Коммерческий учет электроэнергии с использованием цифровых измерительных систем

Page 1
background image

Page 2
background image

18

УЧЕТ

 ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Коммерческий учет 
электроэнергии с использованием 
цифровых измерительных систем

Александров

 

Л

.

Б

.,

 директор по развитию АО «Профотек»

Стремительное

 

развитие

 

технологий

 

на

 

базе

 

стандарта

 

МЭК

 61850-9.2 

привело

 

к

 

ак

-

тивному

 

использованию

 

поддерживающего

 

его

 

оборудования

 

как

 

для

 

задач

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

так

 

и

 

для

 

коммерческого

 

учета

В

 

основе

 

применения

 

стандарта

 

лежит

 

получение

 

цифровых

 

измерений

 

либо

 

от

 

цифровых

 

измерительных

 

трансформа

-

торов

либо

 

от

 

преобразователей

В

 

данной

 

статье

 

рассмотрим

 

эффекты

возникающие

 

при

 

построении

 

систем

 

коммерческого

 

учета

 

с

 

применением

 

цифровых

 

измерительных

 

трансформаторов

оптических

 — 

для

 

измерения

 

тока

 

и

 

электронных

 — 

для

 

измерения

 

напряжения

совместно

 

с

 

цифровыми

 

приборами

 

учета

 

электроэнергии

Оценка

 

эффек

-

тов

 

приведена

 

на

 

примере

 

использования

 

цифровых

 

трансформаторов

 

производства

 

«

Профотек

», 

при

 

этом

 

можно

 

утверждать

что

 

указанные

 

в

 

статье

 

преимущества

 

распро

-

страняются

 

на

 

все

 

цифровые

 

системы

построенные

 

по

 

аналогичной

 

архитектуре

.

О

птические  трансфор-

маторы  тока  по  сво-

им  параметрам  суще-

ственно  превосходят 

традиционные  в  силу  иного  фи-

зического  принципа  проведения 

измерений.  Они  имеют  высокую 

линейность  измерительных  ха-

рактеристик в очень широком ди-

апазоне токов, их измерительные 

параметры не зависят от величи-

ны  вторичной  нагрузки  оптиче-

ского трансформатора и от коли-

чества подключенных вторичных 

устройств (системы телеизмере-

ний, РЗА и т.п.). Ввиду отсутствия 

магнитного  сердечника  полно-

стью  отсутствует  эффект  маг-

нитного насыщения и ухудшения 

параметров точности измерений. 

В отличие от катушки Роговского 

величина  выходного  сигнала  не 

зависит от уровня гармоник.

Электронные  измерительные 

трансформаторы 

напряжения 

также  имеют  более  высокие  из-

мерительные параметры по срав-

нению  с  традиционными  дели-

телями  напряжения.  Емкостной 

делитель  напряжения  не  содер-

жит  электромагнитного  устрой-

ства,  вносящего  существенные 

искажения в измерительный сиг-

нал при изменении нагрузки вто-

ричных цепей, изменении часто-

ты питающей сети.

Рассмотрим  особенности  со-

здания  ин фор ма ци он но-из ме ри-

тель ного канала (ИИК) с исполь -

зованием цифровых измеритель-

ных трансформаторов и цифрово-

го счетчика, работающего с циф-

ровыми  входными  сигналами 

стандарта  МЭК  61850-9-2LE  (ри-

сунок 1).

Рис

. 1. 

Схема

 

создания

 

информационно

-

измерительного

 

канала

 (

ИИК

с

 

использованием

 

цифровых

 

измеритель

-

ных

 

трансформаторов

 

и

 

цифрового

 

счетчика

работающего

 

с

 

цифровыми

 

входными

 

сигналами

 

стандарта

 

МЭК

 61850-9-2LE


Page 3
background image

19

Цифровые  потоки  от  изме-

рительных 

трансформаторов 

подаются  непосредственно  на 

вход счетчика с использованием 

оптических  кабелей.  Вторичные 

цепи,  дополнительные  нагрузки 

и  иные  ухудшающие  точность 

измерений  устройства  отсут-

ствуют.

Цифровой 

измерительный 

сигнал,  передаваемый  в  потоке 

данных, содержит уже поимено-

ванные значения токов и напря-

жений.  Цифровой  счетчик  для 

вычисления  величины  энергии 

производит  только  математиче-

ские операции. На выходах счет-

чика  формируется  цифровой 

сигнал (RS 485 или Ethernet) для 

передачи  на  верхний  уровень 

системы АИИС КУЭ.

Для  сравнения  рассмотрим 

вариант  ИИК,  построенный  на 

традиционных  измерительных 

трансформаторах,  с  использо-

ванием  электронного  счетчика 

(рисунок 2). Хотя сейчас его при-

нято  именовать  «цифровым», 

это в корне неверно, так как аб-

солютно  все  самые  современ-

ные электросчетчики в качестве 

входного  сигнала  используют 

аналоговые значения токов и на-

пряжений, в отличие от «настоя-

щего»  цифрового  с  использова-

нием МЭК 61850-9-2LE.

Таким образом, в традицион-

ной измерительной системе при-

сутствует ряд фундаментальных 

причин,  ухудшающих  точность 

измерений:

1.  Требование  по  номинальной

загрузке вторичных цепей в со-

ответствии с ГОСТ 7746-2015, 

ГОСТ 1983-2001, МИ 3021-2006 

и СТО 70238421.17.220.20.002-

2011  ПАО  «ФСК  ЕЭС»  —  вто-

ричная  нагрузка  измеритель-

ных трансформаторов должна 

находиться  в  пределах  25–

100% от номинальной.

2.  Требование  ко  вторичным  из-

мерительным  цепям  —  нали-

чие  потерь  в  цепях  напряже-

ния не более 0,25%.

3.  Наличие вторичных клеммных 

цепей в цепи тока и напряже-

ния  —  это  дополнительные 

падения напряжения и увели-

чение сопротивления (нагруз-

ки) вторичных цепей.

4.  Длинные измерительные цепи 

за счет собственных емкостей 

и  индуктивностей  соедини-

тельных кабелей вносят нели-

нейные  искажения  в  измери-

тельный сигнал.

5.  Остаточная  намагниченность 

сердечников  трансформато-

ров  из-за  различных  эксплу-

атационных  моментов  —  ко-

роткие  замыкания,  броски 

тока  при  коммутации,  удары 

молний  и  т.п.  По  ряду  оценок 

остаточная  намагниченность 

может  составлять  до  30%, 

а у измерительных трансфор-

маторов в цепях мощных гене-

раторов — до 60%.

6.  Погрешность самого счетчика 

электроэнергии. Любой самый 

современный  электросчетчик 

имеет  на  входе  аналоговые 

сигналы  токов  и  напряжений 

(100 В и 1/5 А). Процесс изме-

рения  сводится  к  преобразо-

ванию  этих  параметров  тока 

и  напряжения  во  внутренний 

цифровой  формат  счетчи-

ка.  Для  этого  в  счетчике  есть 

трансформаторы  тока,  рези-

стивные  делители  напряже-

ния и стабильные генераторы 

опорного напряжения, с помо-

щью которых внутренний АЦП 

счетчика  выполняет  преобра-

зования  и  далее  вычисление 

необходимых  значений  энер-

гии  с  использованием  специ-

ализированных 

цифровых 

процессоров. Все эти процес-

сы приводят к возникновению 

и  накоплению  внутренних  по-

грешностей  счетчика.  На  эти 

процессы  также  влияет  тем-

пература окружающей среды, 

форма  входного  сигнала,  на-

личие  в  нем  гармоник  и  т.д., 

поэтому погрешность у такого 

счетчика будет всегда.

Таким  образом,  цифровой 

ИИК  при  расчете  его  погрешно-

сти  по  существующим  в  насто-

ящий  момент  методикам  будет 

иметь погрешности самих транс-

форматоров и погрешность, при-

писанную  цифровому  счетчику. 

Вторичных  цепей  в  цифровом 

ИИК  нет,  трансформаторы  не 

имеют  остаточной  намагничен-

ности, точность измерений не за-

висит от нагрузки измерительных 

цепей.  Есть  и  еще  один  суще-

ственный  момент  —  цифровой 

счетчик  не  выполняет  функций 

преобразования аналоговых сиг-

налов,  он  оперирует  с  уже  по-

именованными величинами и вы-

полняет  только  математические 

операции  с  этими  значениями, 

а  точность  выполнения  таких 

операций на несколько порядков 

выше,  чем  процесс  измерений 

в  аналоговом  счетчике.  По  име-

ющимся методикам утверж дения 

Рис

. 2. 

Схема

 

создания

 

информационно

-

измерительного

 

канала

 (

ИИК

), 

построенного

 

на

 

традиционных

 

измеритель

-

ных

 

трансформаторах

с

 

использованием

 

электронного

 

счетчика

 4 (61) 2020


Page 4
background image

20

типа  средства  измерений  для 

цифрового  счетчика  устанавли-

вается погрешность, но фактиче-

ски ее величина в несколько раз 

меньше  той,  что  присваивается, 

в  силу  отсутствия  необходимых 

методик  аттестации  цифровых 

счетчиков.

Если  обобщить  все  вышеска-

занное,  то  при  применении  циф-

ровых оптических измерительных 

трансформаторов  тока,  элек-

тронных  трансформаторов  на-

пряжения  и  цифровых  счетчиков 

фактическая  погрешность  ИИК 

получается существенно ниже по-

грешности традиционного ИИК.

В настоящий момент АО «Про-

фотек»  выполнены  работы  по 

созданию цифровых ИИК на ряде 

объектов,  и  по  результатам  атте-

стации методик выполнения изме-

рений можно достоверно говорить 

о  снижении  общей  погрешности 

цифрового ИИК. Для ИИК, состо-

ящего  из  цифровых  оптических 

трансформаторов  тока  220  кВ, 

электронных  трансформаторов 

напряжения  220  кВ  и  цифрового 

счетчика  типа  ESM,  общая  по-

грешность составляет ±0,7%.

Расчет доверительной границы 

погрешности результатов измере-

ний произведен по Приложению Д 

на  основании  РД  153-34.0-11.209 

«Автоматизированные  системы 

контроля  и  учета  электроэнергии 

и  мощности.  Типовая  методика 

выполнения  измерений  электро-

энергии и мощности» и в соответ-

ствии с МИ 1317-2004. При тех же 

параметрах  расчет  погрешности 

для  аналоговых  ТТ  и  ТН  и  элек-

тронного  счетчика  дает  величину 

погрешности ИИК 2,8%.

Что же в итоге дает повышение 

точности  измерений  и  снижение 

общей погрешности ИИК?

Расчет экономической эффек-

тивности от снижения погрешно-

сти  ИИК  возможно  провести  на 

основе  методики,  приведенной 

в издании авторов Андреева Л.В., 

Осика  Л.К.,  Тубинес  В.В.  «Ком-

мерческий  учет  электроэнергии 

на оптовом и розничных рынках» 

(Техническая  библиотека  НП 

«АВОК», Москва, 2010, Приложе-

ние  9,  стр.  372–379).  В  качестве 

основы  расчета  применяется 

информационный  подход  и  свя-

занное  с  ним  понятие  риска  не-

определенности  результатов  из-

мерений.

Для  примера  расчета  исполь-

зуем  условную  величину  стои-

мости  оплаты  электроэнергии  за 

условный  расчетный  период,  со-

ставляющую  1  000  000  рублей, 

и  погрешность  аналогового  ИИК, 

составляющую 2,8%.

1.  Рискоопасный  интервал  для 

погрешности  измерений  стан-

дартного ИИК с потерями 2,8% 

составит: 

УЧЕТ

 ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Рис

. 3. 

Колонны

 

с

 

комбинированными

 

электронно

-

оптическими

 

трансформаторами

 

тока

 

и

 

напряжения

 

класса

 220 

кВ


Page 5
background image

21

1  000 000 руб. × 0,028 =

= 28 000 руб.

Для ИИК в составе оптических 

трансформаторов  и  цифрового 

электросчетчика  величина  по-

грешности ИИК составляет 0,7%.

2.  Рискоопасный  интервал  для 

погрешности  измерений  ИИК 

с потерями 0,7% составит: 

1 000 000 руб. × 0,007 = 7000 руб.

Учитывая  симметричное  рас-

пределение  погрешности,  а  так-

же то, что она практически всегда 

имеет  отрицательную  величину 

для  расчетов,  используем  по-

ловину  величины  рискоопасного 

интервала.

Таким образом, эффект от по-

вышения класса точности ИИК со-

ставит:

(28 000 руб. – 7000 руб.) / 2 =

= 10 500 руб.

Данный  пример  показывает, 

какой  экономический  эффект 

можно получить при использова-

нии высокоточных цифровых си-

стем измерений.

Расчет  выше  приведен  для 

потребителей,  аналогично  мож-

но  рассчитать  выгоду  для  гене-

рации. Сетевые компании допол-

нительно  получат  более  точный 

учет  за  счет  того,  что  цифровой 

ИИК гораздо лучше считает реак-

тивную энергию и, соответствен-

но,  полную  энергию,  принятую 

и отпущенную из сетей.

В настоящий момент АО «Про-

фотек»  завершает  работы  по 

монтажу  и  наладке  цифровой 

системы  коммерческого  учета 

электроэнергии на одном из пред-

приятий — потребителей электри-

ческой энергии. В составе проек-

та  применены  комбинированные 

электронно-оптические 

транс-

форматоры  тока  и  напряжения 

класса  220  кВ.  На  рисунке  3  по-

казаны  установленные  колонны 

с трансформаторами.

Применение  комбинирован-

ных  трансформаторов  обеспе-

чивает  наибольший  эффект 

за  счет  сокращения  стоимости 

строительно-монтажных 

ра-

бот — монтируется только одна 

колонна  с  ощутимо  меньшими 

по  весу  оптическими  трансфор-

маторами.  Полностью  исклю-

чаются  риски  пожара  и  разлива 

масла,  так  как  оно  практически 

не содержится в измерительном 

трансформаторе.  Существенно 

сокращаются риски обесточения 

потребителя.

Приведенные  выше  расче-

ты  экономических  показателей, 

технических  преимуществ,  со-

кращение  затрат  на  СМР  и  те-

кущую  эксплуатацию  наглядно 

показывают  преимущества  циф-

ровых  технологий  при  создании 

систем  коммерческого  учета 

электроэнергии. Но возможности 

цифровых  систем  этим  не  ис-

черпываются.  Цифровые  транс-

форматоры  выполняют  полную 

комплексную  функцию  измере-

ний.  Одновременно  с  форми-

рованием  цифровых  потоков 

для  целей  коммерческого  учета 

(SV 256 — 256 выборок на пери-

од промышленной частоты) циф-

ровые электронные и оптические 

трансформаторы, производимые 

АО  «Профотек»,  также  форми-

руют  поток  данных  с  дискретно-

стью 80 выборок на период про-

мышленной частоты (SV 80) для 

целей  РЗА  и  ПА.  Поток  SV  256 

может быть использован для це-

лей телеизмерений, что позволя-

ет производить все виды измере-

ний — для коммерческого учета, 

телеизмерения,  РЗА  в  привязке 

к единой метке времени.

Цифровые 

измерительные 

трансформаторы  АО  «Профо-

тек»  имеют  высокую  частоту 

внутренней  дискретизации  из-

мерительного сигнала (внутрен-

няя  частота  дискретизации  со-

ставляет  64  кГц),  что  позволяет 

соответствовать 

практически 

любым  современным  требова-

ниям. Так, в частности, реализо-

вана поддержка корпоративного 

стандарта ПАО «Россети» (ПАО 

«ФСК  ЕЭС»)  —  96  выборок  на 

период  промышленной  частоты 

для  целей  РЗА  и  286  выборок 

для коммерческого учета.

АО  «Профотек»  освоена 

в  производстве  вся  номенкла-

тура оптических измерительных 

трансформаторов  тока,  при-

годных  для  использования  на 

генераторах,  в  электросетях, 

электроустановках  потребите-

лей  с  классами  напряжения  от 

6  кВ  до  500  кВ.  При  этом  все 

выпускаемые  трансформаторы 

обеспечивают  класс  точности 

измерений  0,2S  для  измерений 

и 5Р для защит. Оптические из-

мерительные  трансформаторы 

имеют  очень  развитую  диагно-

стику  работоспособности  и  осу-

ществляют  интеграцию  с  любы-

ми  системами  верхнего  уровня, 

обеспечивая  заказчику  возмож-

ность  организовать  обслужива-

ние  этих  систем  в  режиме  «по 

требованию»,  что  существенно 

сокращает 

эксплуатационные 

затраты.

Интерес  к  созданию  цифро-

вых  систем  релейных  защит, 

измерений  и  переход  к  созда-

нию  полноценной  цифровой 

подстанции  значительно  воз-

рос,  что  наглядно  видно  по  ра-

стущему  числу  реализованных 

проектов  с  использованием  оп-

тических  трансформаторов  АО 

«Профотек».  Нами  успешно  вы-

полнены  проекты  по  созданию 

систем  цифрового  учета  в  Рос-

сии:  АИИС  КУЭ  ПС  500  кВ  «То-

бол»  (ПАО  «ФСК  ЕЭС»),  АИИС 

КУЭ  Красноярского  Алюминие-

вого завода, система цифрового 

учета  ПС  «Ясень»  (ПАО  «Лен-

энерго»). Реализован ряд проек-

тов за рубежом — в Швейцарии 

(компании Groupe-E и Swissgrid), 

Голландии  (DNV-GL),  Франции 

(EDF),  Италии  (Terna),  Финлян-

дии (Fingrid).  

Р

 109316, г. Москва, Волгоград-

ский просп., д. 42, корп. 5

Технополис «Москва»

8 (495) 775 8339

info@profotech.ru

www.profotech.ru

 4 (61) 2020


Читать онлайн

Стремительное развитие технологий на базе стандарта МЭК 61850-9.2 привело к активному использованию поддерживающего его оборудования как для задач релейной защиты и автоматики, так и для коммерческого учета. В основе применения стандарта лежит получение цифровых измерений либо от цифровых измерительных трансформаторов, либо от преобразователей. В данной статье рассмотрим эффекты, возникающие при построении систем коммерческого учета с применением цифровых измерительных трансформаторов: оптических — для измерения тока и электронных — для измерения напряжения, совместно с цифровыми приборами учета электроэнергии. Оценка эффектов приведена на примере использования цифровых трансформаторов производства «Профотек», при этом можно утверждать, что указанные в статье преимущества распространяются на все цифровые системы, построенные по аналогичной архитектуре.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 2(71), март-апрель 2022

О предельных значениях отклонения частоты напряжения генерирующих установок ТЭЦ и гистограммах ее распределения

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Тукшаитов Р.Х. Семенова О.Д. Иванова В.Р.
Спецвыпуск «Россети» № 1(24), март 2022

Эффективность различных мероприятий по повышению качества электрической энергии

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Тимур Данник, Виктория Дубровская (АО «Россети Тюмень» Сургутские электрические сети)
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Обзор функциональности интеллектуальных приборов учета электроэнергии «МИРТЕК» с комбинированным GSM-модулем с поддержкой GPRS и NB-IoT

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
ГК «МИРТЕК»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»