20
Сентябрь
–
октябрь
2014
КОНТРОЛЬ
Мощности
Суточная
нагрузка
линии
при
включённом
и
отключённом
CVR
и
отри
-
цательном
коэффициенте
.
З
а
последнюю
декаду
наиболее
востребованным
приложением
«
умных
»
сетей
стало
приложение
по
регулированию
напряжения
/
реактивной
мощ
-
ности
(VAR).
Первоочередной
задачей
этого
приложения
является
регулирование
напряжения
,
ре
-
активной
мощности
или
контроль
минимизации
потерь
мощности
и
экономия
энергии
за
счёт
снижения
напря
-
жения
(CVR),
что
приведёт
к
сокращению
спроса
на
электроэнергию
.
В
2012
г
.
компанией
Baltimore Gas and Electric (BGE)
был
запущен
пилотный
проект
по
реализации
«
умных
»
сетей
,
основной
целью
которого
было
внедрение
CVR.
В
проект
входила
установка
контроллеров
системы
кон
-
денсаторов
,
регуляторов
напряжения
,
приборов
учёта
электроэнергии
по
концам
линии
и
введения
алгоритмов
CVR
в
головную
часть
системы
,
а
также
измерение
и
ве
-
рификация
.
Однако
в
процессе
реализации
проекта
CVR
и
во
время
работы
в
режиме
ограниченного
напряжения
и
мощности
были
выявлены
многочисленные
проблемы
,
причём
некоторые
из
них
довольно
неожиданные
.
Потребление
не
всегда
снижается
Основной
целью
CVR
является
уменьшение
напря
-
жения
питающей
линии
,
в
результате
которого
должно
снижаться
энергопотребление
.
Однако
в
некоторых
случаях
запуск
приложения
CVR
может
привести
к
ро
-
сту
киловатт
-
часов
.
Существует
несколько
объяснений
этого
явления
,
но
,
скорее
всего
,
основными
причинами
являются
состав
нагрузки
,
построение
схемы
и
демо
-
графические
характеристики
потребителей
.
Например
,
одной
из
основных
нагрузок
в
любом
доме
является
телевизор
.
Недав
-
нее
исследование
,
проведенное
компанией
Battelle
по
проекту
CVR,
показало
,
что
сни
-
жение
напряжения
приводит
к
повышенному
энергопотреблению
плазменных
и
жидкокри
-
сталлических
экранов
телевизоров
.
Анализ
,
проведённый
на
питающей
линии
в
течение
выходного
дня
при
включённом
приложении
CVR
может
показать
,
что
в
короткие
перио
-
ды
времени
отмечается
рост
потребления
энергии
.
Но
лучше
всего
анализировать
пре
-
имущества
пофазно
.
Анализ
,
проведённый
на
всех
трёх
фазах
,
всегда
показывает
поло
-
жительные
преимущества
приложения
CVR,
демографические
и
так
далее
.
Однако
,
изучив
любые
негативные
факторы
CVR,
мы
полу
-
чаем
дополнительную
картину
нагрузки
пита
-
ющей
линии
,
демографическую
информацию
и
т
.
д
.
Пилотные исследования
регулирования напряжения/
реактивной мощности
компании BGE
Инженеры считают, что развёртывание технологии СМК
не так сложно, как кажется.
Джонатан Шорт (Jonathan Short) и Майкл C. Смит (Michael S. Smith),
компания Baltimore Gas and Electric
21
C
ентябрь
–
октябрь
2014
КОНТРОЛЬ
Мощности
Активная
и
реактивная
мощности
в
функции
экономии
электроэнергии
за
счёт
сниже
-
ния
напряжения
.
Мониторинг
конденсаторной
батареи
—
насущная
необходимость
Отказ
конденсаторных
батарей
происходит
при
вы
-
ходе
из
строя
предохранителя
,
КЗ
конденсатора
или
за
-
клинивания
выключателя
.
При
отсутствии
связи
с
поле
-
выми
устройствами
обнаружить
отказ
конденсаторной
батареи
быстро
не
удаётся
.
Однако
при
наличии
связи
с
контроллерами
конденсаторных
батарей
,
согласно
тре
-
бованиям
CVR,
мониторинг
ТТ
в
нейтрали
может
значи
-
тельно
облегчить
поиск
неисправности
конденсаторной
батареи
.
Компания
BGE
использует
в
конденсатор
-
ных
батареях
новые
контроллеры
компании
Beckwith
M-6283A,
оснащённые
двусторонней
радиосвязью
на
основе
устройства
CalAmp VanGuard 3000
с
GPS
и
двойной
несущей
.
При
наличии
такого
оборудования
имеется
возможность
незамедлительно
обнаружить
не
-
исправную
батарею
конденсаторов
путём
мониторинга
ТТ
в
нейтрали
.
BGE
использовала
контроллеры
конденсаторных
батарей
компании
Beckwith,
в
которых
переключение
между
блоками
осуществлялось
пофазно
или
трёх
-
фазно
,
причём
чувствительность
по
току
и
напряжению
использовалась
со
всех
трёх
фаз
,
используемых
в
ка
-
честве
индикаторов
повреждения
цепи
.
Аппаратное
оборудование
не
только
выводило
уведомление
о
на
-
личии
неполадки
в
блоке
конденсаторных
батарей
,
но
и
указывало
на
причину
,
вышел
ли
из
строя
предохра
-
нитель
или
выключатель
или
же
произошло
повреждение
отдельной
фазы
.
Необходимо
заметить
,
что
конденсаторные
батареи
компании
BGE
не
осна
-
щены
дополнительными
пере
-
ключателями
по
состоянию
и
повреждение
фиксируется
по
углу
тока
нейтрали
и
его
вели
-
чине
.
Реактивная
мощность
против
активной
мощности
Большей
частью
CVR
ассо
-
циируется
со
снижением
напря
-
жения
,
и
тема
напряжения
вы
-
ходит
на
первый
план
.
Однако
одним
из
преимуществ
прило
-
жения
CVR
является
улучшение
управления
потоком
реактивной
мощности
.
Согласно
технологическим
инструкциям
компании
BGE’s
необходимо
,
чтобы
коэффици
-
ент
мощности
на
низковольтной
стороне
трансформатора
был
отстающим
0,95
или
лучше
при
нагрузке
трансформатора
ме
-
нее
90%
расчётной
пиковой
и
по
крайней
мере
опережающим
0,98
при
нагрузке
выше
90%.
Ис
-
пользуя
данные
проекта
по
ак
-
тивной
и
реактивной
мощности
имеется
возможность
опреде
-
лить
,
достаточна
ли
поддержка
реактивной
мощности
в
питаю
-
щих
линиях
и
работают
ли
алго
-
ритмы
CVR
в
нужном
диапазоне
реактивной
мощности
.
Алгоритм
CVR,
используемый
во
время
пилотного
проекта
,
мог
только
задать
симметричный
коэффициент
мощности
,
который
устанавливался
в
пределах
0,95
между
отста
-
ющим
и
опережающим
.
Но
анализ
данных
проекта
по
-
казывает
лишь
незначительные
отклонения
активной
мощности
от
заданной
величины
.
В
идеальном
вариан
-
те
все
значения
активной
и
реактивной
мощности
долж
-
ны
находиться
в
заданных
пределах
.
Однако
всё
-
таки
несколько
рабочих
точек
находится
за
пределами
за
-
данных
параметров
.
CVR
предпочитает
линии
без
РПН
Более
90%
всей
распределительной
системы
BGE
построено
на
трансформаторах
без
РПН
или
каких
-
либо
регуляторах
напряжения
со
стороны
головного
участка
линии
.
Достичь
экономии
электроэнергии
за
счёт
понижения
напряжения
(CVR)
при
такой
архитек
-
туре
системы
довольно
затруднительно
.
Для
снижения
потребления
электроэнергии
BGE
разработала
методо
-
логию
,
которая
наряду
с
РПН
трансформатора
подстан
-
ции
включает
управление
полевыми
конденсаторными
батареями
.
В
этом
случае
условия
CVR
достигаются
при
таком
использовании
полевых
конденсаторов
,
ког
-
да
среднее
напряжение
во
всех
измерительных
точ
-
ках
первичного
напряжения
линии
имеет
минимальное
значение
.
Кроме
того
,
в
ПО
CVR
введена
стандартная
функция
определения
оптимального
положения
отпаек
трансформатора
в
любой
период
времени
.
При
таком
подходе
появилась
возможность
изменять
положение
отпаек
в
выключенном
состоянии
и
реа
-
лизовать
преимущества
по
даль
-
нейшему
снижению
энергопотреб
-
ления
.
Однако
изменение
положения
отпаек
ведёт
к
снижению
напря
-
жения
в
системе
,
а
для
удержа
-
ния
напряжения
на
уровне
выше
22
Сентябрь
–
октябрь
2014
Ток
нейтрали
конденсаторной
батареи
и
индикаторы
сигнализации
состояния
батареи
согласно
контроллеру
Beckwith
M-6283A.
КОНТРОЛЬ
Мощности
заданного
необходимо
подклю
-
чить
больше
конденсаторов
,
что
в
свою
очередь
приводит
к
тому
,
что
коэффициент
мощности
ста
-
нет
опережающим
.
Для
удержания
коэффициента
мощности
в
нужном
диапазоне
необходимо
идентифи
-
цировать
устройство
регулирова
-
ния
напряжения
верхнего
уровня
и
увеличить
напряжение
,
подавае
-
мое
на
подстанцию
,
что
уменьшит
количество
конденсаторных
бата
-
рей
,
которые
должны
быть
вклю
-
чены
.
В
результате
общее
значе
-
ние
падения
напряжения
окажется
ниже
,
чем
то
,
которое
могло
бы
быть
достигнуто
только
при
помо
-
щи
РПН
.
Более
того
,
внедрение
компани
-
ей
BGE
контроллеров
конденсатор
-
ных
батарей
,
которые
позволяют
осуществить
однофазную
коммута
-
цию
,
также
позволит
осуществлять
переключение
положения
отпаек
на
трансформаторах
с
небалансом
напряжения
.
Операции
по
переключению
напряжения
РПН
и
регуляторами
напряжения
Одной
из
задач
также
являет
-
ся
минимизация
количества
су
-
точных
переключений
напряжения
РПН
и
регуляторами
напряжения
.
В
ходе
пилотного
проекта
компания
BGE
зафиксирова
-
ла
в
среднем
29
ежедневных
операций
,
а
максималь
-
ное
количество
операций
достигало
65.
На
то
время
BGE
не
имела
достаточного
опыта
работы
с
регуляторами
на
-
пряжения
,
поскольку
на
голов
-
ных
участках
только
семи
фидеров
из
1250
были
установлены
регуляторы
,
и
то
5
из
них
были
уста
-
новлены
во
время
пи
-
лотного
проекта
.
Кроме
того
,
в
си
-
стеме
BGE
было
ещё
около
60
регулято
-
ров
напряжения
,
но
на
эти
устройства
при
нормальной
работе
нагрузка
подавалась
редко
,
поскольку
они
уста
-
новлены
в
непосред
-
ственной
близости
к
нормально
открытым
реклоузерам
и
исполь
-
зуются
для
управления
напряжением
во
время
восстановительных
работ
.
Предполагается
,
что
наибо
-
лее
приемлемое
ежедневное
количество
операций
составляет
20
и
меньше
.
Детализация
данных
Вопрос
регулирования
на
-
пряжения
в
функции
времени
по
концам
линии
возник
после
внедрения
пилотных
проектов
CVR.
Многие
энергокомпании
используют
данные
AMI (
раз
-
витая
инфраструктура
изме
-
рений
)
для
мониторинга
CVR
в
интервалах
5
или
15
минут
.
Большей
частью
эти
напря
-
жения
являются
мгновенны
-
ми
значениями
и
только
в
не
-
которых
случаях
средними
.
В
ходе
пилотного
проекта
BGE
попыталась
идентифицировать
оптимальную
детализацию
данных
AMI
по
концам
линии
,
необходимую
для
алгоритмов
CVR.
Анализ
показывает
,
что
в
идеале
для
CVR
лучше
всего
использовать
средние
данные
за
1
минуту
.
В
результате
менее
1%
всех
снятых
за
одну
минуту
значений
напряжения
при
срав
-
нении
со
средними
значениями
,
полученными
в
течение
одной
минуты
,
находились
вне
±1,2
В
допустимого
диапазона
(1%
точ
-
ность
).
Вместе
с
тем
для
данных
за
5
минут
эта
цифра
составля
-
ет
почти
4%;
за
15
минут
—
поч
-
ти
8%.
Это
очень
важно
,
т
.
к
.
компания
должна
понять
,
на
какой
уровень
риска
она
идёт
,
поскольку
алгоритм
CVR
может
не
сработать
при
вводе
правильных
данных
по
напряже
-
нию
,
что
может
привести
к
тому
,
что
работа
устройства
не
будет
опти
-
мальной
.
Кроме
того
,
при
получе
-
нии
данных
по
напряжению
из
сети
AMI
с
различной
детализацией
может
по
-
требоваться
значитель
-
ное
улучшение
работы
системы
AMI,
потому
что
построение
мно
-
гих
сетей
AMI
не
предполагает
сбор
детализированных
данных
по
напряже
-
нию
.
Одним
из
воз
-
можных
подходов
может
быть
исполь
-
зование
5-
минутных
средних
данных
по
напряжению
для
вклю
-
чения
алгоритма
CVR
и
использование
послед
-
них
1-
минтуных
данных
для
ввода
в
модуль
управ
-
ления
CVR.
Это
необходимо
для
того
,
чтобы
убедиться
,
что
в
CVR
используются
данные
,
наи
-
более
близкие
к
существующим
.
23
C
ентябрь
–
октябрь
2014
Трансформатор
тока
нейтрали
,
установленный
на
бетонной
плите
конденсаторной
батареи
.
КОНТРОЛЬ
Мощности
Сравнивание
напряжений
Большей
частью
считывание
напряжений
для
кон
-
денсаторных
батарей
в
системе
BGE
происходит
пу
-
тём
измерения
напряжения
на
силовом
трансформа
-
торе
напряжения
,
который
обычно
устанавливается
на
фазе
С
.
На
трансформаторе
собственных
нужд
с
РПН
отводы
силовых
трансформаторов
сделаны
от
фазы
B.
В
результате
этого
—
переключение
конденсаторных
батарей
с
другой
фазы
(C),
а
не
фазы
,
которая
исполь
-
зуется
для
понижения
напряжения
(B).
В
зависимости
от
небаланса
системы
это
ставит
пе
-
ред
эксплуатационниками
дополнительные
проблемы
.
Для
правильного
баланса
фидера
BGE
начала
исполь
-
зовать
пофазную
коммутацию
конденсаторной
батареи
и
производить
замеры
напряжения
со
всех
трёх
фаз
батареи
.
Установка
конденсаторной
батареи
Перед
тем
как
продолжить
работы
по
внедрению
CVR,
прежде
всего
необходимо
определить
наиболее
оптимальное
место
установки
конденсаторных
бата
-
рей
,
которое
зависит
от
коэффициентов
полей
и
нали
-
чия
достаточного
места
на
столбах
линий
.
Даже
несмотря
на
то
,
что
компоновка
большинства
систем
рассчитана
на
работу
в
условиях
CVR,
конден
-
саторные
батареи
всегда
устанавливаются
не
в
самых
оптимальных
местах
.
На
сегодняшний
день
существует
несколько
способов
планирования
,
в
которых
исполь
-
зуются
алгоритмы
оптимизации
пиковых
на
-
грузок
.
В
реальности
система
ежегодно
про
-
водит
в
условиях
пиковых
нагрузок
около
1
часа
и
около
20
часов
в
условиях
,
состав
-
ляющих
90%
от
пиковой
нагрузки
,
причём
добавление
конденсаторной
батареи
для
минимизации
энергопотребления
в
течение
вышеуказанных
условий
,
составляющих
90%
от
пиковой
нагрузки
,
согласно
анализу
эффективности
использования
энергии
не
является
самым
удачным
подходом
.
Измерение
разности
напряжений
Для
включения
функциональных
воз
-
можностей
нового
контроллера
конденса
-
торной
батареи
,
например
прогнозируемой
блокировки
,
контроллеры
батареи
начинают
измерение
изменений
напряжения
с
самого
начала
операции
.
Стандарты
планирования
системы
допускают
только
определённые
перепады
напряжения
в
функции
работы
аккумуля
-
торной
батареи
(
например
, 3% [
или
3, 6
В
]).
Во
вре
-
мя
стадии
планирования
этот
показатель
обычно
рассчитывается
с
помощью
программного
обеспе
-
чения
,
но
расчётное
и
фактическое
значения
могут
иметь
существенное
различие
.
В
некоторых
случа
-
ях
фактические
измерения
перепадов
напряжения
показали
результаты
,
которые
значительно
отли
-
чались
по
сравнению
с
планируемыми
значениями
.
Это
обстоятельство
можно
использовать
для
улуч
-
шения
моделирования
программного
обеспечения
фидера
.
Прогнозируемая
блокировка
Прогнозируемая
блокировка
—
это
функция
но
-
вых
контроллеров
конденсаторной
батареи
,
которую
компания
BGE
широко
использовала
в
ходе
проведе
-
ния
пилотного
проекта
CVR.
Прогнозируемая
блокиров
-
ка
препятствует
включению
конденсаторной
батареи
в
том
случае
,
если
значение
напряжения
после
включе
-
ния
будет
выше
установленного
пользователем
преде
-
ла
.
Расчёт
основывается
на
измерениях
тока
,
напряже
-
ния
и
разности
напряжений
.
Эта
функция
была
одной
из
основных
мер
безопасности
,
внедрённых
в
ходе
прове
-
дения
пилотного
проекта
CVR,
таким
образом
система
защищена
от
нежелательных
местных
или
удалённых
операций
.
Отказ
силового
трансформатора
(
СТ
)
Во
время
проведения
проекта
CVR
головная
часть
системы
производила
многочисленные
замеры
напря
-
жения
в
различных
точках
.
Однако
даже
если
значения
напряжения
на
первичной
стороне
находятся
в
задан
-
ных
пределах
,
то
представление
напряжений
в
виде
функции
растущего
импеданса
со
стороны
подстанции
может
выявить
любые
погрешности
в
измерениях
.
Одна
из
таких
погрешностей
была
обнаружена
на
одном
из
силовых
трансформаторов
,
постоянно
изме
-
ряемое
напряжение
которого
показывало
на
2
В
боль
-
ше
,
чем
напряжение
на
конденсаторных
батареях
,
расположенных
выше
и
ниже
той
батареи
,
с
которой
связан
этот
трансформатор
.
При
дальнейшем
анализе
в
первичной
обмотке
СТ
было
обнаружено
КЗ
,
что
,
в
свою
очередь
,
негативно
сказалось
на
порядке
работы
CVR.
Кривая
напряжения
фидера
при
измерении
всех
трёх
напряжений
на
ба
-
тарее
.
24
Сентябрь
–
октябрь
2014
Суточное
количество
переключений
отпаек
регулятора
напряжения
на
одной
из
фаз
фидера
.
КОНТРОЛЬ
Мощности
Однофазная
коммутация
Большинство
энергокомпаний
,
которые
внедрили
технологию
CVR,
используют
конденсаторные
батареи
с
общим
управлением
,
в
которых
в
качестве
датчика
на
-
пряжения
,
обеспечивающего
питание
контроллера
,
при
-
менён
трансформатор
мощностью
1
кВА
.
В
том
случае
,
если
в
головной
части
фидеров
установлены
регулято
-
ры
напряжения
,
то
такой
подход
в
плане
достижения
целей
по
снижению
энергопотребления
себя
оправ
-
дывает
.
Однако
фидеры
без
регуляторов
напряжения
могут
оказаться
несимметричными
со
стороны
подстан
-
ции
.
Для
решения
этой
проблемы
BGE
в
сотрудниче
-
стве
с
Beckwith
внедрила
в
контроллер
конденсаторной
батареи
M-6283A
функцию
однофазной
коммутации
.
Основываясь
на
опыте
работы
пилотного
проекта
CVR,
новый
контроллер
способен
измерять
три
значе
-
ния
напряжений
,
линейных
токов
и
ток
нейтрали
,
рабо
-
тать
под
общим
управлением
или
автономно
,
а
также
осуществлять
функции
индикатора
тока
повреждения
.
Кроме
этого
,
в
зависимости
от
нагрузки
каждого
фиде
-
ра
,
напряжения
на
различных
фазах
фидера
могут
от
-
личаться
друг
от
друга
.
Поэтому
наличие
информации
только
с
одной
из
фаз
не
может
привести
к
оптимально
-
му
решению
.
Оценка
преимуществ
Одной
из
самых
сложных
задач
в
отношении
тех
-
нологии
CVR
является
расчёт
прибыли
.
В
настоящее
время
не
существует
однозначного
метода
для
расчёта
прибыли
.
Некоторые
компании
для
этого
используют
модель
потокораспределения
системы
управления
рас
-
пределительными
сетями
(DMS),
другие
же
пользуют
-
ся
статистическими
методами
,
такими
как
прокси
-
день
или
автоматический
протокол
№
1 CVR.
Однако
при
по
-
пытке
оценки
потенциальной
экономии
по
всей
системе
необходимо
не
только
анализировать
статистические
данные
по
напряжению
,
но
и
положение
РПН
/
отвода
регулятора
напряжения
.
Сочетание
этих
двух
факторов
определяет
максимальный
уровень
экономии
электро
-
энергии
.
Одним
из
важнейших
результатов
,
полученных
в
ходе
отработки
системы
BGE,
является
то
,
что
даже
если
напряжение
на
некоторых
под
-
станциях
большую
часть
года
находи
-
лось
в
диапазоне
121—126
Вольт
,
по
-
ложение
отпайки
было
минимальным
почти
в
40%
общегодового
времени
.
Индекс
баланса
напряжений
Одним
из
параметров
,
которые
BGE
решила
включить
в
алгоритм
CVR,
является
минимизация
индекса
баланса
напряжений
(voltage balancing
index (VBI),
как
этот
показатель
опре
-
делён
Американским
институтом
стандартов
.
Этот
алгоритм
обычно
выполняется
после
алгоритма
CVR.
Эксплуатационные
испытания
с
VBI
в
алгоритме
показали
,
что
при
исполь
-
зовании
конденсаторной
батареи
с
однофазной
коммутацией
VBI
после
выполнения
алгоритма
CVR
снижа
-
ется
.
Однако
в
тех
случаях
,
когда
нет
мощного
источника
и
перепады
напря
-
жений
в
результате
работы
конден
-
саторной
батареи
выше
,
достижение
истинных
минимальных
значений
VBI
может
быть
за
-
труднительно
.
Уроки
в
действии
Результатом
опыта
,
полученного
в
ходе
выполнения
пилотного
проекта
CVR,
стала
повышенная
эффектив
-
ность
работы
.
Некоторые
результаты
пилотного
проек
-
та
компания
BGE
намеревается
внедрить
в
работу
.
Благодарность
Авторы
статьи
выражают
признательность
Грегу
Генри
(Greg Henry)
из
компании
Black & Veatch
и
Эрдрю
Хансону
(Andrew Hanson)
из
The Structure
за
их
участие
в
проведении
анализа
рентабельности
пилотных
про
-
ектов
CVR,
а
также
Александру
Вукоевичу
(Aleksandar
Vukojevic),
менеджеру
отдела
распределительной
авто
-
матики
и
технологии
«
умных
»
сетей
компании
BGE,
за
его
вклад
в
написание
этой
статьи
.
Джонатан
Шорт
(Jonathan Short
, Jonathan.Short@
bge.com)
является
ведущим
технологом
отдела
распре
-
делительной
автоматики
и
качества
электроэнергии
в
компании
Baltimore Gas and Electric.
Имеет
20-
летний
опыт
работы
в
компании
,
специализируется
в
области
распределительной
автоматики
,
прокладке
подземных
и
воздушных
линий
,
внедрения
и
интеграции
техноло
-
гии
«
умных
»
сетей
.
Майкл
Смит
(Michael Smith
, Michael.S.Smith@
bge.com)
работает
ведущим
инженером
/
руководите
-
лем
работ
в
группе
автоматики
и
технологий
компании
Baltimore Gas and Electric.
Имеет
30-
летний
опыта
ра
-
боты
в
компании
,
специализируется
в
области
защиты
систем
,
интеграции
подстанций
и
систем
контроля
и
сбора
данных
.
Компании
,
упомянутые
в
статье
:
American National Standards Institute | www.ansi.org
Baltimore Gas and Electric | www.bge.com
Battelle | www.battelle.org Beckwith |
www.beckwithelectric.com
CalAmp | www.calamp.com
Оригинал статьи: Пилотные исследования по регулированию напряжения/реактивной мощности компании BGE
Инженеры считают, что развёртывание технологии СМК не так сложно, как кажется.
