Контроль качества электроэнергии и управление энергопредприятием

Основное назначение электроэнергетических систем состоит в постоянном (бесперебойном) обеспечении потребности в количестве электроэнергии соответствующего качества, которое характеризуют регламентируемые показатели: значения напряжений и допустимые отклонения. Поставляемая электрическая энергия должна образовывать симметричную трехфазную систему напряжений синусоидальной формы с частотой / = 50 Гц. Качество электроэнергии характеризуют регламентируемые допустимые отклонения от идеальной формы напряжения. Среди множества регламентируемых параметров имеют место следующие:

• • отклонения напряжения от номинального — ± 5%;
• • отклонения частоты от номинальной — ± 0,2%;
• • коэффициент искажений, характеризующий несинусоидальность напряжения (табл. 23.1).

Таблица 23.1

Значения коэффициента искажений, характеризующего несинусоидальность напряжения.

Потребитель обязан регулировать нагрузку таким образом, чтобы непосредственно в производственных и бытовых помещениях обеспечить требуемые показатели качества электроэнергии, такие как, например, коэффициент мощности cos (p нагрузки, коэффициент высших гармонических составляющих в кривой тока и многие другие. Для этого необходимо на стадии проектирования правильно выбрать схемы подключения оборудования, чтобы избежать существенной несимметрии нагрузки фаз, принять меры защиты (установить заземление или зануление оборудования), поставить помехоподавляющие фильтры и автоматические выключатели. С целью обеспечения требуемого режима работы электротехнических устройств следует произвести расчет токов нагрузки и выбрать сечение кабелей и проводов.

В сложных энергосистемах с быстропеременными нагрузками обеспечения необходимого качества можно достичь с помощью средств автоматического управления на всех уровнях производства и потребления, что предполагает высокую степень автоматизации электроэнергетической системы.

В электроэнергетике используют весьма широкую номенклатуру автоматических устройств и систем различного назначения:

• • устройства релейной защиты, предназначенные для обнаружения аварийных ситуаций (например, короткого замыкания в линии), выявления и отключения поврежденного участка;
• • системы режимной автоматики, обеспечивающие и поддерживающие оптимальные условия совместной работы электроагрегатов и потребителей;
• • устройства контроля и управления группой электрогенераторов, обеспечивающие их устойчивую работу.

Большая часть названных устройств входит в сложную многоуровневую единую автоматизированную систему управления (АСУ) энергопредприятием. Задачей системы является управление производством, распределением и реализацией электрической энергии.

Развитие АСУ тесно связано с совершенствованием вычислительной техники и появлением микропроцессоров. Современные системы управления строят на основе распределенных вычислительных систем.

Система управления крупным энергопредприятием включает пункты сбора и предварительной обработки информации о протекании технологических процессов и местные устройства автоматического управления агрегатами. Для координации работы всей технологической цепочки местные вычислительные и управляющие системы объединяют в локальную вычислительную сеть с достаточными вычислительными ресурсами, образующую второй уровень управления. Следующий (третий) уровень предназначен для осуществления стратегического управления ресурсами, их расходованием и распределением. Как указывалось, необходимо одновременное управление работой электростанций и режимом работы крупных электропотребитетелей.

Рычагом влияния на запросы потребителей служит система оплаты электроэнергии. Действует двухтарифная система, при которой оплату рассчитывают из соотношения.

где Р — установленные потребителем мощности; W — потребленная энергия; а, Ь — стоимости 1 кВт и 1 кВт-ч электроэнергии.

Для существующей системы учета потребления электроэнергии требуется два типа измерительных приборов: измеритель мощности и счетчик электрической энергии. Основным прибором измерения энергии служит индукционный счетчик электрической энергии класса 2,5. При учете больших потоков энергии абсолютная погрешность измерения может получиться достаточно большой. Кроме того, точность измерения определяется не только классом точности прибора, но и его принципом действия, а также особенностями измеряемой величины. Например, показания индукционного счетчика существенно зависят от частоты синусоидального напряжения и тока.

Для получения требуемой точности измерения мощности и энергии необходимо учитывать искажающие действия нагрузок (несимметрию, наличие высших гармонических составляющих и т. п.).

В настоящее время получают распространение информационно-измерительные системы с автоматическим сбором информации о потреблении электрической энергии и контролем за ее качеством.

Измерительные приборы учета и контроля основаны на использовании современных технических средств микроэлектроники. Текущие значения тока i (t) и напряжения u (t), преобразованные в последовательность числовых данных I{kT) и U (kT), где Т — шаг дискретизации, но времени; k = 1, 2,3,4,…, вводят в цифровое вычислительное устройство, которое в первую очередь реализует их произведение

представляющее собой отсчеты мгновенной мощности.

С использованием полученных результатов можно определить:

• • вырабатываемую и потребляемую активную мощность на основной гармонике, коэффициент мощности;
• • частоту и гармонический состав тока и напряжения;
• • мощности высших гармонических составляющих и их направления;
• • текущее значение и усредненное за некоторый период времени значение потребленной энергии.

Далее возможны различные сервисные функции: определение текущей усредненной нагрузки потребителя, выявление потребителей, вносящих искажения и снижающих качество электроэнергии, выявление критических режимов. Информационно-измерительная система входит в качестве составной части в общую схему управления энергопредприятием.

В эффективном функционировании электроэнергетической системы большая роль принадлежит электромеханическим генераторам и трансформаторам. Существенная часть потребления электроэнергии приходится на электропривод промышленных установок и электротранспорт.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Перечислите первичные источники энергии, используемые для производства электроэнергии, и проведите их сопоставление.
• 2. Какие факторы оказывают влияние на экологию в процессе производства и использования электроэнергии?
• 3. Каковы цели преобразования электрической энергии в электроэнергетической системе?
• 4. Какие устройства могут применяться для хранения электрической энергии?
• 5. Перечислите типы электростанций и опишите их основные особенности.
• 6. Поясните причины преобразования электрической энергии при передаче и распределении.
• 7. Какие параметры используют для оценки качества электроэнергии?