CC BY
26
ДОЛЕВОЙ ВКЛАД ПОТРЕБИТЕЛЕЙ В ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
А.И. ФЕДОТОВ, Э.Ю. АБДУЛЛАЗЯНОВ, Ю.А. РЫЛОВ, Л.В. АХМЕТВАЛЕЕВА Казанский государственный энергетический университет
В статье рассматриваются особенности определения долевого вклада потребителей с несинусоидальной нагрузкой в изменение показателей качества электроэнергии по отдельным гармоникам и по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.
Как известно, наличие высших гармонических составляющих в сетевом напряжении обусловливает как дополнительные потери электроэнергии, так и неудовлетворительные режимы работы электроприемников. В условиях рыночной экономики актуальна задача разработки экономических отношений между поставщиком электроэнергии и его потребителями в отношении выдерживания качества электроэнергии по наличию и уровню гармонических составляющих. Представляется, что «производители» высших гармоник, влияющие через общую электрическую сеть на остальных абонентов, должны нести за это экономическую ответственность. Необходима техническая основа для разработки правил начисления штрафов на потребителей, создающих помехи в сети.
После решения проблемы идентификации источников высших гармоник следует оценить влияние каждого из источников на показатели качества электроэнергии (ПКЭ). Необходимость такой оценки диктуется следующими обстоятельствами.
Если потребители электроэнергии, питающиеся от одной подстанции, имеют разную ведомственную принадлежность, то распределение между ними штрафных санкций за ухудшение качества электроэнергии должно опираться на доказательный фундамент. При этом математическая модель системы электроснабжения (для расчета гармоник) должна быть достаточно простой и, вместе с тем, обеспечивающей главное - вычисление доли участия каждого абонента в ухудшении ПКЭ.
Такие методики для выполнения взаиморасчетов должны быть простыми, понятными всем участвующим в расчетах сторонам и обеспечивать при этом соответствие физическим процессам, лежащим в основе платежей. Из этого следует, что если будет предложена форма учета взаимного влияния потребителей на ПКЭ (в отношении воздействия высших гармоник), удовлетворяющая перечисленным факторам, то она не обязательно строго должна ставить в соответствие математическую формулу и платеж - достаточно учета основных влияющих факторов.
Как аналогичный пример можно рассмотреть организацию платежей за транспорт электроэнергии по общим сетям сетевых компаний для различных абонентов. При наличии математической зависимости потерь электроэнергии от суммарного тока всех потребителей в данном проводнике сам платеж за транспорт электроэнергии не включает такую финансовую увязку.
Режим работы системы электроснабжения относительно гармоник тока и напряжения удобно описать матричным узловым уравнением, записанным
© А.И. Федотов, А.Э. Абдуллазянов, Ю.А. Рылов, Л.В. Ахметвалеева Проблемы энергетики, 2006, № 3-4
относительно узловых проводимостей. Если все источники гармоник можно заменить задающими токами, то узловое уравнение имеет следующий вид:
[&«С*)][|&аС*)]= [-&(*)]» (1)
где [„(к)\- квадратная матрица узловых проводимостей, в которой отсутствуют проводимости ветвей, вводимых в уравнения задающими токами; размерность матрицы равна N*N, причем N+1 - число узлов в схеме замещения с учетом базисного узла; [ д(к)\ - матрица-столбец падения напряжений между
пронумерованными узлами сети и базисным узлом, в котором напряжение задано; выбирая за базисный узел с нулевым потенциалом, получаем, что [/д(к)]=[и/(к)\ -
напряжения в узлах схемы замещения; [■&(*)] - матрица-столбец задающих токов.
Способы решения уравнения (1) хорошо известны. Формально, достаточно найти обратную матрицу узловых проводимостей и считать, что определены гармоники узловых напряжений:
[(к)] = [„(к)]-1 [(к)] = [1и(к)р(к)\. (2)
Полученное выражение (2), пусть и записанное в общем виде, вскрывает важное обстоятельство: влияние заданного состава гармоник тока [/(к)\ источников несинусоидальных искажений сказывается на напряжениях [(к)] в разных узлах системы электроснабжения по-разному. В связи с этим и мероприятия по уменьшению искажений ПКЭ в одном из узлов системы электроснабжения не обязательно вызовут аналогичный эффект в другом узле системы электроснабжения, а возможно и ухудшат ПКЭ в этом узле. Т.е. о долевом вкладе источников гармоник в ПКЭ можно говорить только по отношению к одной избранной точке - в другой точке соотношение между влиянием источников гармоник изменяется.
Для оценки доли влияния источников гармоник по каждой из гармоник в отдельности выпишем одну из строк уравнений (2):
й1 (к) = &„ 1(к)Л(к)+42(к)/2(к)+• • •+^ (к)/N (к).
Переходя к удельным показателям, получаем
-Ц(к) = 8 и(к)+8 г 2(к) + ••• + 8 N (к). (3)
(1)
По-сути, 8ц(к) - вклад у-го источника гармоник в ПКЭ в г-ом узле по к-ой гармонике. В долевом отношении этот вклад можно оценить, исходя из следующей формулы определения долевого вклада:
8 у (к) = ■ (к) . (4)
* Vй 21(к) + 8 22(к) + ••• 8 N (к)
Формула (4) обеспечивает амплитудно-фазовую оценку долевого вклада у-го источника гармоник. Только амплитудный вклад находится по модулю от выражения (4). Учет фазового сдвига гармоник необходим, так как при одинаковых модулях долевого вклада, но противоположных фазах суммарный эффект будет нулевой. Отсюда следует, что формула (2) удобна для разработки © Проблемы энергетики, 2006, № 3-4
технических мероприятий по улучшению ПКЭ в г-ом узле, когда понятна степень участия по амплитуде и фазе каждого преобразователя в общем процессе формирования к-ой гармоники напряжения.
Когда речь идет об экономических отношениях между электроснабжающей организацией и потребителями электроэнергии в части разнесения между ними ответственности за ухудшение ПКЭ, помимо оценки долевого вклада потребителей (ДВП) по каждой гармонике в отдельности, должна выполняться оценка и по общему воздействию всех гармоник.
Во-первых, нет экономического обоснования по стоимостной оценке каждой гармоники в отдельности. Только в исключительных случаях, когда из условий эксплуатации уже известно, что именно одна конкретная гармоника оказывает решающее воздействие на ухудшение ПКЭ, а остальные гармоники пренебрежимо малы, можно остановиться на использовании оценки ДВП только по одной, именно этой, гармонике. В остальных случаях практически невозможно дифференцировать стоимостную оценку по каждой гармонике, не проводя специальных исследовательских работ, результаты которых, тем не менее, будут спорными.
Во-вторых, электроснабжающими организациями введение штрафных санкций по отношению к потребителям не может вводиться самостоятельными решениями. Как минимум, они должны утверждаться региональными энергетическими комиссиями. В этом случае необходима всем сторонам-участникам этого процесса вполне понятная методика по оценке ДВП. Очевидно, что это должна быть некая интегральная оценка, в качестве которой, в согласии с ГОСТом, можно использовать коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, определяемый следующим образом:
Очевидно, что в формуле (5) часть гармоник может отсутствовать. Так, обычно отсутствуют четные гармоники, а в трехфазных электрических сетях -гармоники, кратные трем.
Воспользовавшись выражением (3), перепишем формулу (5) в виде
кн«
(5)
иг (1)
(6)
*
Поскольку | А 2 = А х А, имеем
2 / \ / \
N [ N ] [ N * | N
£ (к) = £ 8 у (к) х £ (к) = £ 82 (к) +
у=1 1у=1 ) 1у=1 ) у=1
]=1 й=1 п* у
гдеб у (к) = 5 у (к/(к), б іп (к )= б іп (к /п(к).
Подставив полученное выражение в формулу (6), находим
да іу оо іу * V
кнсі = ЕЕ52(к)+2 ЕЕ5*;/(к)б іп (к)с°*(фі/ (к)-Ф іп(к))
| к >1 у=1 к >1п=1
к >1п=1
п*і
Если теперь попытаться на основе выражения (7) математически строго выделить ДВП, то придется решать проблему разнесения между потребителями взаимосвязанного воздействия на ПКЭ через второе слагаемое в формуле (7). Если ввести это слагаемое в расчеты, то, строго следуя математике, каждый потребитель должен будет платить штрафы не только за работу собственных источников высших гармоник, но и за работу аналогичных источников другого абонента. Теоретически предполагая такую возможность, следует считаться с экономическими реалиями: отсутствуют прецеденты, по крайней мере в энергетике, таких взаимоувязанных платежей: одно юридическое лицо платит за то, что работает технологическое оборудование другого юридического лица.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, как видно из формулы (7), является нелинейной функцией гармоник отдельных источников несинусоидальности, поэтому разделение ответственности потребителей может быть выполнено только приближенно. Иными словами, в основе разделения ответственности должна лежать общепризнанная договоренность, имеющая в своей основе техническую целесообразность. Представляется, что целесообразнее построить систему оценки ДВП и соответствующую систему штрафов на основе первого слагаемого в формуле (7).
Введем коэффициент долевого участия в ПКЭ в г-ом узле у-го источника гармоник следующим образом:
Механизм начисления штрафов за ухудшение ПКЭ в отношении высших гармоник может быть следующим. До тех пор, пока в контролируемом г-ом узле выполняется условие Анс < Адоп, никакие штрафные санкции к абонентам,
к >1 ) уі=1 к>1
(8)
Очевидно, что
к2 1 + к2 2 + • • • + kdiN = 1 •
несущим несинусоидальную нагрузку, не применяются. При условии кнс > кдоп вводятся штрафы Ш по законам линейного или квадратичного участия:
Шу ~ kdij или Шу ~ kdij
Очевидно, что штрафные санкции должны действовать только на интервале продолжительности выхода ПКЭ за допустимый диапазон. При заданном удельном тарифе Ц получаем
^к tк
Шу =Ц 1 kdjdt или Шу =Ц |kdijdt. (9)
tн tн
Поскольку потребители работают по своим технологическим режимам, к которым и привязана работа преобразовательных установок, параметры начала tн и конца ^ штрафного интервала фиксируются для каждого абонента индивидуально. Интегральные зависимости объясняются изменением режимов работы преобразователей на интервалах фиксации ПКЭ и ставят величину штрафа в зависимость от энергопотребления.
Схема возмещения ущерба должна предусматривать и порог участия в долевой ответственности. Практически любое предприятие в той или иной степени за счет работы своего электрооборудования создает в сети высшие гармоники. Так например, асинхронные и синхронные двигатели тоже обусловливают генерацию гармоник в сеть по причине особенностей конструкции. Поэтому представляется необходимым введение порогового значения 8 у, ниже которого долевой вклад в ПКЭ не учитывается. Механизм
возмещения ущерба от ухудшения ПКЭ остальным потребителям, не участвующим в генерации высших гармоник, должен определяться юридическими положениями, выходящим за пределы темы настоящей статьи.
Из всего вышесказанного следует, что для обеспечения расчетов по ДВП необходима организация АСУ с охватом всех потребителей, влияющих на ПКЭ в контролируемом узле. Не зная режимы работы источников высших гармоник, невозможно рассчитать долевое участие.
Summary
In article features of definition of the share contribution of consumers with sine not wave loading in change of parameters of quality of the electric power on separate harmonics and on factor of distortion a curve of a voltage are considered.
Литература
1. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 1. Контроль качества электрической энергии: РД 153-34.0-15.501-00.- М.: Госэнергонадзор, 2000.
2. ГОСТ 13108-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.- М.: Госстандарт, 1997.
Поступила 30.12.2005
