ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 1 Энергосбережение, безопасность энергосистем и вопросы метрологического обеспечения измерений электроэнергетических величин при нелинейных нагрузках электрических сетей 2011 г.

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 2 Основные направления метрологических работ в области энергосбережения и безопасности энергосистем 1. Метрологическое обеспечение (МО) измерений, выполняемых для расчетов потерь и контроля режимов энергосистем (обеспечение достоверности оценки потерь); 2. МО измерений в интеллектуальных сетях (Smart Grid), которые по материалам многочисленных публикаций и крупнейших международных конференций последних лет признаются генеральным направлением развития электроэнергетики 21 века (по крайней мере на ближайшие 20 лет). В рамках настоящего доклада рассматривается первое из направлений.

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 3 Нефтяная скважина Кривая тока потребления и ее гармонический состав

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 4 Большая совокупность компьютеров (офис) Кривая тока потребления и ее гармонический состав

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 5 Активная (Р), полная (S) и реактивная (Q) мощности 1 Для чисто синусоидальных U и I. S=U I ; Q=U I Sin ; или 2 Для искаженных форм U и I. Все остальные соотношения нарушаются и зависят от принятых определений понятий S и Q 1937г. S. Fruze – разделение токов на i a и i r. S = U 2 (I a 2 + I r 2 ) = P 2 + Q F 2 Всего более 10 определений и этот процесс не закончен. В любом случае : 1927г. C. Dudeanu S 2 = P 2 + Q B 2 + D 2, D – мощность искажений

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 6 P. Filipski Apparent power – a Misleading Quantity in Non-Sinusoidal Power Theory: Are all Non-Sinusoidal Power Theory Doomed to Fail? Кажущаяся, Мнимая (у нас Полная) мощность – обманчивая величина в несинусоилальной теории мощности. Все ли несинусоилальной теории мощности обречены на провал? Современные средства измерений, основанные на преобразовании мгновенных значений сигналов и последующем вычислении его параметров, способны реализовать любое, самое фантастическое, определение реактивной мощности. Общим требованием к таким СИ остается одно – при синусоидальных сигналах они должны давать одно и тоже значение реактивной мощности При искаженных формах кривых расхождение их показаний будет определяться уровнем искажений и алгоритмами вычислений реактивной мощности, которые формируются на основе принятых определений Q. Единство измерений в данном случае может быть обеспечено только при синусоидальных сигналах U и I или внутри группы СИ реактивной мощности (энергии), реализующих один алгоритм измерения.

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 7 Требования к границам погрешностей счетчиков ЭЭ, вызванных искажениями кривых напряжения и тока Вид искажений АКТИВНАЯ ЭЭ (МЭК ), ГОСТ кл.1; 2 % АКТИВНАЯ ЭЭ (МЭК ), ГОСТ кл.0,2S; 0,5S % РЕАКТИВ. ЭЭ (МЭК ) ГОСТ кл.1; 2; 3 % Условия Гармоники в U и I ± 0,8± 0, U 5 – 10% I 5 – 40% Пост. составл. и четные гармоники ± 3, I 0 \I 1 ~ 70% I 2 \I 1 ~ 40% Нечетные гармоники в I ± 3, I 3 \I 1 ~ 50% I 5 \I 1 ~ 15% Субгармоники ± 3,0± 0, ,5Гц ~ 35% 37,5Гц ~ 70% 62,5Гц ~ 15%

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 8

9

10

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 11 Лампы энергосберегающие 1; 6; 1+ 6 Параметры энергопотребления Лампа U, ВI, АI 1, АS, ВА P, Вт Kp φ 1, Гр Q S,P, вар Q S, φ, вар Qφ 1, вар Ki % 12300,0980,06822,713,20,58С ,6-11,3-7, ,0580,04913,38,650,64L4010,28,67, ,110,09526,821,60,82С- 0,3- 15,10,130,168

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 12 Требования к границам погрешностей счетчиков ЭЭ, вызванных искажениями кривых напряжения и тока Вид искажений АКТИВНАЯ ЭЭ (МЭК ), ГОСТ кл.1; 2 % АКТИВНАЯ ЭЭ (МЭК ), ГОСТ кл.0,2S; 0,5S % РЕАКТИВ. ЭЭ (МЭК ) ГОСТ кл.1; 2; 3 % РЕАКТИВ. ЭЭ 2010г. МЭК кл. 0,5S; 0,5; 1S; 1 % Условия Гармоники в U и I ± 0,8± 0, ± 1,5 U 5 – 10% I 5 – 40% Пост. составл. и четные гармоники ± 3, ± 6,0 I 0 \I 1 ~ 70% I 2 \I 1 ~ 40% Нечетные гармоники в I ± 3, ± 0,8 I 3 \I 1 ~ 20% I 3 \I 1 ~ 50% I 5 \I 1 ~ 15% Субгармоники ± 3,0± 0, ,5Гц ~ 35% 37,5Гц ~ 70% 62,5Гц ~ 15%

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 13 Система калибровки СИ электрической мощности и энергии при искаженных формах кривых напряжения и тока Калибруе- мый прибор Эталон- ный прибор ГUCГUC ГUBГUB ГUAГUA ГICГIC ГIBГIB ГIAГIA IAIA IBIB ICIC UAUA UBUB UCUC Г П Э М Система передачи размеров единиц РС Библи отека форм U и I

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 14 Примеры форм кривых из библиотеки NRC и результаты калибровки СИ реактивной энергии различных типов UUII Тест РWРW PF p.u. Q 1 VA Q B VA Q F VA Q S VA Q KM VA 001 / / / / / / / / / /

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 15 Гармонический состав и форма кривой тока на подстанции Петербургского метрополитена

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 16 Вторичные эталоны единицы электрической мощности U 10…600 B I 0.01…50 A K P 1…0 L/C f 40…2000 Гц u K2 = (50…100)·10 -6 для U,I,P,Q 1,Q 2,Q 3 при f = 40…400 Гц u K2 = (70…150)·10 -6 трехфазный ВЭТ ИФМ Библиотека форм + реальные формы U и I Цифровой эталонный прибор или HP 3458 x 2 ЭМ 3.1К - Эт МП U ~ 10…400 B МП I ~ 0.01…50 A PC синхронизация ВАТТ – однофазный вторичный эталон ВАТТ – трехфазный вторичный эталон К образцовым и рабочим СИ P, Q, S, ПКЭ ЭМ 3.3 Реальнаясеть

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин А17 Сейчас нет принципиальных проблем измерений того, что будет названо реактивной энергией по старым или новым определениям. Главное, как использовать результаты этих измерений? Здесь слово за энергетиками, которые должны четко сформулировать измерительные задачи, в том числе и для целей коммерческого учета ЭЭ. При наличии мощных нелинейных нагрузок расчеты потерь только на основе измерений P, Q, tgφ или cosφ будут не вполне корректны. Для таких условий должны быть разработаны специальные методики расчета потерь в сетях и оборудовании. Положительные результаты контроля качества электроэнергии на объекте по нормам ГОСТ или EN50160 для рассматриваемой задачи не достаточны, так как искажения тока в месте подключения счетчика могут превышать 100% при практически не искаженной форме кривой напряжения. Исходная информация может быть получена на стадии предпроектного обследования или в ходе эксплуатации объекта путем цифрового осциллографирования и определения гармонического состава и других параметров напряжения и тока в типовых режимах его работы. Необходимо пересмотреть статус сертификата калибровки счетчиков при использовании их в уникальных условиях.

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 18 Из решений НТК Росстандарта 4. Включить в план НИОКР на 2011 – 2012 г.г. тему «Разработка и исследование методов воспроизведения и передачи единицы реактивной мощности основной гармоники в диапазоне коэффициентов гармоник напряжения до 50% и тока до 200%». В рамках указанной темы выполнить перевод нового стандарта МЭК «Счетчики реактивной электрической энергии статические» и подготовить проект аналогичного отечественного стандарта. 5. ВНИИМ и НПФ «Марс- ЭНЕРГО» провести 2011г. анализ потребностей ЦСМ и ведомственных метрологических служб и рассмотреть возможность их обеспечения вторичными эталонами единицы электрической мощности и эталонными установками для измерений ЭЭВ. 6. ВНИИМ разработать и вынести на рассмотрение НТК Росстандарта предложение по легитимному использованию сертификатов калибровки счетчиков активной и реактивной электрической энергии, работающих в условиях экстремальных искажений кривых напряжения и тока, для выполнения расчетов потерь, выбора компенсаторов реактивной энергии и оценки границ погрешностей измерительных каналов АИИС КУЭ. (в течение 2011г.)

ФГУП « ВНИИМ им. Д.И. Менделеева » Лаборатория Государственных эталонов в области измерений электроэнергетических величин 19 Благодарю за внимание! т. (812) т./ф. (812) Шапиро Ефим Зиновьевич