Metrika statických elektroměrů (činné) energie v podmínkách aktivních distribučních sítí

Transkript

1 Meria saicých eleroměrů činné energie v podmínách aivních disribčních síí orshop NAP SG: Chyré měření - echnicá specifiace eleroměrů Jiří Drápela Vysoé čení echnicé v Brně Úsav eleroenergeiy K

2 Činná energie N PR PR p d N PR PR i d Měření činné energie požadovaná fnce a esování eleroměrů Pro běžné pořeby vycházející z eonomicého model nás zajímá vývoj průchozí energie v čase odděleně spořebovaná a dodaná v řífázovém sysém přes jednolivé fáze Konsrce a meria eleroměrů v zásadě odpovídá očeávaným vlasnosem paramerům vspních pracovních a dalších ovlivňjících signálů V omo onex jso eleroměry podrobovány i ypovým zošám a ověřením Požadavy na saicé eleroměry činné energie vymezje řada MID sandardů: N 547- a - de není rčeno ja má bý dané fnce či vlasnosi dosaženo ale jso definovány způsoby ověření. ypové zošy ale nezarčjí fnční vyzrálos a správnos měření i při jiných než referenčních esech. Problémem je zejména: Vhodnos relevannos něerých ypových esů eré mají prověři správno fnci a edy echnicy dobré řešení schopné zajisi spolehlivý výslede a vlasní fnčnos eleroměr při jiných obdobných v síi reálných podmínách Vývoj ršení ypy úrovně ad. v síích změna podmíne měření Z rčiého pohled lze chápa požadavy MID sandardů jao požadavy minimální.

3 řífázové měření činného výon/energie Záladní přílady f v NN f sosava a zapojení f 45v N PN P Csomer PR p d PR i d f 45v NN VVN f sosava a zapojení f 45v N PN P Csomer PR PR p i p p i d i d f 4v VN f sosava a Aronovo zapojení f 45v N PN P Csomer i i PR i PR PR i i i i i i i i i i d i i d d

4 Signálové schéma jednofázového saicého činného eleroměr Signálové schéma eleroměrů egend: Analog signal ransfer Digial signal ransfer No mandaory Alernaivelly r+ r- 8 7 > D C IMP rig IMP 9b 9a IMP D IMP rig IMP n n abs i A C s f f A-A s f f 5 G B 7 N-bi f s A/D i in n i n 9 H HP z H f/fs f/fs N Di H D zz -N Di in n n.i n C P/ p n 6 V s f f 4 A-A s f f 6 G 8 N-bi f s A/D n n H HP z H f/fs f/fs N D H D zz -N D n n 4 5 n n rig PR N PR rese D CC egend: - ransdcers 4 - A-A filers Amplificaion A/D converers - Plse gen. - Plse D - Power sorce 9 - DC comp. removal - Phase shif compensaion - Ins. power calclaion 4 - Synchronizaion bloc 5 - nd. period coner 6 - Measring window energy calc. Inegraor 7 - Classifier 8 - Inegraors/ regisers 9a - Comparaor 9b - Comparaor 4

5 Popis sandardní meriy Činná energie měřena pospno inegrací sočin fázově origovaných napěí a prod v s frevencí periodo napěí synchronizovaném měřícím oně eré je celisvým násobem doby rvání periody síťového mioč. Měřící inegrační ono je saicých eleroměrů ypicy 5-5 period záladní síťové frevence zn. přibližně ms až s V měřícím oně je v podsaě měřen sřední výon násobený dobo rvání měřícího ona pa sřední energie Činná energie v -ém měřícím oně je poom n N n / Nper CP / nn n i n rig IMP r+ r- 9b 8 9a 7 abs > IMP n.i n C P/ 6 p n 4 5 N PR n n rig PR rese 5

6 Popis sandardní meriy Požiá meria pro měření činného výon a energie je v OBIS ódech rozlišena následovně: - nespecifiováno; - poze záladní harmonicé napěí a prod; - všechny harmonicé napěí a prod; - poze DC složa napěí a prod; 4 - všechny harmonicé i DC složa napěí a prod. Činná energie za měřící ono zároveň předsavje nejmenší dále nerozlišielné vanm energie z hledisa směr o 6

7 Popis sandardní meriy Činné energie změřené v jednolivých měřících onech jso následně řízeny a mlovány v příslšných regisrech odběr a dodávy U řífázových eleroměrů jso energie změřené v měřícím oně v jednolivých fází:. nejprve sečeny a výslede je následně rozříděn do ladného či záporného regisr. nejprve rozříděny na ladné a záporné a y jso následně sečeny ladné zvlášť záporné zvlášť a loženy do příslšného regisr 7 r r f Aron Neorení

8 Měření jalové energie požadovaná fnce popis meriy Na rozdíl od meriy pro činno energii je implemenace měření jalové energie v eleroměrech značně různorodá a žádný z výrobců přesně nevádí jaý je onréní požívaný algorims Delarace může bý jen nepřímá prosřednicvím vyčíání da přes OBIS ódy Příčin lze spařova i v nesálené definici jalového výon: může předsavova jalovo slož výon na záladní harmonicé frevenci nebo je dán smo všech jalových výonů na všech harmonicých frevencích a nebo může bý chápán i jao neaivní výon zv. výon erý je doplňem činném výon do zdánlivého výon Činná energie za měřící ono zároveň předsavje nejmenší dále nerozlišielné vanm energie z hledisa směr o Běžné požívané meriy implemenované v eleroměrech jso v princip následjící: 8 IN d i d Q HP IN d i s Q d i Q 4 / 4 N d i d i d d i d i d P I U P S Q sin h h h h I U Q

9 Měření jalové energie požadovaná fnce popis meriy Sandardy ČSN N 65- ČSN N 65- ČSN N 65-4 preferjí jalovo slož na záladní harmonicé frevenci Q h U h I h sin h esovací body specifiované výše vedenými sandardy vša splní i další nicméně za reálných podmíne moho dáva velmi rozdílné výsledy Měřící algorimy jalového výon a energie jso dle OBIS ódů rozlišeny následovně: - nespecifiováno; - vypočeno ze záladní harmonicé napěí a prod fázových; - doplně polyfázovém činném výon do polyfázového zdánlivého výon; - doplně fázového činného výon fázovém zdánlivém výon. Déla měřicího ona pro měření jalové energie je ypicy shodná s měřicím onem pro měření činné energie Dále probíhá agregace přes jednolivé fáze řízení a mlace v regisrech obdobně se zpracování činných energií za měřicí ono rozdíl je v možné závislosi na výsled řízení činné energie: dva či čyři regisry jalové energie. 9

10 Saicé eleroměry činné energie v podmínách aivních disribčních síí Sovisející reglace pro dosažení očeávané a správné /řádné fnce sysém neúplný výče Disribční sosava h Spořebiče Odběrael??? V miro zdroj Odběrael h Spořebiče Záon č. 458/ Sb. nergeicý záon Vyhláša č. 54/5 Sb. Vyhláša o valiě dodáve eleřiny a sovisejících slžeb v eleroenergeice Vyhláša č. 6/6 Sb. Vyhláša o podmínách připojení elerizační sosavě Pravidla provozování disribčních sosav N 56 N 6-4-Y Záon č. 55/99 Sb. Záon o merologii Nařízení vlády č. /6 Sb. Nařízení vlády o poszování shody měřidel Vyhláša č. 8/ Sb. Vyhláša o měření eleřiny a o způsob sanovení náhrady šody při neoprávněné dodávce MID harm. sandardy N 547-X Záon č. 9/6 Sb. Záon o poszování shody sanovených výrobů při jejich dodávání na rh Záon č. /997 Sb. Záon o echnicých požadavcích na výroby a o změně a doplnění něerých záonů Nařízení vlády č. 7/6 Sb. Nařízení vlády o poszování shody výrobů z hledisa eleromagneicé ompaibiliy při jejich dodávání na rh Sobor harmonizovaných sandardů menové záladní a výrobové N 6-6-Y N 6--Y N 6-4-Y

11 Vymezení sovislosí s nesprávným či chybným měřením Saicé eleroměry činné energie v podmínách aivních disribčních síí Disribční sosava h Spořebiče Odběrael??? V miro zdroj Odběrael h Spořebiče Poenciální zhoršení valiy napěí v Nesymerii napěí Veliosi napěí Kolísání napěí Zreslení vlny napěí Vysoo-frevenční V ršení Míra zhoršení rčena podmínami připojení a úrovní ršení generovaného zdrojem ršení Možné ovlivnění měření Nesprávné Chybné měření sečně prošlé energie vyrobené a spořebované Míra ovlivnění dána merio a eleromagneico odolnosí Poenciálně sovisející ršivé jevy Nesymerie zaížení ve smysl odběr i dodávy Velios zaížení variace mezi odběrem a dodávo Rychlé změny zaížení ve smysl odběr i dodávy Nelinearia sysémů V ršení Vzni a úroveň ršení jso rčeny onréním řešením echnologie zařízení opologie řízení připojení

12 Nesomísná spořeba Neoordinovaná a nesymericá výroba a spořeba Výroba i spořeba jso sponánní aální výroba rčena osviovými podmínami a spořeba echnologicými a živaelsými pořebami Zdroj a spořebiče jso připojeny do f sysém nesymericy Výroba a spořeba může bý sodobá ale nemsí bý není somísná N h P f? Sřídač Spořebič Měření sečně prošlé energie nergie vyrobená v jedné fázi a spořebovaná v drhé i dyž ve sejný čas msí bý směněna přes disribční sysém Zdroj f 45v Mezi-fázová výměna energie způsobje zráy přiom dřívější sočové eleroměry zaznamenají při sodobém ději poze saldo rozdíl energií Newaový výon Newaový výon Činný výon Spořebič

13 Nesomísná spořeba Měření sečně prošlé energie Vyhlášo č. 8/ Sb. zavedena agregace činné energie do regisrů eleroměrů po jednolivých fázových energiích měření po fázích probíhalo vždy Agregace vyrobené a spořebované činné energie po fázích moivje zodpovědné fázové oordinaci zdroje a záěže Ršivé jevy a vliv na vali napěí Dodáva energie do síě zvyšje velios napěí což může neacepovaelně narši oncep oordinace veliosi napěí v DS Sočasná dodáva do jedné fáze a odběr z drhé fáze zvyšje resp. snižje napěí v ěcho fázích a ím může dojí e zvýšení nesymerie f napěťové sosavy Zavedeny mezní výony nesymericých zdrojů 6 A/fázi Vyhlášo č. 6/6 Sb.se zavádí že mirozdrojů v režim zv. zjednodšeného připojení není dovolena dodáva do síě a impedance připojení nesmí bý věší než definovaná 47 Ω pro zdroje do 6 A; 75 Ω pro zdroje do A

14 Rychlé změny mezi spořebo a dodávo činné energie V sysémech se zdroji V paralelně provozovanými s DS a mísní spořebo je vyvolána pořeba řízení bilance energií: P? Snaha provozovaelů na záladě sočasně planého eonomicého model Sřídač dosáhno finančních úspor h Sočasné legislaivně-echnicé podmíny eré zvýhodňjí a zároveň vyžadjí spořeb elericé energie vyrobeno v paralelně provozovaném zdroji s DS v mísě. Řízení bilance je nné jeliož po věšin doby neorelje výroba se spořebo oamžiá výroba je rčená aálními osviovými a limaicými podmínami a věšina spořeby je řízena oamžiými pořebami živaelů není přirozeně zajišěna bilance výonů mezi dodávo a odběrem. Možná logicá řešení: Pro účely zajišění vyváženosi je nné realizova reglaci na sraně výroby. Což je nepřijaelné? na drho sran řešení jso již na rh dospná A/nebo na sraně spořeby zavedením řízené spořeby erá vyžívá přebye elericé energie do časově přeložielné spořeby s amlačním poenciálem např. do epla Pro zajišění bilance se v sočasné době nejčasěji vyžívá reglace na sraně spořeby. ao řízená spořeba pa msí bý reglovaelná. Nejjednodšším způsobem je šířověplsní reglace PR jina spořebičů s fixním příonem. Neřízená záěž 4

15 Zajišění bilance energie pomocí PR reglace řízené AC spořeby Pro dosažení nlové energeicé bilance v mísě měření je požio rychlého řízeného spínání a vypínání věšino epelných záěží vyznačjících se odložielno spořebo a amlačním poenciálem Pro rychlé spínání požiy SSR ZCS nebo s fázovo reglací Rychlé změny mezi spořebo a dodávo činné energie h P? Konrolér Sřídač SSR R Neřízená záěž Řízená PR odporová záěž V podsaě se jedná o plsně-šířovo reglaci PR erá zajišťje poze zdánlivě plynlo reglaci a fiivní vyváženos mezi výonem zdroje a příonem záěží nergeicá bilance pracje a princip R ON C c G c PG P P C M R N P P R ON Doba měřícího ona eleroměrů G C c -P G P h P R P G P P ON C P R A vyžívá slabiny v merice sočasných eleroměrů 5

16 Rychlé změny mezi spořebo a dodávo činné energie Zajišění bilance energie pomocí PR reglace řízené AC spořeby ypicá/možná inegrace s onrolérem přebyů výroby z PV zdrojů N leroměr IR S HDO Převodní prod leroměr zeleného bons Snímač plsů Sřídač PVpanely Neřízená záěž Řízená záěž SMPS Snímač plsů PI & A Syač R DI MCU A + - SSR ZCS M R 4-mA/ -V SSR PhReg R Konrolér... Obchodní označení yp Výrobce disribor GreenBonO aroer Nconrol Power Balancer YORIX SOAR conrols Nconrol X-S X CRONI C UDM6 CARO GAVAZZI NIKA Vzhled 6

17 Rychlé změny mezi spořebo a dodávo činné energie Zajišění bilance energie pomocí PR reglace řízené AC spořeby Záladní spínací cyly jso Hz fázový regláor a. 5 Hz SSR ZCS Čás energie ze zdroje je ransporována do spořebičů přes disribční sosav erá je požia jao ráodobý amláor Měření sečně prošlé energie leroměr neregisrje s ohledem na meri energii podle sečných oů zaznamená poze případné saldo a čás energie erá je ráodobě amlována v DS ale vyžívá její apaci a opě způsobje zráy Magnide i i G ime ms 7

18 Rychlé změny mezi spořebo a dodávo činné energie Měření sečně prošlé energie Přílad Average Power : :45 4: ime HH:MM HPPM-xHP HPPM-xHP HPPM-5xHP HPPM-xHP HPPM-xHP HPPM-5xHP HPPM-xHP M Půl-periodový eleroměr s nasavielno inegrací NxHP xhp xhp 5xHP xhp xhp 5xHP xhp lm a r+ h r- h r+ % r- %

19 Rychlé změny mezi spořebo a dodávo činné energie Ršivé jevy a vliv na vali napěí S řízením spořeby pomocí PR s rychlým spínání jso spojeny ři zásadní ršivé jevy způsobjící olísání napěí harmonicé zreslení napěí a spraharmonicé ršení do cca Hz. První v případě požií spínačů SSR ZCS a drhé dva při požií fázových regláorů PR je sandardním procesem požívaným řady spořebičů nicméně je výonově a frevenčně čenosí spínání omezena a aby splnili požadavy na MC z hledisa emisí N 6-- olísání napěí N 6-- harmonicé N 55XX vf ršení Problémem je že jso sandardně v éo apliaci spínány výony což vede v případě SSR na značné olísání napěí a bliání svěelných zdrojů a v případě fázových regláorů a generování významných harmonicých a ršení v pásm do Hz Z maemaicého model vyplývá že z hledisa planých sandardů pro emise jso mezní nominální výony spínaných PR odporových záěží cca. poze z hledisa Ps pro Pl.65 jso nižší přibližně 7 Je zřejmé že sysémy reglace jso požívány nerčeným způsobem výrobci onrolérů o om samozřejmě ví ale alibisicy poazjí na chyby něde jinde 9

20 ON minance-emporal flicer frevence Hz /

21 Ději za pozornos Kona: Jiří Drápela Vysoé čení echnicé v Brně ala eleroechniy a omniačních echnologií Úsav eleroenergeiy echnicá 8/ 66 Brno el: drapela@feec.vbr.cz drapela@ieee.org