Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Кириллов Сергей Викторович

Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой
<
Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Кириллов Сергей Викторович. Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой : Дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03 Мичуринск, 2006 154 с. РГБ ОД, 61:06-5/2768

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Особенности учёта электроэнергии в системах с нелинейными потребителями 11

1.1. Характеристика рынка электроэнергии 11

1.1.1. Структура рынка электроэнергии (на примере Мичуринского филиала ОАО Тамбовэнерго) 12

1.1.2. Качество электроэнергии и источники искажений 15

1.1.3. Особенности систем электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой (на примере системы тягового электроснабжения) 17

1.1.4. Потери электроэнергии 19

1.2. Характеристика приборов учёта электроэнергии 21

1.2.1. Математические модели формирования погрешности счётчика электрической энергии 24

1.2.2. Факторы, влияющие на погрешность счётчиков электрической энергии 26

1.2.3. Анализ предшествующих работ по влиянию несинусоидальности токов и

напряжений на погрешность приборов учёта 27

1.3. Способы снижения содержания высших гармоник тока и напряжения 29

1.3.1. Уменьшение содержания высших гармоник в потребляемом токе 29

1.3.2. Уменьшения содержания высших гармоник в питающем напряжении 34

Задачи исследования 36

Выводы 37

ГЛАВА II. Способы устранения погрешности счётчиков, вызванной воздействием нссинусоидальных токов и напряжений 38

2.1. Методика расчёта погрешности счётчиков на основе анализа содержания мощностей высших гармоник 39

2.2. Компенсация мощностей высших гармоник 42

2.3. Имитационное моделирование системы электроснабжения с нелинейной нагрузкой и исследование способов снижения погрешности 46

2.3.1. Функциональная реализация некоторых элементов модели 46

2.3.2. Модель счётчика мощности гармонических составляющих в системе электроснабжения с нелинейной нагрузкой 48

2.3.3. Модель компенсационного фильтра мощности высших гармоник 49

Выводы 52

ГЛАВА III. Экспериментальные исследования влияния несинусоидальных токов и напряжений на погрешность счётчиков электрической энергии в системе электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой 53

3.1. Методика проведения экспериментальных исследований 53

3.1.1. Стенд для исследования погрешностей приборов учёта 53

3.1.2. Методика исследования характеристик электрической мощности, потребляемой реальным объектом 62

3.1.3. Моделирование сигналов тока и напряжения в цепях учёта электрической энергии и тестирование счётчиков 64

3.2. Методика обработки экспериментальных данных 66

3.2.1. Обработка данных, полученных при исследовании реальных объектов системы электроснабжения 66

3.2.2. Анализ характеристик тока 66

3.2.3. Анализ погрешности счётчиков, вызванной воздействием несинусоидального напряжения и тока 74

3.3. Исследование объектов системы электроснабжения с разнородной нагрузкой (на примере системы тягового электроснабжения...75

3.3.1. Мощности высших гармоник в системе электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой (на примере системы тягового электроснабжения) 76

3.3.2. Исследование характеристик бытовых электропотребителей 79

3.3.3. Кластерный анализ и классификация бытовых электропотребителей .81

3.4. Исследование погрешности счётчиков электрической энергии в условиях воздействия несинусоидальных токов и напряжений 90

3.4.1. Факторы, влияющие на погрешность счётчиков электрической энергии при несинусоидальных функциях тока и напряжения 90

3.4.2. Анализ погрешности в условиях воздействия мощностей высших гармоник 95

3.4.3. Математическая модель погрешности счётчика электрической энергии..98

Выводы 103

ГЛАВА IV. Использование результатов исследования и экономическая эффективность способов снижения влияния мощности высших гармоник на погрешность счётчиков электроэнергии 104

4.1. Погрешности учёта электрической энергии вызванной воздействием мощности высших гармоник 104

4.1.1. Погрешности учёта электроэнергии в системе электроснабжения питающей разнородную нагрузку (на примере системы тягового электроснабжения) 104

4.1.2. Погрешность учёта электроэнергии в бытовом секторе электроснабжения 107

4.2. Выбор типа счётчика электрической энергии для работы в условиях воздействия мощностей высших гармоник 113

4.3. Коррекция погрешности счётчиков на основе анализа содержания мощностей высших гармоник 114

4.4. Экономическая эффективность методов снижения погрешности учёта при электроснабжении нелинейных потребителей 119

Выводы 126

Основные результаты работы и выводы 127

Используемая литература 130

Приложения 141

Приложение 1 142

Введение к работе

Взаимоотношения между продавцом и покупателем строятся в первую очередь на количественной, качественной и стоимостной оценке товара. Электрическая энергия, поставляемая энергоснабжающими организациями, выступает в качестве товара, характеризующегося совпадением во времени процессов производства, транспортирования и потребления. Вместе с тем к электроэнергии, как к товару любого вида, применимы понятия "количество" и "качество". И возрастающие требования к точности учёта количества электрической энергии при требуемом качестве базируются на экономической основе.

В системах электроснабжения с мощными нелинейными нагрузками возникают режимы, отрицательно влияющие на работу средств учёта электрической энергии: занижение уровня, колебания и несимметрия питающего напряжения, искажения синусоидальности кривых напряжения и потребляемого тока. Это поднимает проблему электромагнитной совместимости средств учёта с влияющими факторами на точность учёта.

В настоящее время с изменением производственно-экономической ситуации в стране, изменением структуры рынка электрической мощности обостряются проблемы учёта электрической энергии, возрастают требования к системам электроснабжения (СЭС) по уровню потерь.

Комплекс мероприятий по снижению непроизводственных потерь электрической энергии включает в себя следующее:

снижение потерь при генерировании, транспортировании и преобразовании электрической энергии;

повышение точности измерительных комплексов учёта электрической энергии.

И если первое мероприятие достаточно изучено, и затрагивает проблему модернизации генерирующих, передающих, перерабатывающих мощностей и распределительных сетей, то второе относится к переходу на другой качествен-

7 ный уровень технических средств учёта электрической энергии и их способности выполнять возложенные функции в условиях практической эксплуатации.

Широко применяемые в настоящее время счётчики электрической энергии разработаны и поверяются исходя из предположения, что напряжение в сети является синусоидальной функцией, и содержание высших гармоник в токе нагрузки не превышает 10%. На этом основываются применяемые в счётчиках материалы и алгоритмы учёта электроэнергии. И если бы все электроприёмники обладали линейной вольт-амперной характеристикой, то искажений функции тока и напряжения не существовало бы, и условия работы счётчиков соответствовали конструкции и требованиям нормативных документов. Однако большинство потребителей являются нелинейными, и при включении такого электроприёмника в сеть в потребляемом токе и функции питающего напряжения появляются значительное содержание высших гармоник. И очевидно, что этот факт будет оказывать влияние на погрешность прибора, предназначенного для работы в цепях с практически синусоидальными сигналами.

На основании вышеизложенного существуют следующие пути повышения точности учёта электроэнергии в системах учёта с нелинейной нагрузкой:

создание технических средств учёта электрической энергии менее чувствительных к воздействию влияющих факторов на точность учёта и замена ими существующих;

модернизация существующих приборов учёта;

разработка способов для снижения погрешности измерительных комплексов электроэнергии.

Наиболее оптимальным решением в современных экономических отношениях являются два последних пути, так как очевидно, что это потребует минимум материальных затрат.

В этой связи целью настоящей работы является снижение погрешности приборов учёта электрической энергии в условиях воздействия высших гармо-

8 ник тока и напряжения в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой.

Объектом исследования являются счётчики электрической энергии индукционного и электронного типов в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой.

Предметом исследования является зависимость погрешности счётчиков электрической энергии от воздействия несинусоидальных токов и напряжений и пути её снижения.

Методы исследования. Для решения поставленных научных задач использовались методы оценок по определению характеристик нагрузок, планирования эксперимента, методы кластерного, дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализа, методы компьютерного моделирования (моделирование системы учёта электрической энергии при несинусоидальных токах и напряжений). Вычисления и моделирование проводились с применением пакетов программ Mathcad, Matlab, Statistica.

Информационная база исследования. Информационными источниками данной диссертационной работы являются:

научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, материалов научных конференций;

статистические источники в виде отчётов органов ведомственной и региональной статистики, материалов энергоснабжающих организаций;

официальные документы в виде Государственных Стандартов, нормативных актов, в том числе положений и инструкций:

результаты собственных расчётов и проведённых экспериментов.

9 Научная новизна работы заключается в следующем:

Выявлены факторы, существенно влияющие на погрешность счётчиков электрической энергии в условиях реальной эксплуатации - мощности 3, 5 и 7 гармоник.

Выявлена возможность коррекции показаний счётчиков электрической энергии в процессе эксплуатации на основании расчёта погрешности, вызванной воздействием мощностей высших гармоник.

Возможно снижение погрешности счетчиков электрической энергии, вызванной воздействием мощности высших гармоник, путём применения компенсационного фильтра в измерительных цепях учета.

Практическая значимость исследования заключается:

Разработан стенд для исследования погрешностей счётчиков различных типов в условиях несинусоидальности токов и напряжений КЭ-Метрол и методики проведения исследований.

Предложена методика классификации бытовых электропотребителей по содержанию 5, 7, 9 гармоник в потребляемом токе и фазового сдвига функции тока относительно напряжения, позволяющая производить оценку погрешности счётчика для отдельных потребителей.

Выявлены факторы - мощности 3, 5 и 7 гармоник, влияющие на погрешность учёта электрической энергии в условиях реальной эксплуатации.

Предложен способ коррекции погрешности счётчиков электрической энергии на основе анализа содержания мощностей высших гармоник.

Предложен способ компенсации мощности высших гармоник для счётчика электрической энергии. Разработан принцип работы компенсационного фильтра мощности высших гармоник.

10 Основные результаты, выносимые на защиту.

существенное влияние на погрешность счётчиков электрической энергии мощностей 3, 5 и 7 гармоник;

методика коррекции погрешности счетчиков электрической энергии на основе анализа содержания мощностей высших гармоник;

методика компенсации мощности высших гармоник на частоте 50 Гц, подаваемой на счётчик электрической энергии.

Структура рынка электроэнергии (на примере Мичуринского филиала ОАО Тамбовэнерго)

В соответствии с Гражданским Кодексом Российской Федерации качество электрической энергии, продаваемой энергоснабжающей организацией, должно соответствовать требованиям, установленным государством. С 1999 года введён в действие Государственный Стандарт 13109-97, устанавливающий показатели качества электрической энергии (ПКЭЭ) в системах электроснабжения общего назначения и определяющий уровень электромагнитных помех, распространяющихся по элементам электрической сети. ГОСТ 13109-97 устанавливает одиннадцать основных показателей качества электрической энергии [13,32].

Преобразование электрической энергии переменного тока в энергию выпрямленного тока и обратно с помощью статических полупроводниковых преобразователей связано со значительным потреблением реактивной энергии преобразовательными агрегатами. Кроме того, полупроводниковые преобразователи относятся к классу нагрузок с нелинейной вольтамперной характеристикой, и потребляют из сети несинусоидальный ток, искажая кривую напряжения питающих энергосистем. Электрическая тяга переменного тока является не только мощным потребителем реактивной энергии и несинусоидального тока, но и мощной несимметричной однофазной нагрузкой, что приводит к появлению несимметрии напряжения в питающих электрических трёхфазных системах. В этой связи несинусоидалыюсть и несимметрия питающего напряжения приводит к повышенному электромагнитному влиянию тяговой сети на смежные системы энергопотребления.

Для протяжённых распределительных сетей наибольшего внимания заслуживают следующие ПКЭЭ: коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, коэффициенты, характеризующие искажения синусоидальности кривой напряжения [83]. Увеличение этих ПКЭЭ наблюдается в первую очередь в электрических сетях напряжением 0,38/0,22 кВ, с преобладающей однофазной нагрузкой с нелинейной вольтамперной характеристикой. Из анализа гармонического состава питающего напряжения следует, что преобладающей является 3-я гармоника, заметны также 5, 7, 9, и 11-я, а чётные - на порядок меньше соседних нечётных [6, 55, 76, 81, 83].

И как показано в некоторых исследованиях, наибольшее значение искажений питающего напряжения зафиксировано в сельских сетях 0,38/0,22 кВ во время массового просмотра телепередач [81].

Возникновением высших гармонических составляющих в спектре питающего напряжения обусловлено применением электропотребителей с нелинейной вольтамперной характеристикой. На рисунке 1.2 изображена схема, поясняющая возникновение искажений питающего напряжения в электрических сетях.

Если предположить, что сопротивление сети относительно зажимов каждого отдельного электропотребителя равно нулю, то искажения синусоидальности напряжения не существовало бы. В реальности сеть для любого электропотребителя представляет собой сопротивление - Z\+Z2. Несинусоидальные токи нелинейных потребителей U и 15, протекая по этому сопротивлению, вызывают пропорциональное падение напряжения на нем. В результате на зажимах нелинейных электропотребителей Z4 и, Zj а также на зажимах всех остальных электропотребителей Zj, включенных параллельно им, появляются искажения функции напряжения. И соответственно, наибольшие искажения функции напряжения будут в местах подключения одного или нескольких мощных нелинейных электропотребителей при наибольшем сопротивлении источника питания [12, 34, 53, 90, 98].

Мощным нелинейным потребителем является электрифицированный железнодорожный транспорт. Приёмниками электрической энергии на транспорте являются двигатели постоянного тока (тяговые асинхронные двигатели переменного тока в настоящее время широко не используются). Преобразование переменного тока осуществляется управляемыми и неуправляемыми вентильными преобразователями, расположенными на подстанции или на самом электроподвижном составе (ЭПС). Одним из распространённых вариантов тягового электроснабжения является система переменного тока 25 кВ, при этом передача энергии осуществляется на промышленной частоте 50 Гц, преобразовательный агрегат расположен на приёмнике энергии - ЭПС [102]. На рисунке 1.3 приведена обобщённая схема системы электроснабжения тяговых и районных потребителей от шин понизительной подстанции 110(220)/35(10)/27,5 кВ.

Питание осуществляется от шин районной подстанции воздушной линией ПО (220) кВ. От шин 27,5 кВ получает питание система тягового электроснабжения, а также нетяговые потребители, расположенные вдоль железнодорожной магистрали по системе трёхфазного электроснабжения два - провода-рельс (ДПР). При необходимости районного электроснабжения, применяют трёхоб моточные трансформаторы, которые осуществляют питание районной нагрузки напряжением 35 (10) кВ [7, 52, 64, 73]. От шин собственных нужд 0,4 (0,23) кВ может получать питание близкорасположенная районная нагрузка. Учёт электрической энергии по присоединениям осуществляют счётчики PI-1 - PI-9 .

Методика расчёта погрешности счётчиков на основе анализа содержания мощностей высших гармоник

На третьем этапе моделируется схема присоединения преобразователя с ФКУ к питающей сети и рассчитывается значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точке их присоединения. При отрицательном результате расчёты повторяют при изменённых начальных условиях. Если однозвенные ФКУ не могут обеспечить требования к искажениям формы кривой напряжения следует применять многозвенные ФКУ. Многозвенный ФКУ обычно содержит ряд параллельных узкополосных фильтров, настроенных на гармоники канонического ряда, начиная с пятой. Общее количество це 36 пей - от одной до восьми в зависимости от параметров системы и требований по фильтрации гармоник [38].

Приведённые выше методы являются эффективными для повышения точности учёта, однако данные мероприятия являются дорогостоящими, и в ряде случаев эффект от снижения погрешности за счёт их проведения не возмещает затраты на внедрение дополнительного оборудования. На основании вышеизложенного задачами исследования являются: 1. Разработка аппаратной и методической части для исследования по грешности счётчиков электрической энергии, позволяющая: - проводить анализ несинусоидальных режимов в системе электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой; - моделировать несинусоидальные режимы работы в измерительных цепях; - тестировать счётчики и проводить анализ погрешности в режимах воздействия комплекса гармонических составляющих тока и напряжения соответствующим условиям реальной сети. 2. Сбор статистической информации и анализ несинусоидальных режимов работы системы электроснабжения с мощной нелинейной нагрузкой и отдельных электроприёмников с целью выявления факторов, влияющих на погрешность счётчиков электрической энергии. 3. Исследование погрешности счётчиков различных типов вызванной воздействием комплекса высших гармонических составляющих тока и напряжения. Разработка математической модели погрешности счётчиков. 4. Разработка и обоснование способов снижения погрешности учёта электрической энергии, вызванной воздействием несинусоидальных токов и напряжений. 5. Технико-экономическая оценка разработанных способов снижения погрешности счётчиков, вызванной воздействием несинусоидальных токов и напряжений и рекомендации для производства. Выводы 1. Приборы учёта электрической энергии, применяемые в системах электроснабжения, разрабатывались исходя из предположения, что напряжение и ток потребителей, являются синусоидальной или близкой к ней функцией. Анализ исследований работы счётчиков в условиях искажений функций тока и напряжения показал, что погрешность учёта в условиях воздействия высших гармоник отличается от расчётной погрешности. 2. В обобщённой системе электроснабжения с нелинейной промышленной и бытовой нагрузкой воздействию несинусоидальных режимов подвержены счётчики всех потребителей данной системы. 3. В настоящее время единственным способом снижения погрешности счётчиков, вызванной воздействием несинусоидальных токов и напряжений, является применение устройств снижающих содержание высших гармоник в силовых и высоковольтных цепях, что связано со значительными материальными затратами и дополнительными потерями энергии. Глава II Способы устранения погрешности счётчиков, вызванной воздействием несинусоидальных токов и напряжений Погрешность счётчика электроэнергии, вызванная воздействием несинусоидальных токов и напряжений относится к разряду систематических, обусловленных применяемыми методами и алгоритмами работы, особенностью изготовления элементов прибора, их старением и другими технологическими факторами, действующими при изготовлении и эксплуатации [49, 104]. Методы определения систематических погрешностей подразделяются на теоретические (аналитические) и экспериментальные. Теоретические методы находят ограниченное применение, так как они основаны на анализе внутренних и внешних источников погрешностей и сводятся к численным оценкам погрешностей. Для определения систематических погрешностей чаще всего применяют экспериментальные методы, в которых на вход поверяемого средства измерения подаётся испытательный сигнал с известными параметрами и определяется функция отклика. При выявлении систематической погрешности, возможна её корректировка. Коррекция может быть ручной либо автоматической -компенсационной и путём введения поправок. Компенсационную коррекцию осуществляют специальными схемами, а введение поправок обычно реализуют цифровыми методами [46, 70, 104, 106]. При организации учёта электрической энергии необходимо в максимальной степени исключить или учесть влияние систематических погрешностей. Это может быть достигнуто следующими путями: определением поправок и внесением их в результат измерения; устранением источников погрешностей.

Стенд для исследования погрешностей приборов учёта

Затем, используя аппарат статистической обработки [14, 30, 62], рассчитываются коэффициенты регрессии для модели функции отклика исследуемого счётчика для уравнения вида (3.7). Полученное уравнение регрессии будет уникальным для каждого счётчика и используется в разработанном способе расчёта погрешности счётчиков.

Способ расчёта погрешности счётчиков на основе экспертного анализа содержания мощностей высших гармоник реализован с применением аппаратной и программной части разработанного стенда для исследований погрешностей КЭ-Метрол с использованием стандартной утилиты платы сбора данных LA-10USB с функцией импорта данных в среду математического процессора Mathcad, средствами которого реализован алгоритм расчёта погрешности - рисунок 4.4.

На рисунке 4.3 блоки фильтров, расчёта мощностей и вычислений показаны условно: данные функции может выполнять ЭВМ программным путём. Сигналы с измерительных трансформаторов поступают на АЦП, далее происходит обработка сигналов в соответствии с алгоритмами обработки несинусоидальных сигналов, описанными в главах II, III.

Функциональные возможности некоторых микропроцессорных счётчиков электрической энергии позволяют получать коэффициенты гармонического ряда тока и напряжения, например счётчики семейства Альфа и некоторые счетчики, выпускаемые концерном Энергомера и др. [68, 96]. Предложенный алгоритм расчёта погрешности на основе анализа содержания мощностей высших гармоник может быть реализован на основе аппаратной и программной части счетчика электрической энергии такого типа.

Экономическая эффективность способа снижения погрешности учёта при электроснабжении нелинейных потребителей

Технико-экономическая оценка предлагаемого метода учёта погрешности вызванной воздействием несинусоидальных токов и напряжений, является заключительным этапом работы. Стоимостная оценка эффективности от внедрения комплекса расчёта погрешности счётчиков электрической энергии от влияния мощностей высших гармоник проведена на основании рекомендаций и методов изложенных в [20, 36, 69, 110].

При оценке погрешности счётчиков расчёт производился для условий работы счётчика на вводе ОРУ-27,5 кВ подстанции Никольское Юго-Восточной железной дороги ОАО "РЖД". Среднее количество переработанной электроэнергии на данной подстанции в 2005 году составило 204682,4 кВт ч в сутки.

Способ снижения погрешности приборов учёта предполагает расчёт фактической погрешности расчётных вводных счётчиков. Блок АЦП J1A-1USB имеет 16 дифференцированных канала, что позволяет использовать один комплекс для подключения к измерительным цепям двух вводов 27,5 кВ (для одного ввода необходимо подключение к трём фазам напряжения и трём фазам тока, т.е. для всего для двух вводов используется 12 каналов АЦП). Основные стоимостные характеристики разработанного способа учёта погрешности на основе анализа содержания мощностей высших гармоник приведены в таблице 4.6.

Эксплуатационные затраты включают прямые текущие издержки: где Ззп - затраты на оплату труда обслуживающего персонала, руб, За - амортизационные отчисления, руб, Зт - затраты на электроэнергию потребляемую комплексом, руб, Зпр - прочие прямые затраты, руб. где Wcym — среднесуточное количество переработанной электроэнергии, 8СЧ -средневзвешенная погрешность счётчика, вызванная воздействием высших гармоник мощности, принимается по данным таблицы 3.23 для рассматриваемого присоединения. Срок окупаемости капиталовложений - Т0К , в общем виде определяется решением уравнения следующего вида относительно.

Погрешности учёта электроэнергии в системе электроснабжения питающей разнородную нагрузку (на примере системы тягового электроснабжения)

В результате анализа работы системы электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой (на примере обобщённой системы электроснабжения тяговых потребителей и бытового сектора) установлено, что нелинейные нагрузки являются генераторами высших гармоник, получая энергию из энергосистемы по каналу первой гармоники, они частично её преобразуют в энергию высших гармоник, которая возвращается обратно в сеть и распределяется между другими потребителями. В данных условиях счётчики электрической энергии электронного и индукционного типа, рассчитанные для учёта электроэнергии, передаваемой на частоте 50 Гц, имеют увеличение погрешности по отношению к обозначенной классом точности, в 1,5-2,5 раза.

Разработан стенд КЭ-Метрол на основе генератора сигналов сложной формы - реле-томографа РЕТОМ-41М, блока аналого-цифрового преобразования J1A-10USB и управляющего компьютера, позволяющий проводить анализ несинусоидальных режимов в системах электроснабжения и отдельных потребителей, моделировать несинусоидальные режимы работы в измерительных цепях учёта, тестировать счётчики и исследовать погрешность учета электроэнергии при воздействии гармонических составляющих тока и напряжения в условиях, соответствующим реальной сети.

Разработана методика исследования погрешности приборов учёта электроэнергии, включающая в себя имитационное моделирование токов, напряжений и фазовых сдвигов между ними, полученных в результате исследования реальных объектов, которая предусматривает: - определение характеристик гармонических составляющих тока и напряжения присоединений электроустановки и отдельного электропотребителя; - выявление влияющих параметров на погрешность приборов учёта электро энергии: фазовый сдвиг и действующие значения гармонических составляющих тока, мощности высших гармонических составляющих; - построение моделей погрешностей приборов учёта различных типов, используя методы регрессионного анализа; - исследование регрессионных моделей приборов учёта для конкретной группы электропотребителей. 4. Установлено, что в условиях реальной эксплуатации на погрешность счётчиков всех типов значительное влияние оказывают мощности пятой и седьмой гармоник, а на a счетчики ещё и третьей. 5. Выявлены следующие максимальные отношения фактической погрешности исследуемых счётчиков к нормируемой: - для микропроцессорного - в 2,42 раза; - для электронного с жесткой логикой работы в 1,43 раза; - для индукционного - в 1,87 раза. 6. Разработан способ коррекции показаний счётчиков электрической энергии в условиях работы с нелинейной нагрузкой, заключающийся в оценке содержания мощностей 3, 5, 7 и 9 гармоник в контролируемом присоединении с последующим расчетом погрешности на модели. 7. Предложен способ компенсации мощностей высших гармоник в измерительных цепях, заключающийся в преобразовании их в пропорциональную величину по напряжению с частотой 50 Гц, которая подаётся на вход счётчика. 8. Расчёт экономической эффективности при внедрении способа коррекции погрешности на основе анализа содержания мощности высших гармоник для учёта потребляемой электроэнергии тяговой подстанции "Никольское" ОАО "РЖД" показывает, что чистый дисконтированный доход за 8 лет эксплуатации составит более 4 500 000 рублей, при сроке окупаемости - 0,08 года.

Похожие диссертации на Снижение погрешности учета электроэнергии в системах электроснабжения с преобладающей нелинейной нагрузкой