Спосіб підвищення точності обліку електроенергії при транспортуванні у високовольтних лініях електропередачі

Реферат: Винахід, що заявляється, належить до галузі вимірювальної техніки і може бути використаний у вимірювальних комплексах, які здійснюють комерційний або технічний облік електроенергії у виробника, постачальника і споживача. UA 97731 C2 (12) UA 97731 C2 UA 97731 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід, що заявляється, належить до галузі вимірювальної техніки і може бути використаний у вимірювальних комплексах, які здійснюють комерційний або технічний облік електроенергії у виробника, постачальника і споживача. Зараз дуже важливе значення при передачі електроенергії високої напруги має точність обліку переданої електроенергії, оскільки негативна похибка при її обліку, що зазвичай має місце на практиці, приводить до великих економічних втрат. Кожна країна СНД має десятки точок транспортування електроенергії, проте, оскільки передача здійснюється в межах країни, точність та кількість електроенергії не дуже цікавить виробників, оскільки вони відсторонені від процесу ціноутворення на електричну енергію. Особливої уваги потребують пункти передачі та отримання електроенергії з-за кордону. Тому проблема точності обліку транспортування електроенергії вже сьогодні має для кожної країни, зокрема для України важливе економічне значення. Особливо це стосується таких засобів транспортування, якими є високовольтні лінії електропередачі. Відомі способи корекції похибок окремих компонентів, зокрема високовольтних вимірювальних трансформаторів струму (ВВТС) та високовольтних трансформаторів напруги (ВВТН), які входять до складу вимірювального комплексу електроенергії, не дають можливості корекції методичних похибок трансформаторної схеми з урахуванням реальних умов і в реальному часі, у моменти вимірювання. Існуючі методи дають загальну величину методичних похибок, без розподілу їх на компоненти, що не дає змоги їх корегувати на базі метрологічної атестації в реальному часі і в реальних зовнішніх умовах (Загорский Я.Т., главный метролог ОАО "ВНИИЭ", д.т.н., профессор, "Совершенствование метрологического обеспечения измерений и учѐта электроэнергии и мощности на межсистемных перетоках по межгосударственным ЛЭП стран СНГ" (по итогам 23го совещания Электрэнергетичекого совета СНГ, 27 июля 2003 г., Республика Киргизстан, г. Чолпон-Ата; Ю.А. Гамазов, Уральский НИИ метрологии, зав.отделом, к.т.н., "Проблемы метрологического обеспечения коммерческого учѐта на этапе формирования оптового рынка электроэнергии и пути их решения"). Патент, що пропонується, позбавлений вищеозначених недоліків. Задачею винаходу, що заявляється, є створення способу підвищення точності обліку та контролю електроенергії при транспортуванні у високовольтних лініях електропередачі вимірювальним комплексом, за яким, завдяки вимірюванню значень струму і напруги, врахуванню зовнішніх температурних умов, реального навантаження лінії та вторинної обмотки струмового трансформатора, а також метрологічних характеристик, які роздільно характеризують ці умови за допомогою програмного забезпечення комп'ютера, підвищують рівень автоматизації вимірювань та зменшують їх похибку. Як вже визначалось вище, точність обліку електроенергії, що транспортується у високовольтних лініях електропередачі, в першу чергу, визначається похибкою високовольтних вимірювальних трансформаторів струму (ВВТС) та високовольтних вимірювальних трансформаторів напруги (ВВТН). Найбільший вклад в похибку вносять саме ВВТС. Це пов'язане з тим, що при продажі високовольтні вимірювальні трансформатори струму оцінюються, як правило, за загальною похибкою та деякими додатковими похибками, які мають випадковий характер (Д. Нефедьев, к.т.н., доцент кафедры "Информационно-измерительная техника" Пензенского госуниверситета "Точность учѐта электроэнергии искажают неповеренные трансформаторы"). У дійсності майже 90 % похибки складають систематичні компоненти, які проявляються у реальних умовах роботи, а не при метрологічної атестації приладів на підприємстві, де умови атестації близькі до ідеальних. У реальних умовах експлуатації струм навантаження (струм в лінії) змінюється в широких межах. Також змінюється температура навколишнього середовища, навантажується вторинна обмотка ВВТС пристроями захисту, контролю. При цьому, в атестованому ВВТС, похибка атестації якого обмежується 2-3 %, реальна похибка може сягати 5-7 % та навіть більше. Похибка ВВТН значно менша, оскільки напруга в лініях електропередачі змінюється в незначних межах. Але необхідно врахувати температурні систематичні похибки, оскільки температура навколишнього середовища може змінюватись у досить широких межах від -20 °C до +40 °C. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб підвищення точності обліку та контролю електроенергії при її транспортуванні у високовольтних лініях передачі вимірювальним комплексом, який включає вимірювальні високовольтні трансформатори, реалізовано наступним чином. 1 UA 97731 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 До вимірювального комплексу включено комп'ютер із програмним забезпеченням, програма якого враховує часові, температурні та навантажувальні характеристики вимірювальних трансформаторів. Кількість електроенергії, яка транспортується з фіксованим інтервалом вимірювання з урахуванням зовнішніх реальних умов, виключають методичні складові похибки вимірювальних трансформаторів, отримані на основі результатів метрологічної атестації. Програмне забезпечення, яке використовується при реалізації зазначеного способу, включає визначені при метрологічній атестації залежності коефіцієнта трансформації струму К с і напруги Кн вимірювальних трансформаторів в високовольтних лініях передачі від навантаження (струму в лінії) її, від температури навколишнього середовища Т°С та від навантаження у вторинному ланцюгу вимірювальних трансформаторів R. Для вимірювальних трансформаторів струму це буде функція: Кc=І2/І1=fc(I1, T°C, R), (1) тоді скореговані показники у поточному часу будуть мати наступний вигляд: 1 I 2(t)=I1(t)*fc(I1(t), T°C(t), R), (2) 1 де I2(t) - вторинний струм високовольтного вимірювального трансформатора струму, I 2(t) скореговане значення струму. Для вимірювальних трансформаторів напруги це буде функція: KH=U2/U1=fH(U1, T°C, R). (3) Тоді скореговані показання у поточному часі будуть мати наступний вигляд: 1 U 2(t)=Ux(t)*fH(U1(t), T°C(t), R), (4) 1 де U2 - вторинна напруга високовольтного вимірювального трансформатора напруги, U 2(t) скореговане значення напруги. Поточне значення потужності визначається за формулою: 1 1 W(t)=U 2(t)*I 2(t), (5) при цьому потужність вимірюється у КВт або МВт (кіловатах або мегаватах), а додаток енергії за вимірювальний інтервал часу за формулою: ΔЕ=W(t)*Δt, (6) де Δt - інтервал часу між вимірюваннями у годинах, ΔЕ - приріст енергії за вимірювальний інтервал у КВт або МВт (кіловат-годинах або мегават-годинах), який додається до показника загальної енергії. Наведене нижче креслення пояснює спосіб підвищення точності обліку і контролю електроенергії при її транспортуванні у високовольтних лініях електропередач, що заявляється. Креслення, як і опис прикладів конкретної реалізації способу, наведені лише для ілюстрації заявленого винаходу і не обмежують обсяг прав, визначений формулою винаходу: На кресленні - загальна схема вимірювального комплексу. Спосіб, що заявляється, здійснюють наступним чином: До лінії високовольтної передачі електроенергії 1 підключають послідовно високовольтний вимірювальний трансформатор струму 2 та паралельно високовольтний вимірювальний трансформатор напруги 3. Вторинний струм I2(t) та вторинну напругу U2(t) подають на вхід стандартного електронного лічильника електроенергії 4 та корегувального комп'ютера 5 з програмним забезпеченням, що враховує часові, температурні та навантажувальні характеристики високовольтних трансформаторів при метрологічній атестації. Для отримання даних щодо значень температури навколишнього середовища використовують цифровий термометр зовнішньої температури 6, який підключено до комп'ютера 5. За допомогою програмного забезпечення комп'ютера вираховують скореговані значення у 1 1 поточному часі струму I 2(t) та напруги U 2(t) (формули (3) та (4), відповідно). Надалі комп'ютером визначається поточне значення енергії за вимірювальний інтервал часу (формула (5)) і ця величина додається до показника загальної енергії. Розрахунок додатку енергії виконують за формулою (6). При необхідності за допомогою комп'ютера також можна розрахувати та надавати різницю між показаннями стандартного електронного лічильника електроенергії 4 та скорегованим показанням комп'ютера 5. Метрологічну атестацію для отримання корегувальних функцій (1) та (3) бажано проводити приборами класу не гірше за 0,3 або 0,1, а результати надавати трьома значущими цифрами. Зрозуміло, що зазначену атестацію може проводити спеціальні метрологічні служби або підприємство-виробник, які мають для цього необхідне обладнання, високовольтні трансформатори, метрологічні характеристики яких відомі. Загальна похибка вимірювання повинна бути не більше 0,2-0,3 %. 2 UA 97731 C2 5 Унаслідок розкиду властивостей трансформаторного заліза та особливостей конструктивного виконання трансформатора ці характеристики будуть носити індивідуальний характер для кожного трансформатора та будуть змінюватись протягом часу його експлуатації. Спосіб, що заявляється, дозволяє отримати значне підвищення точності обліку та контролю електроенергії при її транспортуванні у високовольтних лініях електропередачі, та, як результат, запобігти значним економічним втратам. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб підвищення точності обліку електроенергії при транспортуванні у високовольтних лініях передачі вимірювальним комплексом, що включає високовольтні вимірювальні трансформатори струму і напруги та стандартні вимірювальні прилади, який відрізняється тим, що до вимірювального комплексу включені комп'ютер із програмним забезпеченням, що враховує в часі кількість електроенергії, враховує в часі інформацію про зміни струмового навантаження лінії передачі, зовнішньої температури, навантаження вторинного ланцюга трансформатора струму і напруги при зміні вимірювального струму і напруги, та вираховує додаток енергії за вимірювальний інтервал часу, що дає можливість з урахуванням реальних умов в реальному часі в моменти вимірювання виключати методичні похибки, які отримують і включають в програму комп'ютера за допомогою метрологічної атестації. Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3