Разработка методики обеспечения качества электроэнергии от напряжения 0, 4 кВ до 220 кВ в условиях реформирования энергетики

С выходом Постановления Правительства Российской Федерации № 526 «О реформировании электроэнергетики Российской Федерации» от 11 июля 2001 года, прошла реструктуризация ОАО РАО «ЕЭС России» с разделением вертикально интегрированной отрасли на естественно-монопольные независимые компании, осуществляющие на рынке электрической энергии и мощности в России деятельность по одному или нескольким направлениям.

На региональном уровне произошло дробление АО-энерго на части. Разделились электросетевые организации (ЭСО) по уровням напряжения: Федеральная сетевая компания, Территориальная сетевая компания, Муниципальные электрические сети. Организовалась биржа оптового рынка электроэнергии — Администратор торговой сети. Отошли от АО-энерго диспетчерские, сбытовые и ремонтные услуги. Региональные энергосистемы — это естественные монополии в пределах административных территорий, на которые возложена вся ответственность за энергоснабжение. Разделение региональной энергосистемы на виды бизнеса — это потеря единства контроля и управления [92].

До реорганизации энергетики ответственность за бесперебойное и качественное электроснабжение лежала на энергокомпаниях, управляющих централизованной передачей и распределением энергии [2]. После реформирования ответственность за качество электроэнергии (ЭЭ) перешла к многочисленным субъектам рынка, которые имеют, как правило, частную форму собственности. При этом в соответствии с федеральным законом «О техническом регулировании», контроль за безопасностью товара остается за государством [3].

Электрическая энергия, поставляемая потребителям по договорам, выступает как товар, который при его использовании может быть опасным для энергетического, промышленного, бытового оборудования и может причинить вред окружающей среде, жизни и здоровью потребителя [4,8].

До недавнего времени со стороны энергоснабжающих организаций, вопросам контролен обеспечения’качества электрической энергии достаточного-внимания" не уделялось. Причина. — монополизм при поставках электрической энергии и отсутствие законодательной базы для эффективного применения механизма взаимоотношений. На данный момент, система взаимоотношений" между субъектами, оптового<¦ и• розничного рынка, а также нормативныеи методические документы, договорная1 база не обеспечивают стимулирование процессов отслеживания параметров качества электрической энергии (ПКЭ), и управления им и" от места генерации до промышленного потребителя^ [2*8].

Все технологические события-связаны в единой энергосистеме. Субъекты оптового рынка поставляют достаточно' качественнуюэлектроэнергию в пределах норм по частоте, напряжению, синусоидальности и симметрии [1]. И сетевые организации вносят незначительные искажения в показатели качества электроэнергии ^ (ПКЭ). Однако, они, вместе с электроустановками промышленных и прочих потребителей являютсяшзаимозависимыми элементами энергосистемы^ [6].

В процессе реструктуризации, должны были быть! построены взаимоотношения^ между субъектами' рынка электрической энергии и мощности с учетом" надежного и бесперебойного энергоснабжения электропотребителей, обеспечения > баланса' между исполнениеминтересов собственников компании, государства и промышленных потребителей электроэнергии [7,8]. Однако, на данном этапе реформирования энергетикиостался нерешенным целый комплекс организационных, методических и режимных проблем взаимодействия вновь созданных субъектов энергетики и промышленных потребителей.

По результатам периодических (единичных, сертификационных, инспекционных) измеренийв ограниченных контрольных точках разветвленной электросети за ограниченное время, невозможно обеспечить стабильности КЭ и достоверности о соответствии качества в системах электроснабжения.

Контроль КЭ счетчиками в автоматизированных информационноизмерительных системах контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ), не позволяет сопоставить результаты измерений с требованиями ГОСТ 13 109–97.

Наблюдение за КЭ в непрерывном режиме специальными приборами показалось полезным, только единичным, ЭСО, а в большинстве, небольшим промышленным потребителям (ПИ). При этом автоматизированные системы на приборах КЭ, выполненные на одном типе прибора с определенными функциямисовмещаются с системамиучета (АИИС КУЭ)¿либо с системами управленияпроизводством (АСУТ1Т). Эти системы организовываются без обмена информацией по ПКЭ с сопредельными электросетями.

Результаты измеренийКЭ в отдельно взятомсубъекте часто показывают нарушение установленных требований. Но помехи не. имеют локального характера-, и полученная измерительная информация остаютсябесполезной. Эти методы контроляне ' достигают цели контроля, не гарантируют стабильности КЭ ни у самого объекта контроляи тем более, в>сопредельных ЭС.

Проблема отсутствиянепрерывного контроля КЭ. усугубляется обострением технологических взаимоотношений по регулированию режимов, при отсутствии разграничений прав, обязанностей и ответственности за поддержание обоснованных ПКЭ в единой системе: электросетевые организации всех уровней напряжения — промышленный потребитель.

Контроль ианализ ПКЭ специализированными техническими' средствами, а также определение виновной стороны с, помощью автоматизированных систем, является наиболее актуальной и вместе с тем отстающей от потребностей рынка электроэнергии. [93]: .

Актуальность проблемы качества электроэнергии обуславливается получением непрерывной оперативной информации текущих ПКЭ диспетчерскими службами любого уровня для контроля и управления режимом и КЭ в регионе. Кроме того, актуален контроль товарной ценности энергии, как продукции, при обращении ее на оптовом и розничном рынке осуществлять в постоянном режиме. Особенно важно контролировать ПКЭ5 в точке отчуждения энергии, так как ее параметры влияют на достоверность его количественного учета.

Решение этой проблемы видится в разработке технологии обеспечения КЭ в сопредельных электросетях в регионе от напряжения 0,4 кВ до 220 кВ, с обеспечением' одновременного непрерывного контроля и управления ПКЭ в масштабе реального времени.

Организация одновременного мониторинга и управления КЭ обеспечит субъектов оптового и-розничного рынка полной и своевременной информацией о качестве ЭЭ, о достоверности его количественного учета, об электромагнитной совместимости электросетей с промышленным и бытовым оборудованием. А также будет способствовать разграничению ответственности за уровень вносимых помех, в нарушение требований технических регламентов, стандартов или договорных условий. г.

Актуальность темы

.

Некачественная энергия* создает серьезные проблемы в электроэнергетике России. Ухудшение качества электрической энергии приводит к нарушению функционирования технических средств, подключенных к электрической сети, и определяется соотношением между уровнями электромагнитных помех, возникающих из-за отклонения напряжения, частоты и формы синусоидальности кривой напряжения в сети от установленных значений и уровней устойчивости технических средств к электромагнитным помехам. Энергоемкость ВВП России выше уровня развитых стран в 2,5 — 3 раза при снижении рентабельности [2]. В то же время происходит отрицательное воздействие на экологическую обстановку.

Процессы в энергосистеме стали более взаимосвязанными. Искажения ПКЭ распространяемые промышленными потребителями в электросети с одной стороны и выход из строя любого компонента энергосистемы с другой стороны-становится очень серьёзным нарушением работы всей системы. Приходит время энергопредприятиям опасаться непредсказуемых развитей аварий в электрической сети от мощного влияния неоднозначных нагрузок промышленных потребителей. Электромагнитная ситуация, в единой ЭС в полной мере влияет на увеличение потерь в элементах сетей у всех субъектов-оптового и розничного рынка. При этом уменьшается срок службы оборудованияувеличиваются количество и тяжесть аварий, травматизм, снижается надежность и-экономичность работы, и как результат, понижается эффективность производства [42].

Одновременный автоматизированный мониторинг в разных субъектах региона — это шаг для первого знакомства с проблемой КЭ и описание состояния единой системы-' энергоснабжения и потребления, выявления тенденции изменения, контрольных параметров во, 1 времени, обеспечивающий* предупредительный^{прогноз} для электроустановок. всех напряжений-[47].

Организация единой системы АСККЭ на" всех субъектах региональной энергетики при раздельной ееорганизации, сможет обеспечить упреждающую эксплуатацию, уменьшить вероятность техногенных аварийшо, непредсказуемым сценариям [47]. Одновременным решением-коммерческих и' производственно — технологических задач возможна организация и управление субъектами рынка электроэнергии.

Обзор научных публикаций по выбранной тематике показал, что эти вопросы решены только в части автоматизированного конгроля КЭ в единичных электросетевых и промышленных организациях" без внедрения контроля и управления, в сопредельные сети. Поэтому разработку методики обеспечения качества электроэнергии от 220 кВдо 0,4 кВ следует признать актуальной.

Цели и задачи диссертации.

Основной целью диссертации является разработка методики и модели единой АСККЭ В’регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением ГЖЭ.

Достижение конечной цели диссертации осуществляется путем последовательного решения следующих задач:

1. Проведение исследования КЭ на объектах энергетики и в электросетях промышленных предприятий в разных регионах страны.

2. Разработка методики и модели единой АСККЭ в регионе с одновременным, непрерывным контролем и управлением ГЖЭ на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ.

3. Определение сечений контроля КЭ, объединенные общими требованиями, перечня ПКЭ и их значений в контролируемых сечениях.

4. Выбор и расстановка технических средств, при одновременном мониторинге КЭ в сопредельных электросетях, исходя из необходимых метрологических требований и уровня достаточности контроля.

5. Определение области возможного применения разработанной методики, разработка четких инструктивных материалов по ее использованию при проектировании и организации мониторинга КЭ в сопредельных электросетях.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методика определения сечений контроля КЭ в сопредельных электросетях, объединенных общими требованиями.

2. Модель единой автоматизированной системы контроля качества электроэнергии (АСККЭ) в регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением ПКЭ, с расстановкой технических средств контроля КЭ.

3. Методика определения перечня ПКЭ и их значений в контролируемых сечениях.

Научная новизна.

1. Разработана методика определения сечений контроля КЭ в регионе, объединенных общими требованиями.

2. Разработана модель единой автоматизированной системы контроля качества электроэнергии (АСККЭ) в регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением ПКЭ, с расстановкой и технических средств контроля КЭ.

3. Разработана методика определения минимально достаточного перечня ПКЭ и их значений в контролируемых сечениях.

Практическая ценность работы и ее реализация.

1. Разработанная методика может быть рекомендована для пилотного регионального проекта мониторинга КЭ одновременно в электросетях энергопредприятий и промышленных электросетях либо бытовых потребителей от напряжения от 0,4 кВ до 220 кВ.

2. Результаты непрерывного мониторинга КЭ в сопредельных электросетях могут быть использованы для решения задач оперативного управление КЭ и выявления источников искажений в реальном времени.

3. Товарную ценность энергии, как продукции, при обращении ее на оптовом и розничном рынке, можно будет контролировать в непрерывном режиме и тем более осуществлять контроль в месте ее отчуждения.

Достоверность результатов.

Достоверность результатов базируется на фундаментальных положениях общей теории электротехники, с учетом практического опыта эксплуатации объектов электроэнергетики, теории кондуктивных помех в полосе частот от 0 до 150 кГц. Достоверность результатов подтверждается корректностью исходного материала, корректным использованием апробированных методик.

В процессе исследований использовались: методы расчета и анализа установившегося режима электросетейтеории электрических цепей, теория математического моделирования.

Публикации и апробация работы.

Научные и практические результаты и основное содержание работы отражены в 6 публикациях в научно-технических журналах и материалах конференций, — а также докладывались и обсуждались на научныхсеминарах, кафедры" электроснабжения промышленных предприятий МЭИ (ТУ).

Структура и объем работы ¦

Диссертационная работа состоит из введения- 4 глав, заключения,' списка литературы и приложений. Общийобъем 117 страниц основного1 текста, 42 иллюстраций, 22 таблицы. Список использованной литературы включает в себя* 93 наименований:

4.9. Выводы по главе 4.

1. Разработана методика обеспечения качества* электроэнергиив регионе, при реформировании энергетики от напряжения до 0,4 кВ до 220 кВ, в которой изложена последовательность выбора сечений контроля КЭ, обобщенные общими требованиямис расстановкой приборов контроля в единой автоматизированной системе, с подобранными функциональными возможностями и метрологическими требованиями коммерческого и технологического контроля.

2. Разработана и описана модель единой автоматизированного системы контроля качества электроэнергии с входящими локальными системами субъектов, с получения технологической информации для управления качеством электроэнергии в регионе и коммерческой информации КЭ, влияющей на достоверность учета обращаемого и отчуждаемого товара (электроэнергии).с одновременным и непрерывным контролем и управлением ПКЭ.

3. Произведено дифференцирование норм ПКЭ по сечениям, выделив из них те, которые определяются свойствами управляемости энергосистемой нормы ПКЭ, которые являются уровнями ЭМС для кондуктивных электромагнитных помех и определены значения контролируемых ПКЭ в сечениях согласно Российского и международного стандарта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

I5. Проанализированы тенденции развития^ инструментального контроля качества электрической энергии (КЭ) и проведен обзор' технических средств контроля. Исследованы системы автоматизированного мониторинга КЭ в Российской Федерации и в зарубежных странах.

2. Выполнены исследования и произведен анализрезультатов измерений КЭ в сопредельных электрических сетях разных субъектов энергетики по ходу передачи напряжения от 220 кВ до 0,4 кВ, а также и влияние промышленной нагрузки на ПКЭ в электросетях низкого, среднего и> высокого напряжения. Проведен анализ взаимосвязанных электромагнитных процессов в, энергосистеме и сделан вывод о> необходимости применения непрерывного наблюдения за ними.

3″. Установлены факты отсутствия централизованного и местного1 регулирования напряжения, отсутствие мероприятий симметрирования и фильтрации гармоник на обследуемых объектах, свидетельствующих о трудности управления-большим количеством? элементов^ электросетипри отсутствии информации от каждого их них в режиме реального времени.

4. В результате обзора методов оценки КЭ’в< единой энергосистеме в технологическом, математическоми экономическом аспекте установлено, что они не дают полной картины ЭМС в электросети и> требуется более совершенного метода оценки, основанном на постоянном централизованном контроле соответствия.

5. Обоснована необходимость мониторинга КЭ одновременно в разных субъектах энергетики по ходу передачи энергии по условиям технологического контроля, управления и коммерческой достоверности' учета.

6. Разработана и описана методика единой системы автоматизированного контроля показателей КЭ (АСККЭ) в регионе с одновременным, непрерывным контролем и управлением ПКЭ на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ.

7. Проведена унификация и группирование контрольных пунктов в субъектах по типичным требованиям, с отнесением их к коммерческому или технологическому контролю и определению контролируемых параметров в точках контроля. На основание этого определены 7 сечений контроля КЭ.

8. Установлено, что для каждого сечения контроля КЭ возможно подобрать специальные приборы, с минимальными или максимальными функциональными возможностями, исходя из поставленных задач наблюдаемости. Предложена схема и обоснована расстановка технических средств измерения по сечениям контроля КЭ из условия получения технологической информации для управления качеством электроэнергии в регионе и коммерческой информации КЭ, влияющей на достоверность учета обращаемой и отчуждаемой электроэнергии.

9. Предложена модель многоуровневой структурной схемы АСККЭ с входящими локальными системами субъектов контроля с возможность управления ПКЭ техническими устройствами в каждом субъекте по команде диспетчерских служб.

Ю.Произведено дифференцирование норм ПКЭ по сечениям и определены перечни и значения контролируемых ПКЭ в сечениях. При выборе перечня и значений ПКЭ, учтены международные стандарты.