Лекція 8. Статистична оцінка показників якості електроенергії та контроль якості електроенергії

1. Статистична оцінка показників якості електроенергії

1. Статистична оцінка показників якості електроенергії

Зміни параметрів електричної мережі, потужності і характеру навантаження в часі є основною причиною зміни ПЯЕ. Таким чином, ПЯЕ - усталене відхилення напруги, коефіцієнти, що характеризують несинусоїдальність і несиметрію напруг, відхилення частоти, розмах зміни напруги і ін. - величини випадкові і їх вимірювання і обробка повинні базуватися на ймовірносно-статистичних методах. Тому, як уже зазначалося, в стандарті встановлюються норми ПЯЕ і обмовляється необхідність їх виконання протягом 95% часу кожної доби (для нормально допустимих значень) [5].

Найбільш повну характеристику випадкових величин дають закони їх розподілу, що дозволяють знаходити ймовірності появи тих чи інших значень ПЯЕ. Застосування ймовірносно-статистичних методів пояснимо на прикладі оцінки відхилень напруги.

Досвід експлуатації показує наявність добових, тижневих і триваліших циклів зміни відхилень напруги в часі. Статистичні дані підтверджують, що найбільш точно закон розподілу відхилень напруги в електричних мережах може бути описаний за допомогою нормального закону розподілу, яким і користуються в практиці контролю ЯЕ.

Аналітичний опис нормального закону здійснюється за допомогою двох параметрів: математичного очікування випадкової величини і стандартного відхилення від середнього. Рівняння кривої розподілу відхилень напруги від номінального, що відповідає нормальному закону розподілу, має вигляд:

Вираз записано для безперервного процесу зміни випадкової величини.

Для спрощення приладів контролю ЯЕ безперервні випадкові величини, якими є ПЯЕ, замінюються при контролі дискретними послідовностями їх значень.

Найбільш зручною формою подання інформації про зміни випадкової величини є гістограма. Гістограма - графічне представлення статистичного ряду досліджуваного показника, зміна якого носить випадковий характер (див. Рисунок 9.1) [5]. При цьому весь діапазон відхилень напруги ділиться на інтервали рівної ширини (наприклад, 1,25%). Кожному інтервалу дається назва - значення відхилень напруги, відповідне середині інтервалу, і знаходиться ймовірність (частота) попадання відхилень напруги в цей інтервал [85]:

де n_i – число попадань в i-й інтервал;

n – загальне число вимірювань.

Рисунок 9.1 - Гістограма відхилень напруги

На підставі гістограми дається відповідь: якої якості електроенергія в точці контролю. Така оцінка робиться по сумі значень потрапляння в інтервали, що укладаються в допустимий діапазон відхилень напруги. За допомогою гістограми знаходиться і ймовірність відхилень напруги за нормально допустимі значення. Це дозволяє судити про причини низької якості напруги в електричній мережі і вибрати заходи для його поліпшення.

Для оцінки якості напруги широко застосовуються числові характеристики, які визначаються з гістограми.

Математичне сподівання визначає середній рівень відхилень напруги в даній точці мережі за контрольований період часу

де k - число інтервалів гістограми.

Розсіювання відхилень напруги характеризується дисперсією. Вона дорівнює математичному очікуванню квадрата відхилень випадкової величини від її середнього значення і визначається з виразу:

Параметр є стандартним відхиленням і характеризує розсіювання гістограми, тобто розкид відхилень напруги навколо математичного очікування. Для більшості гістограм відхилень напруги інтегральна ймовірність попадання в діапазон 4 становить 0,95. Це означає, що для задоволення вимог стандарту значення за результатами вимірювань не повинна перевищувати 1/4 від ширини допустимого діапазону. Так, якщо допустимий діапазон відхилення напруги, то необхідно, щоб не перевищувало 2,5%.

Стандартом встановлюються способи і методики визначення ПЯЕ і допоміжних параметрів, що реалізують положення математичної статистики і теорії ймовірностей.

Для виміряних дискретних значень ПЯЕ встановлюються інтервали усереднення, представлені в таблиці 9.1.

Таблиця 9.1 - Інтервали усереднення результатів вимірювань показників ЯЕ

Для інтервалів усереднення різних ПЯЕ стандартом встановлюється кількість спостереження (N) і, користуючись методикою, викладеної в стандарті, визначається той чи інший ПЯЕ. Наприклад, обчислюють значення усередненого напруги в вольтах як результат усереднення N спостережень напружень за інтервал часу 1 хв за формулою:

де Ui - значення напруги в i - му спостереженні, В.

Число спостережень за 1 хв відповідно до стандарту повинно бути не менше 18.

Обчислюють значення усталеного відхилення напруги по формулі,%:

Накопичені за мінімальний розрахунковий період значення ПЯЕ обробляються методами математичної статистики і визначаються ймовірності відповідності їх нормам стандарту.

Методики визначення ПЯЕ, встановлені стандартом, реалізуються в апаратурних засобах контролю ЯЕ. Форма представлення результатів обробки вимірювання також повинна відповідати вимогам стандарту.

У таблиці 9.2 наведено зведені дані по нормам ПЯЕ [5].

Таблиця 9.2 – Норми якості електричної енергії

2. Контроль якості електроенергії

2. Контроль якості електроенергії

Зміст лекції: основні завдання контролю якості електроенергії, вимоги до контролю якості електроенергії.

Мета лекції: вивчити основні завдання та вимоги контролю за якістю електроенергії.

Основними завданнями контролю якості електроенергії є [1]:

1) Перевірка виконання вимог стандарту в частині експлуатаційного контролю ПЯЕ в електричних мережах загального призначення.

2) Перевірка відповідності дійсних значень ПЯЕ на кордоні розділу мережі по балансової належності значень, зафіксованих в договорі енергопостачання.

3) Розробка технічних умов на приєднання споживача в частині ЯЕ.

4) Перевірка виконання договірних умов в частині ЯЕ з визначенням допустимого розрахункового і фактичного вкладів споживача в погіршення ЯЕ.

5) Розробка технічних і організаційних заходів щодо забезпечення ЯЕ.

6) Визначення знижок (надбавок) до тарифів на ЕЕ за її якість.

7) Сертифікація електричної енергії.

8) Пошук "винуватця" спотворень ПЯЕ.

Залежно від цілей, що вирішуються при постійному контролі й аналізі ЯЕ, вимірювання ПЯЕ можуть мати чотири форми:

- діагностичний контроль;

- інспекційний контроль;

- оперативний контроль;

- комерційний облік.

Діагностичний контроль ЯЕ - основною метою діагностичного контролю на кордоні розділу електричних мереж споживача та енергопостачальної організації є виявлення "винуватця" погіршення ЯЕ, визначення допустимого вкладу в порушення вимог стандарту по кожному ПЯЕ, включення їх в договір енергопостачання, нормалізація ЯЕ.

Діагностичний контроль повинен здійснюватися при видачі і перевірці виконання технічних умов на приєднання споживача до електричної мережі, при контролі договірних умов на електропостачання, а також в тих випадках, коли необхідно визначити часткової внесок в погіршення ЯЕ групи споживачів, приєднаних до спільного центру харчування. Діагностичний контроль повинен бути періодичним і передбачати короткочасні (не більше одного тижня) вимірювання ПЯЕ. При діагностичному контролі вимірюють як нормовані, так і ненормовані ПЯЕ, а також струми і їх гармонійні і симетричні складові і відповідні їм потоки потужності.

Якщо результати діагностичного контролю ЯЕ підтверджують «винність» споживача в порушенні норм ЯЕ, то основним завданням енергопостачальної організації спільно зі споживачем є розробка і оцінка можливостей і термінів виконання заходів щодо нормалізації ЯЕ. На період до реалізації цих заходів на кордоні розділу електричних мереж споживача та енергопостачальної організації повинні застосовуватися оперативний контроль і комерційний облік ЯЕ.

На наступних етапах діагностичних вимірів ЯЕ контрольними точками повинні бути шини районних підстанцій, до яких підключені кабельні лінії споживачів. Ці точки являють також інтерес для контролю правильності роботи пристроїв РПН трансформаторів, для збору статистики і фіксації провалів напруги і тимчасових перенапруг в електричній мережі. Тим самим контролюється робота вже існуючих засобів забезпечення ЯЕ: синхронних компенсаторів, батарей статичних конденсаторів і трансформаторів з пристроями РПН, що забезпечують задані діапазони відхилень напруги, а також робота засобів захисту і автоматики в електричній мережі.

Інспекційний контроль ЯЕ - здійснюється органами сертифікації для отримання інформації про стан сертифікованої електроенергії в електричних мережах енергопостачальної організації, про дотримання умов та правил застосування сертифіката, з метою підтвердження того, що ЯЕ протягом часу дії сертифіката продовжує відповідати встановленим вимогам.

Оперативний контроль ЯЕ необхідний в умовах експлуатації в точках електричної мережі, де є і в найближчій перспективі не можуть бути усунені спотворення напруги. Оперативний контроль необхідний в точках приєднання тягових підстанцій залізничного і міського електрифікованого транспорту, підстанцій підприємств, що мають ЕП з нелінійними характеристиками. Результати оперативного контролю повинні надходити по каналах зв'язку на диспетчерські пункти електричної мережі енергопостачальної організації і системи електропостачання промислового підприємства.

Комерційний облік ПЯЕ повинен здійснюватися на кордоні розділу електричних мереж споживача та енергопостачальної організації, і за результатами його визначаються знижки (надбавки) до тарифів на електроенергію за її якість.

Комерційний облік ЯЕ повинен безперервно здійснюватися в точках обліку споживаної електроенергії як засіб економічного впливу на винуватця погіршення ЯЕ.

Для цих цілей повинні застосовуватися прилади, що поєднують в собі функції обліку електроенергії та вимірювання її якості.

Комерційний облік ПЯЕ повинен здійснюватися на кордоні розділу електричних мереж споживача та енергопостачальної організації, і за результатами його визначаються знижки (надбавки) до тарифів на електроенергію за її якість.

Комерційний облік ЯЕ повинен безперервно здійснюватися в точках обліку споживаної електроенергії як засіб економічного впливу на винуватця погіршення ЯЕ.

Для цих цілей повинні застосовуватися прилади, що поєднують в собі функції обліку електроенергії та вимірювання її якості. Наявність в одному приладі функцій обліку електроенергії і контролю ПЯЕ дозволить поєднати оперативний контроль і комерційний облік ЯЕ, при цьому можуть застосовуватися загальні канали зв'язку і засоби обробки, відображення і документування інформації АСКОЕ.

Прилади комерційного обліку ЯЕ повинні реєструвати відносне час перевищення нормально і гранично допустимих значень ПЯЕ в точці контролю електроенергії за розрахунковий період, які визначають надбавки до тарифів для винуватців погіршення ЯЕ.

Вимоги стандарту до контролю якості електроенергії [1].

Контроль за дотриманням вимог стандарту енергопостачальними організаціями і споживачами електричної енергії повинні здійснювати органи нагляду і акредитовані випробувальні лабораторії по ЯЕ.

Контроль ЯЕ в точках загального приєднання споживачів електричної енергії до систем загального призначення проводять енергопостачальні організації (точки контролю вибираються відповідно до нормативних документів). Періодичність вимірювань ПЯЕ:

- для сталого відхилення напруги - не рідше двох разів на рік в залежності від сезонного зміни навантажень в розподільній мережі центру харчування, а при наявності автоматичного зустрічного регулювання напруги в центрі живлення - не рідше одного разу на рік;

- для інших ПЯЕ - не рідше одного разу на два роки при незмінності схеми мережі і її елементів і незначній зміні характеру електричних навантажень споживача, що погіршує ЯЕ. Споживачі електроенергії, які погіршують ЯЕ, повинні проводити контроль в точках власних мереж, найближчих до точок загального приєднання зазначених мереж до електричної мережі загального призначення, а також на висновках приймачів електричної енергії, які деформують ЯЕ.

Періодичність контролю ЯЕ встановлює споживач електричної енергії за погодженням з енергопостачальною організацією.

Контроль ЯЕ, що відпускається тяговими підстанціями змінного струму в електричні мережі напругою 6 - 35 кВ, слід проводити:

- для електричних мереж 6-35 кВ, що знаходяться у віданні енергосистем, в точках приєднання цих мереж до тяговим підстанцій;

- для електричних мереж 6-35 кВ, які не перебувають у віданні енергосистем, в точках, вибраних за погодженням між тяговими підстанціями і споживачами електроенергії, а для знову споруджуваних і реконструйованих (із заміною трансформаторів) тягових підстанцій - в точках приєднання споживачів електричної енергії до цих мереж.

За неприпустимі відхилення напруги і частоти передбачена одностороння відповідальність енергопостачальної організації. За відхилення напруги енергопостачальна організація несе відповідальність перед споживачем у разі, якщо абонент не перевищує технічних меж споживання і генерації реактивної потужності.

Відповідальність за порушення норм по чотирьом іншим ПЯЕ покладається на винуватця погіршення ЯЕ. Винуватець визначається на основі зіставлення включеного в договір допустимого вкладу в значення розглянутого ПЯЕ в точці контролю з фактичним внеском, визначеним шляхом вимірювань.