу 3-2,9 %. Исходя из этого, делаем вывод о том, что если нам задана сеть с большим количеством реверсивным линий, то для расчета потерь целесообразнее использовать метод 4, несмотря на громоздкую формулу и большое количество данным. Если же сеть практически не имеет реверсивных перетоков по линиям, то можно рассчитывать потери электроэнергии и по методу 3, что сократит время расчета, количество используемой информации и сложность исполнения ИКЭЭ.

C. Оценка измерений

Как можно увидеть, в данной сети практически в каждой линии, кроме линий 2-3 и 6-13, установлен всего один измерительный комплекс электроэнергии с какой-либо стороны, т.е. сеть имеет избыточный набор измерений. Следуя алгоритму апостериорного анализа, вычисляются остатки оценивания для всех измерений, данные сведены в таблицу IV.

Таблица IV. Остатки оценивания для измерений

Как видно из таблицы, все остатки оценивания имеют небольшую величину, поэтому можно сделать вывод о том, что все измерения были произведены верно и не имеют грубых ошибок. Далее посмотрим, как зависят результаты расчета апостериорного анализа для выявления "плохих" измерений, в зависимости от метода расчета потерь ЭЭ. Результаты представлены в таблицах V-VI.

Таблица V. Результаты оценивания

Таблица VI. Результаты оценивания

Искусственно внесем грубую ошибку в измерение по ветви 2-4, так что . Расчеты представлены в таблице VII.

Таблица VII. Остатки оценивания для измерений, содержит ошибку

Максимальный как взвешенный, так и нормализованный остаток соответствует измерению с грубой ошибкой. Таким образом, из набора измерений следует исключить После проведения аналогичной процедуры расчетов получены результаты, представленные в таблице VIII.

Таблица VIII. Остатки оценивания для измерений, было исключено

Из таблицы видно, что величина остатков небольшая, можно сделать вывод о том, что было удалено измерение, содержащее грубую ошибку.

Заключение

Существует значительное количество методов расчета потерь ЭЭ, в данной статье были применены некоторые из них. Как показал анализ, нет особой необходимости вводить дополнительные данные, трудоемкие для определения, чтобы рассчитать потери ЭЭ в рассматриваемом элементе электрической сети. Вычислительный эксперимент показал, что достаточно использовать метод расчета потерь ЭЭ через дисперсии потоков активной и реактивной мощности, т. к. данной метод дает неплохой результат. Если же сеть имеет большое количество линий с реверсивными перетоками, то есть смысл вводить ковариации, дисперсии и средние значения для более точного определения потерь ЭЭ.

Также был рассмотрен метод апостериорного анализа для выявления недостоверной информации, которая поступает от ИКЭЭ. Можно видеть, что разработанные в рамках теории оценивании состояния методы выявления грубых ошибок, успешно применяемые для телеизмерений, могут быть применены для достоверизации измерений ЭЭ в рамках модели энергораспределения. При этом анализ взвешенных остатков оценивания более чувствителен к выявлению грубых ошибок, нежели нормализованных.

Список литературы

[1] РД 34.09.254 "Инструкция по снижению технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъеденений И 34-70-028-86", М., СПО Союзтехэнерго, 1987.

[2] Рд 153-34.0-09.166-00 "Типовая программа проведения энергетических обследований подразделений электрических сетей АО-энерго" СПО ОРГРЭС, 2000.

[3] Приказ Министерства энергетики РФ от 30.12.2008 г. № 326 "Об организации в министерстве энергетики Российской Федерации работы по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям".

[4] Егоров А.О., Кочнева Е.С., Паздерин А.В., Скворцов П.Г. Использование метода контрольных уравнений для анализа достоверности и наблюдаемости измерений электроэнергии. Электрические станции. 2011. № 11. С. 42-46.

[5] Бартоломей П.И., Паздерин А.В. Наблюдаемость распределения потоков электрической энергии в сетях. Известия Вузов. Проблемы энергетики. 2004. № 9-10. С. 24-33.

[6] Паздерин А.В. Расчет технических потерь электроэнергии на основе решения задачи энергораспределения. Электрические станции. 2004. № 12. С. 44-49.

[7] Паздерин А.В. Локализация коммерческих потерь электроэнергии на основе решения задачи энергораспределения. Промышленная энергетика. 2004. № 9. С. 6-20.

[8] Егоров А.О., Кочнева Е.С., Паздерин А.В. Достоверизация измерений электроэнергии расчетными методами. "Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008. Сборник докладов научно-практической конференции".М.: ООО "Диалог Электро", 2008. Стр. 146-148.

[9] Скворцов П.Г., Егоров А.О., Паздерин А.В. Метод диагностики системы учёта электроэнергии на основе задачи энергораспределения. Энерго и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Сборник материалов научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых учёных 14-18 декабря 2009 г., стр.282-285.

[10] Гамм А.З., Колосок И.Н. Обнаружение грубых ошибок телеизмерений в электроэнергетических системах. Новосибирск: Наука. 2000. 152 с.

[11] Паздерин А.В. Повышение достоверности показаний счетчиков электроэнергии расчетным способом. Электричество. 1997. № 12.

Размещено на Allbest.ru