Реферат: Реферат наукової роботи

РЕФЕРАТ

наукової роботи

«Розвиток теорії та створення адаптивних засобів вимірювання параметрів електричної енергії високовольтних електроенергетичних об'єктів»

авторського колективу вчених:

1) Мірошниченка Геннадія Олександровича – інженера ІІ категорії відділу контролю параметрів електромагнітних процесів (№11) Інституту електродинаміки Національної академії наук України;

2) Танкевича Сергія Євгенійовича – кандидата технічних наук, наукового співробітника відділу моделювання електроенергетичних об’єктів та систем (№3) Інституту електродинаміки Національної академії наук України.


Сучасні тенденції розвитку електроенергетики України, відповідно до “Енергетичної стратегії України на період до 2030 року”, орієнтовані на постійне зростання ролі інформаційного компоненту в керуванні електроенергетичними об’єктами (ЕЕО), на формування в Україні концепції інноваційного перетворення електроенергетики на основі Smart Grid, а також на значне розширення можливостей цифрової техніки у забезпеченні надійної та економічної роботи електроенергетичних систем (ЕЕС).

Саме з вищевказаних причин, в електроенергетиці іде процес широкого впровадження цифрових вторинних систем вимірювання, обліку, моніторингу, релейного захисту, протиаварійної автоматики та диспетчеризації. За таких умов при вимірюванні режимних параметрів ЕЕС набула особливої ваги та гостроти проблема функціональної та інформаційної сумісності давачів струму та напруги високовольтних ЕЕО з компонентами таких цифрових систем. Вирішенням цього питання може стати створення адаптивних вимірювальних перетворювачів струму та напруги (АВПСН) з цифровим представленням інформації. Мова іде про високовольтний комплексний і проблемно-орієнтований засіб вимірювання в складі двох груп фазних електромагнітного, оптичного чи іншого виду давачів інформації одного електричного приєднання і об’єднуючого їх електронного блоку. Електронна частина такого перетворювача виконує ряд функцій типу інтелектуальної поведінки (зміну алгоритму функціонування на основі аналізу ситуації, корекцію похибок, самодіагностику тощо).

Тому, розробка теоретичних основ створення такого роду давачів інформації про струм та напругу ЕЕО, а також розвиток нормативного підґрунтя для їх практичного застосування в енергосистемі України, є важливими кроками на шляху вирішення вище згаданих проблем. Це забезпечується, насамперед тому, що ці давачі характеризуються повною електромагнітною та інформаційною сумісністю з цифровими автоматизованими системами керування ЕЕО та здатні забезпечувати цифровими даними вимірювань такі системи.

Також, впровадження конкурентних моделей ринків електричної енергії висуває ряд нових та специфічних вимог до організації процесів збору та аналізу не тільки технологічних параметрів роботи ЕЕО, але також і інформації для комерційного обліку та вимірювання параметрів електричної енергії. Забезпечення виконання таких вимог потребує впровадження новітніх засобів вимірювання параметрів електричної енергії.

Таким чином, в роботі вирішено важливу науково-технічну проблему підвищення точності, повноти, безпеки та надійності отримання інформації про параметри електричної енергії високовольтних електроенергетичних об’єктів.

Метою наукової праці є розвиток теоретичних засад та створення комплексу адаптивних засобів вимірювання параметрів електричної енергії високовольтних електроенергетичних об’єктів, що забезпечували б задану точність, повноту, безпеку та надійність отримання інформації, і мали б змогу ефективно функціонувати у єдиній системі, відповідно до вимог міжнародних стандартів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

розроблено комплексний підхід та науково-технічне підґрунтя до побудови та випробувань адаптивних засобів вимірювання параметрів електричної енергії високовольтних електроенергетичних об’єктів, що забезпечують задану точність, безпеку та надійність отримання інформації, і ефективно здійснюють обмін інформацією у єдиній системі, відповідно до вимог міжнародних стандартів та поєднують в собі первинні вимірювальні перетворювачі із цифровими виходами із високоточними, багатофункціональними лічильниками електричної енергії;

удосконалено метод вимірювання струмів та напруг високовольтних ЕЕО шляхом введення у вимірювальне коло, безпосередньо біля давача інформації, електронного блоку, який реалізує процедуру перетворення виміряного сигналу у числову форму і забезпечує необхідні точність, завадостійкість та фіксацію часу вимірювання;

вперше визначено основні технічні вимоги та обґрунтовано структурні рішення щодо побудови адаптивного вимірювального перетворювача струму та напруги, який, на відміну від існуючих вимірювальних трансформаторів, буде інформаційно сумісним з цифровими системами керування ЕЕО високої напруги.;

розроблено метод цифрової корекції похибки вимірювання струму АВПСН в усталених режимах роботи ЕЕО програмними засобами з використанням теорії штучних нейронних мереж на основі радіально-базисних функцій, реалізація якого забезпечує високу точність АВПСН в усьому заданому діапазоні вимірювання без додаткових затрат на апаратні засоби;

визначено і обґрунтовано найбільш прийнятний та перспективний для сучасної вітчизняної електроенергетики варіант побудови комунікаційної системи на нижньому рівні автоматизованих систем керування ЕЕО, який забезпечує необхідну надійність, достовірність та швидкість одержання і передачі вимірювальної інформації про струм та напругу ЕЕО та потребує мінімуму витрат на її впровадження;

вперше доведено існування впливу швидкозмінних параметрів електричної мережі на результат вимірювання електричної енергії, що дозволило підвищити точність її вимірювання;

розроблено алгоритм дослідження впливу динамічних параметрів електричної мережі на засоби вимірювання параметрів електричної енергії, що дозволило його подальше використання в метрологічній атестації засобів обліку електричної енергії для підвищення її достовірності.

Практична значимість одержаних результатів полягає в наступному:

розроблено принципи побудови джерел для відтворення обвідних струмів і напруг мережі, що дозволило досліджувати динамічні характеристики засобів обліку електричної енергії та вплив обвідних струмів на точність вимірювання;

розроблено технічне завдання на створення АВПСН з визначенням структури, елементної бази та етапів практичної реалізації цього пристрою;

розроблена методика цифрового коригування похибки вимірювання струму АВПСН в усталених режимах роботи ЕЕО, що дозволяє її використання у темпі процесу вимірювання, за умови реалізації роботи штучних нейронних мереж на рівні контролера електронного блоку АВПСН;

розроблено проект методики випробувань АВПСН, що дозволяє здійснювати контроль заданих метрологічних характеристик та його інформаційної сумісності з іншими компонентами вимірювальної системи на підстанції;

створено нормативну основу для впровадження адаптивних засобів вимірювання параметрів режиму ЕЕО шляхом гармонізації ряду міжнародних стандартів серії «Комунікаційні мережі та системи на підстанціях».

Результати отримані в ході виконання роботи були використані в розробці і впровадженні у серійне виробництво засобів обліку електричної енергії.

Обґрунтованість і достовірність одержаних в роботі результатів підтверджується їх узгодженістю та повною відповідністю вимогам міжнародних стандартів, а також коректністю використання математичного апарату, а саме штучних нейронних мереж, та теорії похибок вимірювання. Отримані результати щодо методик цифрового коригування вихідного сигналу АВПСН підтверджуються виконаними експериментальними розрахунками з використанням реальних даних вимірювань.

Одержані результати є достатніми для виготовлення дослідних зразків вимірювальних перетворювачів струму та напруги та знайшли практичне застосування при створенні ряду конкретних засобів вимірювання параметрів електричної енергії.

Інша інформація, що характеризує роботу.

Загальна кількість публікацій авторів за тематикою роботи – 19.

Отримані результати пройшли апробацію та обговорювалися на 11 міжнародних науково-технічних конференціях та наукових і науково-технічних семінарах: «Електроенергетичні та електромеханічні системи» (м. Львів, 2009 р.), «Енергетичні ринки» (с.м.т. Курортне, 2010, 2011 рр.), «Проблеми сучасної електротехніки» (м. Київ, 2010 р.), «Інтелектуальні енергетичні системи» (м. Свалява, 2010, 2011 рр.), «Силова електроніка та енергоефективність» (м. Алушта, 2010, 2011 рр.), «Сучасні інформаційні та електроні технології» (м. Одеса, Україна, 2010, 2011 р.р.), «Оптимальне керування електроустановками» (м. Вінниця, 2011 р.), а також на наукових семінарах Інституту електродинаміки НАН України (ІЕД НАН України).

Порівняння з кращими вітчизняними та зарубіжними аналогами.

Перші спроби створення цифрових трансформаторів струму для високовольтних ЕЕО проводились в ІЕД НАН України ще в 90-х роках минулого сторіччя. Але в той час роботи велися за умов відсутності як вітчизняного, так і міжнародного нормативного регулювання в цій сфері техніки. Подібні розробки щодо створення цифрових трансформаторів струму проводяться на території Китаю, деяких країн Європейського Союзу та Російської Федерації головним чином в Івановському державному енергетичному університеті. Також електронні вимірювальні перетворювачі з давачем оптичного типу виготовляються фірмою «ABB Power Transmission» і корпорацією "Next Phase" (Канада). Але враховуючи їх вартість та певні особливості вітчизняних енергосистем розробка адаптивного високовольтного вимірювального перетворювача струму та напруги не має аналогів у світі.

За своїми техніко-економічними показниками засоби обліку електричної енергії, що були створені із застосуванням результатів даної наукової праці не мають аналогів як в Україні так і в світі. Ефективність використання комплексу засобів вимірювання параметрів електричної енергії як єдиної системи досягається за рахунок визначення та обґрунтування найбільш прийнятної та перспективної для сучасної вітчизняної електроенергетики схеми організації інформаційної взаємодії вимірювальних трансформаторів з компонентами автоматизованих систем керування підстанціями, яка забезпечує необхідну надійність, достовірність та швидкість одержання і передачі вимірювальної інформації про струм та напругу ЕЕО та потребує мінімуму витрат на її впровадження.

Впровадження результатів наукової праці.

Результатом роботи є впровадження в серійне виробництво засобів обліку електричної енергії і застосування їх у підприємствах Міненерговугілля України, в побутовому секторі, та на промислових підприємствах.

Теоретичні дослідження, зроблені в ході роботи, знайшли подальше використання в розробці нових прецизійних засобів перетворення струмів.

Розроблені теоретичні положення та практичні результати знайшли застосування у науково-дослідній діяльності ІЕД НАН України.

Результати роботи використано в розроблених проектах ДСТУ «Комунікаційні мережі та системи на підстанціях», що знаходяться на затвердженні в Держспоживстандарті України.

За тематикою наукової праці було виконано дослідження за пріоритетним напрямом розвитку науки в Україні «Енергетика та енергоефективність» в рамках 7 науково-дослідних робіт: НДР «Дослідження та розробка методів і засобів оцінки та контролю параметрів режимів електроенергетичних об’єктів та електричних мереж, в тому числі з нелінійними та нестаціонарними навантаженнями», шифр «МОНІТОР», № ДР 0107U002702; НДР «Розробити методи та засоби моніторингу та керування енергосистемами для підвищення стійкості та надійності їх функціонування», шифр «МОНІТОР К», № ДР 0109U007911; інноваційний проект «Розробка регіональної системи моніторингу перехідних режимів на базі Кримської електроенергетичної системи ДП «НЕК «Укренерго», шифр 453-09, № ДР 0710U002614; НДР «Розвинути теоретичні засади, розробити методи та засоби автоматизації розв’язання задач відновлення електропостачання споживачів на рівні енергопостачальної компанії з урахуванням функціонування в умовах ринку», шифр «Ренесанс», № ДР 0108U001112; НДР «Розвиток наукових основ створення засобів моніторингу, діагностики та керування електроенергетичними системами та об’єктами», шифр «Діамант-2», № ДР 0107U002701; договір №379 «Дослідження та розробки в галузі приладобудування та електроніки. Надання міжнародним стандартам статусу національних» з ДП «НЕК «Укренерго».

Економічна ефективність.

Перевагою створених широкодіапазонних засобів обліку електроенергії з використанням цифрових вимірювальних трансформаторів є їх розширений динамічний діапазон і, як результат, змога заощадити електроенергію та отримання значного економічного ефекту. За розрахунками ІЕД НАН України він складає до 2,9 млн. гривень у рік на 1000 одиниць таких приладів.

Підтверджений економічний ефект від впровадження засобів обліку електричної енергії складає 200 тисяч гривень на рік.

Використання методу цифрового коригування похибки вихідного сигналу вимірювальних перетворювачів в усталених режимах роботи ЕЕО дозволяє зменшити цю похибку у всьому діапазоні вимірювань струму в межах (0,01–1,2)I1ном, а для режиму роботи ЕЕО за малих струмових навантажень дає можливість досягти зменшення похибки до 3 разів.

Висновок.

Таким чином, наукова робота «Розвиток теорії та створення адаптивних засобів вимірювання параметрів електричної енергії високовольтних електроенергетичних об'єктів», в якій вирішено важливу науково-технічну задачу підвищення точності, повноти, безпеки та надійності отримання інформації про параметри електричної енергії високовольтних електроенергетичних об’єктів, має значну наукову цінність та практичну значимість, що підтверджується значним обсягом впровадження та інноваційним характером отриманих результатів, їх визнанням науковою спільнотою. Створення та впровадження адаптивних засобів вимірювання параметрів режиму ЕЕО відповідно до вимог міжнародних стандартів, сприятиме прискоренню набуття ОЕС України характеристик та показників функціонування сучасного енергооб’єднання, що повністю відповідає вимогам ENTSO-E.


Інженер ІІ кат.

ІЕД НАН України Мірошниченко Г.О.


Наук. співр. ІЕД НАН України

канд. техн. наук Танкевич С.Є.