Задачи обеспечения качества электроэнергии, энергоэффективности и энергетической безопасности Генеральный директор научно-производственного предприятия "ПРОРЫВ" д.т.н., Тухас Вячеслав Анатольевич Совещание главных метрологов и ответственных за качество электроэнергии в ОАО МРСК «Северо-Запада», СПб, г.

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний В мировой практике вопросы качества электроэнергии встраиваются в задачу обеспечения ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, которая включает в себя: - непрерывное снабжение достаточным количеством электроэнергии надлежащего качества, - энергосбережение и энергоэффективность, -противодействие техногенным и природным воздействиям и минимизация потерь при их возникновении. Современные информационно-измерительные системы в электроэнергетике разрабатываются для целей прогноза, обеспечения превентивных мер и самовосстановления при событиях в электросети. 2

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Указанные тенденции в полной мере отражены в требованиях Федерального закона 382-ФЗ от г. «О государственной информационной системе топливно- энергетического комплекса», статья 10: «Виды информации, подлежащей включению в государственную информационную систему топливно- энергетического комплекса (ТЭК): -информация о характеристиках энергетических ресурсов, в том числе об их качестве, (п.7); -информация в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, (п.15); -информация о ЧС природного и техногенного характера, об инцидентах или авариях, создающих угрозу безопасности на объектах ТЭК (п.20)». 3

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Для получения такой информации нужно решить измерительные задачи и создать технологии получения новых знаний. 1. К измерительным задачам относятся: 1.1. Измерение, оценка, анализ качества электроэнергии и индексов энергоэффективности электросетевых объектов Измерение электроэнергетических величин для поиска источников искажения показателей качества электроэнергии (ПКЭ) и определения вклада в искажения показателей качества электроэнергии участников рынка электрической энергии Измерение электроэнергетических величин для решения вопросов диагностики и прогноза остаточного ресурса электросетевого оборудования Измерение электроэнергетических величин для раннего обнаружения источников помех. 2. К задачам разработки технологий получения новых знаний относятся: 2.1. Разработка алгоритмов прогноза режимной надежности энергосистем, 2.2. Разработка критериев энергоэффективности электросетевых объектов и методов их измерения в режиме реального времени, 2.3. Разработка методов поиска источников помех в электрических сетях. 4

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний 5

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний ОТ 2013 Таблица 1. Метрологические характеристики приборов «Прорыв-КЭ» и «Прорыв-Т» по требованиям ГОСТ и ГОСТ Р , класс А. Измеряемый показатель качества электрической энергии Диапазон измерений Пределы допускаемой погрешности: - абсолютной Δ; - относительной, % - приведенной γ, % Примечание Среднеквадратическое значение напряжения переменного тока U y, В от 20 до 330 ± 0,1 (γ)- 2 Установившееся отклонение напряжения U y, % от -20 до 20 ± 0,2 (Δ)- 3 Положительное отклонение напряжения U +, % от 0 до 50± 0,01 (Δ)- 4 Отрицательное отклонение напряжения U -, % от 0 до 90± 0,01 (Δ)- 5 Частота переменного тока f, Гц от 42,5 до 57,5 ± 0,01 (Δ)- 6 Отклонение частоты Δf, Гц от -7,5 до 7,5 ± 0,03 (Δ)- 7 Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности K 2U, % от 0 до 25± 0,15 (Δ)- 8 Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности K 0U, % от 0 до 25± 0,15 (Δ)- 9 Коэффициент искажения синусоидальнос­ ти кривой напряжения (суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения) K U, % от 0 до 25 ± 0,05 (Δ)K U < 1,0 % ± 5 ( ) K U 1,0 % 10 Коэффициент n-й (n- от 2 до 50) гармонической состав­ляющей напряжения K U(n), % от 0 до 25 ± 0,05 (Δ)K U(n) < 1,0 % ± 5 ( ) K U(n) 1,0 % 11 Коэффициент m-й (m- от 1 до 49) интергармонической состав­ляющей напряжения K Uig(m), % от 0 до 25 ± 0,05 (Δ)K Uig(m) < 1,0 % ± 5 ( ) K Uig(m) 1,0 % 12 Угол фазового сдвига между основными гармоническими составляющими входных напряжений ϕ U от до ± 1 0 (Δ)- 13 Кратковременная доза фликера P st, отн. ед. от 0,2 до 10 ± 5 ( ) - 14 Длительная доза фликера P lt, отн. ед. от 0,2 до 10 ± 5 ( ) - 15 Длительность провалов напряжения Δt п, с от 0,01 до 60 ± 0,01 (Δ)- 16 Глубина провала напряжения U пр, % от 10 до 100 ± 0,2 (Δ) Длительность временного перенапряжения Δt перU, с от 0,01 до 60± 0,01 (Δ)- 18 Остаточное напряжение U res, В от 10 до 200± 0,2 (γ)- 19 Среднеквадратическое значение силы переменного тока I y, А от I мин до 1,2·I ном (до 2·I ном при I ном = 5 А) ± 0,1 (γ) I мин = 0,01 А (I ном = 5 А) I мин = 10 А (I ном = 250 А) I мин = 50 А (I ном = 800 А) I мин = 250 А (I ном = 3000 А) 20 Коэффициент искажения синусоидальнос­ти кривой тока (суммарный коэффициент гармонических составляющих тока) K I, % от 0 до 25 ± 0,15 (Δ)K I < 3,0 % ± 5 ( ) K I < 3,0 % 21 Коэффициент n-й (n- от 2 до 50) гармонической состав­ляющей тока K I(n), % от 0 до 25 ± 0,15 (Δ)K I(n) < 3,0 % ± 5 ( ) K I(n) < 3,0 % 22 Коэффициент m-й (m- от 1 до 49) интергармонической состав­ляющей тока K Iig(m), % от 0 до 25 ± 0,15 (Δ)K Iig(m) < 3,0 % ± 5 ( ) K Iig(m) 3,0 % 23 Угол фазового сдвига между основными гармоническими составляющими входных токов ϕ I от до ± 1 0 (Δ)- 24 Фазовый угол между составляющими тока и напряжения ϕ UI, 0 от до ± 1 0 (Δ)- 25 Полная электрическая мощность S, ВА -± 1,0 (γ)- 26 Активная электрическая мощность P, Вт -± 1,0 (γ) - 27 Реактивная электрическая мощность Q, вар -± 1,0 (γ) - 28 Амплитуда импульсного напряжения U A, кВ от 0,5 до 6 ± 1 ( ) Опция по заказу 29 Длительность записи импульсного напряжения, мс 3-Опция по заказу 30 Частота дискретизации, МГц 20-Опция по заказу 31 Текущее время, с- ± 0,02 (Δ) При синхронизации с Международной шкалой координированно го времени (UTC). Опция по заказу ± 0,5 (Δ)/сут При отсутствии синхронизации с UTC 6

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Новое в ОТ 2013 г. на СИ типа «Прорыв»: Увеличена продолжительность записи: не менее 25 суток (было не менее 10 суток). Добавлена опция по заказу: Ethernet. Добавлена опция регистратор аварийных событий (10 периодов): Добавлена опция регистратора импульсного напряжения: - измерение амплитуды импульсного напряжения UA (до 6000 В); - длительность записи амплитуды импульсного напряжения (до 3 мс) при частоте дискретизации импульсного напряжения 20 МГц. 7

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Дополнительно ПО обеспечивает: Реализацию функции вывода измеряемых значений: напряжения, тока, мощности, углов напряжения и тока с целью построения векторной диаграммы, а также вывода текущего времени прибора. Данные значения выводятся во время работы прибора в режиме измерений каждые 10 секунд. Для отображения этих значений предоставляется программное обеспечение «TERM», которое записано на CD диске и работает под операционной системой Windows. Векторная диаграмма реальной сети 8

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Синхронизатор времени СВ-1 в соответствии с ГОСТ Р обеспечивает: неопределённость измерения текущего времени приборами типа «Прорыв» ±20 мс в сутки. ручную и автоматическую подстройку текущего времени приборов типа «Прорыв» под время «Национальной шкалы координированного времени Российской Федерации UTC (SU)». Прибор представляет собой моноблок и выполнен в переносном варианте. Во время работы прибор осуществляет приём сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Рабочий диапазон температур окружающей среды: от минус 40 С до плюс 55 С 9

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Источник бесперебойного питания ИБП-1 обеспечивает непрерывную работу приборов типа «Прорыв», а также оборудования для сбора и передачи данных в составе АИИС БЭЭ. Рабочий диапазон температур окружающей среды: от минус 40 С до плюс 55 С 10

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний 11 Приборы типа «Прорыв» с аксессуарами

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Преимущества приборов типа «Прорыв» 1. Отсутствие температурной погрешности во всем рабочем диапазоне температур: от - 40 градусов до + 55 градусов (силиконовые провода: от -60 до + 60 градусов). Таким образом, возможны круглогодичные непрерывные измерения, соответствующие классу «А», в течение продолжительного периода времени на всей территории РФ. 2. Герметичный (степень защиты корпуса IP 65), металлический, вандалоустойчивый корпус, возможно применение в промышленных зонах с жесткой электромагнитной обстановкой. 3. Возможность объединения отдельных СИ в систему АИИС БЭЭ. 4. Измерение тока по классу А ( неопределенность (погрешность) измерения γI для приборов класса А (ГОСТ Р , п.А.6.3.2), не должна превышать ± 0,1 % от верхней границы диапазона. Указанная погрешность (± 0,1 %) измерительных клещей из известных производителей дается лишь компанией FLUKE (США) на один тип клещей FLUKE i 800 (для переменного тока 0,1А – 800А RMS). Именно эти измерительные клещи заявлены в описании типа приборов «Прорыв-Т»). 5. Измерения по четырем токовым каналам (в том числе, в цепи нейтрали). 12

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Измерение и анализ КЭ Аутентичный перевод IEC:2003: 4.6 Погрешность измерения временных интервалов для измерений класса А Погрешность измерения временных интервалов не должна превышать ± 20 мс для 50 Гц или ± 16,7 мс для 60 Гц. ПРИМЕЧАНИЕ 1: Это требование может быть осуществлено, например, с помощью процедуры синхронизации, периодически применяемой во время измерений или с помощью GPS приемника или путем приема передаваемых радиосигналов времени. ПРИМЕЧАНИЕ 2: Если синхронизация с помощью внешнего сигнала невозможна, то отклонение временных меток должно быть меньше, чем 1 сек/24 часа. ПРИМЕЧАНИЕ 3: Данное требование является необходимым, чтобы гарантировать, что два прибора класса А производят одинаковые 10-ти минутные усредненные результаты, если они принимают один и тот же сигнал. ПРИМЕЧАНИЕ 4: Когда погрешность измерения пересекает указанный порог, то полезно иметь возможность фиксировать дату и время этого события. ГОСТ Р : 13

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Измерение и анализ КЭ Аутентичный перевод IEC:2003: 4.7 Принцип флагирования …Флагирование производится только при провалах, выбросах и прерываниях напряжения. Обнаружение провалов и выбросов напряжения зависит от уровня порогов, выбранных изготовителем, и этот выбор будет оказывать влияние, какие данные являются «флагированными». Принцип флагирования применяется для выполнения измерений класса А во время измерения частоты напряжения, действующего значения напряжения, фликера, несимметрии напряжений, гармоник напряжения, интергармоник напряжения, напряжения сигналов передачи данных и при измерении недонапряжения и перенапряжения. Если во время данного временного интервала какое-либо из значений флагируется, то усредненное значение, включающее это значение, должно также флагироваться. Флагированное значение должно также сохраняться и включаться в процесс усреднения, например, если во время данного временного интервала какое-либо из значений флагируется, то усредненное значение, которое включает это значение, должно также флагироваться и сохраняться. ПРИМЕЧАНИЕ 1: Пользователь может решать сам, каким образом оценивать флагированные данные. ГОСТ Р : 14

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Оценка соответствия электрической энергии нормам КЭ ГОСТ Р : п Отклонение частоты При оценке соответствия электрической энергии нормам КЭ, относящимся к частоте, установленным в настоящем стандарте, должны быть проведены измерения по ГОСТ Р , класс А, при этом маркированные данные не учитывают. п Медленные изменения напряжения При оценке соответствия электрической энергии нормам КЭ, относящимся к медленным изменениям напряжения, установленным в настоящем стандарте, должны быть проведены измерения по ГОСТ Р , подраздел 5.12, класс А, при этом маркированные данные не учитывают. п Колебания напряжения и фликер - … маркированные данные не учитывают Несинусоидальность напряжения Гармонические составляющие напряжения - … маркированные данные не учитывают Несимметрия напряжений в трехфазных системах - … маркированные данные не учитывают. СПРАВКА Убытки от «плохого» качества электроэнергии по 16 индустриальным секторам стран Евросоюза составляют 1% от годового товарооборота – это 150 Млрд евро ежегодно; в США - около 200 Млрд долларов ежегодно; по России подобных оценок не проводилось. Анализ результатов измерений, полученных с помощью системы мониторинга электроэнергии в режиме реального времени в США и Канаде показал, что: - 96% событий в электросети имеют длительность менее 2 секунд, -более 30% простоев технологического оборудования вызваны проблемами с качеством электроэнергии. 15

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Основные показатели качества электроэнергии, приводящие к финансовым потерям в Евросоюзе цифры приведены в Млрд Евро, общие издержки составляют 150 Млрд Евро/год, Источник: Обзор ECI PQ, 2007 Провалы и короткие прерывания напряжения Длительные прерывания напряжения Гармоники Импульсные и ВЧ-помехи Фликер, разбаланс фаз, помехи в цепях заземления 16

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний Основные виды финансовых потерь от плохого качества электроэнергии по Евросоюзу цифры приведены в млрд Евро, общие издержки составляют 150 Млрд Евро/год, Источник: Обзор ECI PQ, 2007 Потери рабочего времени Незавершенная продукция Снижение темпов производства Повреждение оборудования Другие издержки 17

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний 18

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний 19

1.Состояние вопроса 2. Задачи 3. СИ ПКЭ 4. АИИС БЭЭ 5. Технологии получения новых знаний В соответствии со стратегией развития электросетевого комплекса РФ, утвержденной распоряжением Правительства РФ от р, к 2017 году все электросетевые организации будут обеспечивать сбор данных о надежности и качестве электроснабжения, а также осуществлять расчет соответствующих показателей по международным методикам. Для распределительных сетевых организаций будут использованы индексы средней частоты прерываний электроснабжения конечных потребителей в электроэнергетической системе (SAIFI) и средней длительности прерываний электроснабжения конечных потребителей в электроэнергетической системе (SAIDI). АИИС БЭЭ дает расчет показателей SAIFI и SAIDI, позволяет осуществлять постоянный мониторинг за данными показателями и проводить анализ их изменений в зависимости от времени года, погоды, состояния энергосистемы и других сопутствующих факторов. Показатели отражают, в том числе, и степень изношенности оборудования. Частота отключений (SAIFI) определяет количество аварийных отключений оборудования: чем больше его изношенность, тем чаще происходят отключения (индекс SAIFI нормирует техническое состояние). Длительность отключений (SAIDI) включает в себя организационные вопросы, то есть насколько быстро восстанавливается отключенное или поврежденное оборудование (индекс SAIDI учитывает организацию бизнес-процессов). 20

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! Научно-производственное предприятие "ПРОРЫВ" Россия, , г. Петрозаводск, ул. Андропова, д.10 т ф mailto: web page 21