Îmbunătăţirea calităţii energiei electrice şi a eficienţei energetice în sisteme electrice...

Universitatea Transilvania din Braov

coala Doctoral Interdisciplinar

Centrul de cercetare: Sisteme electrice avansate

Ing. Dipl. Ctlin Nicolae MIHAI

mbuntirea calitii energiei electrice

i a eficienei energetice n

sisteme electrice de distribuie

Improvement of power quality and energy efficiency in

distribution electrical systems

Rezumatul tezei de doctorat

Ph.D. Thesis Summary

Conductor tiinific

Prof. dr. ing. Elena HELEREA

BRAOV, 2013

MINISTERUL EDUCAIEI NAIONALE

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV

BRAOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENA

Comisiei de doctorat

Numit prin ordinul Rectorului Universitii Transilvania din Braov Nr. 6063 din 30.09.2013

PREEDINTE: Conf.univ.dr.ing. Carmen GERIGAN DECAN, Facultatea de Inginerie Electric i tiina Calculatoarelor, Universitatea Transilvania din Braov

CONDUCTOR TIINIFIC: Prof.univ.dr.ing. Elena HELEREA

Universitatea Transilvania din Braov

REFERENI: Prof.univ.dr.ing. Clin MUNTEANU

Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca

Col. prof.univ.dr.ing. Marian PEARSIC

Academia Forelor Aeriene Henri Coand Braov

Prof.univ.dr.ing. Marius GEORGESCU Universitatea Transilvania din Braov

Data, ora i locul susinerii publice a tezei de doctorat: vineri, 15.11.2013,

ora 10, n Aula Sergiu T. Chiriacescu a Universitii Transilvania din Braov,

sala U.II.3.

Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii v rugm s le

transmitei n timp util, pe adresa Universitii Transilvania din Braov, Catedra de

Inginerie Electric a Facultii de Inginerie Electric i tiina Calculatoarelor.

Totodat v invitm s luai parte la edina public de susinere a tezei de

doctorat.

V mulumim.

3

CUPRINS

Pg. teza

Pg.

rezumat

INTRODUCERE 1 7

Capitolul 1. CONCEPTUL I COSTURILE CALITII ENERGIEI ELECTRICE 6 10

1.1. Evoluia conceptului de calitate a energiei electrice 6 10 1.2. Costurile calitii i eficiena energetic 9 - 1.3. Setul indicatorilor de calitate ai energiei electrice 11 11 1.4. Variaia de frecven 13 12 1.5. Variaia de tensiune 16 13

1.5.1. Variaii lente de tensiune 17 13 1.5.2. Supratensiuni temporare 19 14

1.5.3. Goluri de tensiune 21 14 1.5.4. Fluctuaii de tensiune 24 15

1.6. Deformarea undelor de curent i tensiune 26 16 1.7. Nesimetria sistemelor trifazate de tensiuni i cureni 29 17 1.8 Concluzii 30 17

Capitolul 2. METODE I PROCEDEE DE MONITORIZARE A INDICATORILOR DE CALITATE A ENERGIEI ELECTRICE 32 18

2.1. Perturbaiile conduse n sistemul energetic 32 18 2.2. Monitorizarea perturbaiilor conduse 35 18-

2.2.1. Monitorizarea variaiilor de frecven 37 18 2.2.2. Monitorizarea variaiilor lente de tensiune 39 19 2.2.3. Monitorizarea supratensiunilor temporare 42 21 2.2.4. Monitorizarea golurilor de tensiune 44 21 2.2.5. Monitorizarea fluctuaiilor de tensiune i a flickerului 47 22 2.2.6. Monitorizarea regimului deformant 50 24 2.2.7. Monitorizarea nesimetriei sistemelor trifazate de tensiuni i cureni 54 25

2.3. Analiza statistic descriptiv n caracterizarea indicatorilor de calitate a energiei electrice 55 25

2.3.1. Statistic descriptiv 56 26 2.3.2. Studiul de caz: Stabilirea indicatorilor variaiei de tensiune ntr-o reea electric de distribuie 61 27 2.3.3. Studiul de caz: Stabilirea indicatorilor variaiei de tensiune la un consumator industrial 67 -

2.4. Concluzii 72 32

Capitolul 3. CALITATE I EFICIEN N REELE ELECTRICE DE DISTRIBUIE 74 33

3.1. Particularitile reelelor electrice de distribuie 74 33 3.2. Consumatorul de sarcin electroenergetic 76 33

3.2.1. Clasificarea i modelarea consumatorului 76 33 3.2.2. Caracterizarea sarcinilor electroenergetice 78 34

3.3. Consumul propriu tehnologic 81 34 3.3.1. Consumul strategic de energie n Romnia 81 34 3.3.2. Piaa de energie electric i tarifarea 82 - 3.3.3. Cercetri privind evaluarea consumului propriu tehnologic 84 - 3.3.4. Metode de evaluare a consumului propriu tehnologic 85 35 3.3.5. Metode de reducere a consumului propriu tehnologic 91 37

3.4. Reducerea consumului propriu tehnologic prin modernizri la posturile de transformare 93 37

4

3.4.1. Necesitatea studiului i situaia existent 93 37 3.4.2. Procedura de evaluare a eficienei energetice la transformatoare 99 39 3.4.3. Fundamentarea soluiei de reducere a consumului tehnologic 104 42

3.5. Concluzii 112 46

Capitolul 4. INDICATORI SPECIFICI I METODE DE ANALIZ A CURBELOR DE SARCIN 114 47

4.1. Necesitatea modelrii i analizei curbelor de sarcin 114 47 4.1.1. Profilul de sarcin 116 - 4.1.2. Indicatori specifici de caracterizare a curbei de sarcin 118 47 4.1.3. Aplatizarea curbelor de sarcin 122 -

4.2. Prognoza consumului de energie i putere 124 48 4.2.1. Analiza comparativ asupra metodelor de prognoz 126 48 4.2.2. Prognoza cu metoda factorilor de modulaie 127 - 4.2.3. Prognoza cu metoda seriilor de timp 131 49 4.2.4. Influena factorilor meteorologici 132 - 4.2.5. Prognoza cu metoda reelelor neuronale artificiale 133 - 4.2.6. Metode analitice pentru prognoza consumului de energie 135 50

4.3. Studiul de caz: Analiza datelor i prognoza curbelor de sarcin la perioade lungi de msurare 136 51

4.3.1. Analiza curbelor de sarcin la un consumator industrial 139 52 4.3.2. Dezvoltarea unei proceduri pentru prognoza cu analiza seriilor de

timp 143 56

4.4. Concluzii 147 62 Capitolul 5. SISTEM DE MONITORIZARE A INDICATORILOR DE

CALITATE A ENERGIEI ELECTRICE N SISTEMELE ELECTRICE DE

DISTRIBUIE 148 60 5.1. Necesitatea monitorizrii indicatorilor de calitate a energiei electrice 148 60 5.2. Condiii de realizare a monitorizrii 151 60 5.3. Dezvoltarea soluiei software i date de intrare 153 61 5.4. Descrierea softului de analiz a calitii energiei electrice 154 62 5.5. Rezultate obinute cu soluia software dezvoltat 164 64 5.6. Concluzii 172 70

Capitolul 6. CONCLUZII FINALE I CONTRIBUII PERSONALE 173 71 BIBLIOGRAFIE 179 77

ANEXE 185 -


Curriculum Vitae 81

TABLE OF CONTENTS

Pg. teza

Pg.

rezumat

INTRODUCTION 1 7

Chapter 1. THE CONCEPT AND THE COSTS POWER QUALITY 6 10 1.1. The evolution of the power quality concept 6 10 1.2. Quality costs and energy efficiency 9 - 1.3. The set of power quality indicators 11 11 1.4. Frequency variation 13 12

1.5. Voltage variation 16 13 1.5.1. Slow voltage variations 17 13 1.5.2. Temporary surges 19 14 1.5.3. Voltage dips 21 14

5

1.5.4. Voltage fluctuations 24 15 1.6. Deformation of current and voltage waveforms 26 16 1.7. Unbalance of three phase systems of voltages and currents 29 17 1.8 Concluzii 30 17

Chapter 2. METHODS AND PROCEDURES FOR MONITORING POWER

QUALITY INDICATORS 32 18 2.1. Perturbaiile conduse n sistemul energetic 32 18 2.2. The monitoring of conducted disturbances 35 18-

2.2.1. The monitoring of frequency variations 37 18 2.2.2. The monitoring of slow voltage variations 39 19 2.2.3. The monitoring of temporary surges 42 21 2.2.4. The monitoring of voltage dips 44 21 2.2.5. The monitoring of voltage fluctuations and flicker 47 22

2.2.6. The monitoring of the distorting regime 50 24 2.2.7. The monitoring of three phase voltages and currents systems

unbalance 54 25 2.3. Descriptive statistical analysis in the characterization of power quality

indicators 55 25 2.3.1. Descriptive statistics 56 26 2.3.2. Case Study: Establishing voltage variation indicators in a power

distribution network 61 27 2.3.3. Case Study: Establishing voltage variation indicators for an

industrial consumer 67 - 2.4. Conclusions 72 32

Chapter 3. QUALITY AND EFFICIENCY IN ELECTRIC DISTRIBUTION

NETWORKS 74 33 3.1. The particularities of electricity distribution networks 74 33 3.2. Electrical energy load consumer 76 33

3.2.1. The classification and modelling of the consumer 76 33 3.2.2. The characterization of power loads 78 34

3.3. Own technological consumption 81 34 3.3.1. Strategic energy consumption in Romania 81 34 3.3.2. Electricity market and pricing 82 - 3.3.3. Researches regarding the assessment of own technological

consumption 84 - 3.3.4. Methods of assessing own technological consumption 85 35 3.3.5. Methods to reduce own technological consumption 91 37

3.4. Reducing own technological consumption by upgrading transformers 93 37 3.4.1. The necessity of this study and the existing situation 93 37 3.4.2. The procedure for assessing transformer energy efficiency 99 39 3.4.3. Substantiation of solutions to reduce own technological consumption 104 42

3.5. Conclusions 112 46 Chapter 4. SPECIFIC INDICATORS AND METHODS FOR ANALYZING

LOAD CURVES 114 47 4.1. The need for modelling and analysis of load curves 114 47

4.1.1. Load profile 116 -

4.1.2. Specific indicators for characterizing the load curve 118 47 4.1.3. The flattening of the load curves 122 -

4.2. Power consumption forecast 124 48 4.2.1. Comparative analysis of forecasting methods 126 48 4.2.2. Modulation factors forecast method 127 -

4.2.3. Time series forecast method 131 49 4.2.4. The influence of meteorological factors 132 -

6

4.2.5. Artificial neural networks forecast method 133 - 4.2.6. Analytical methods for forecasting energy consumption 135 50

4.3. Case Study: Data analysis and load curves forecast for long periods of

measurement 136 51 4.3.1. Analysis of the load curves at an industrial consumer 139 52 4.3.2. Development of a procedure for time series analysis Forecasting 143 56

4.4. Conclusions 147 62 Chapter 5. SYSTEM OF MONITORING POWER QUALITY INDICATORS IN

ELECTRICAL DISTRIBUTION SYSTEMS 148 60 5.1. The necessity of monitoring power quality indicators 148 60 5.2. Conditions for carrying out the monitoring 151 60 5.3. Developing software solutions and input data 153 61 5.4. Description of the power quality analysis software 154 62 5.5. Results obtained with the developed software solution 164 64 5.6. Conclusions 172 70

Chapter 6. FINAL CONCLUSIONS AND PERSONAL CONTRIBUTIONS 173 71 Bibliography 179 77 Annexes 185 -

Abstract short

Curriculum Vitae 81

n rezumat s-au pstrat notaiile figurilor, relaiilor, tabelelor i referinelor bibliografice din teza de doctorat.


7

INTRODUCERE Definirea contextului general

Prezenta tez de doctorat abordeaz aspecte legate de calitatea energiei electrice i creterea eficienei energetice n sistemele electrice de distribuie.

Prioriti n cercetarea tiinific

Cercetarea din cadrul tezei de doctorat se nscrie n prioritile Planului Naional de Cercetare, Dezvoltare i Inovare 2007-2013, n domeniul de cercetare: Energie, cu direcia de cercetare 2.1 Sisteme i tehnologii energetice durabile; securitate energetic, avnd ca tem de cercetare: creterea eficienei energetice pe ntregul lan energetic i n domeniul de cercetare Tehnologia Informaiei i Comunicaii, cu direcii de cercetare 1.6 Tehnologii pentru sisteme distribuite i sisteme incorporate, avnd ca tema de cercetare: metode, modele i algoritmi de simulare i optimizare pentru rezolvarea unor problem complexe din tiin, inginerie, economie i societate. Actualitatea i necesitatea cercetrii

n prezent, s-a accentuat preocuparea consumatorilor, a fabricanilor de echipamente i a companiilor de distribuie a energiei electrice pentru asigurarea calitii energiei. Problematica actual este concentrat, n principal, n urmtoarele direcii: 1. Promovarea cercetrilor privind calitatea energiei electrice pentru stabilirea unor

instrumente de compatibilizare ntre cerinele consumatorilor i oferta furnizorului de energie electric i fundamentarea msurilor mai mult sau mai puin radicale privind penalizarea noncalitii (conform concepiei actuale, consumatorii care depesc limitele de perturbaii alocate sunt deconectai) sau de msuri stimulative, ca tarifele modulate.

2. Dezvoltarea de metode de msurare comparabile i controlabile a indicatorilor de calitate a energiei electrice;

3. Introducerea unor standarde i precizarea unor obligaii omogene din partea furnizorului, stabilite de o autoritate autonom care s protejeze consumatorul, cu mbuntirea metodelor de diseminare a informaiei referitoare la coninutul noilor standarde de calitate.

Pn acum paii pentru atingerea unor obiective ale calitii energiei electrice constituiau o problem intern a furnizorului de energie electric, cu soluii globale, deoarece producerea, transportul i distribuia energiei electrice erau integrate pe vertical. Odat cu deschiderea pieei de energie, introducerea reglementrilor i restructurarea sectorului energetic, au aprut probleme complexe, cu actori noi i intermediari n piaa de energie: brokeraj, productori privai, retailers etc.

n aceast situaie, contractele ntre pri trebuie s includ niveluri adecvate ale calitii energiei electrice, iar reglementatorii trebuie s impun penaliti specifice pentru nerealizarea unor obiective de baz ale calitii energiei electrice. Pentru a fundamenta aceste obiective, reglementatorul are nevoie de analize comparative ntre diferite sisteme, cu noi date privind seturile de indicatori monitorizai, n special cu acelai tip de aparate de msur sau care s se bazeze pe metode similare i adecvate de msurare i monitorizare.

Pe alt parte, pentru satisfacerea compatibilizrii ntre oferta de energie electric a furnizorului i cerinele consumatorului sunt necesare eforturi din partea tuturor prilor implicate: furnizorul de energie electric, consumatorul i fabricantul de echipamente, rolul esenial revenind cercetrii. Exist ns limitri n ceea ce privete abordarea problematicii calitii energiei

mbuntirea calitii energiei electrice i a eficienei energetice n sistemele electrice de distribuie

8

electrice, n special n cazul monitorizrii perturbaiilor care determin non-calitatea. Scopul indicatorilor de calitate a energiei electrice este de a defini modul de evaluare a diferitelor tipuri de perturbaii, n vederea caracterizrii sistemelor de alimentare cu energie electric i compararea lor cu un set de obiective (standarde) de calitate. Metodele actuale de monitorizare reflect situaia ntr-un punct al reelei electrice i nu indic efectele lor asupra prilor (productor, operator/furnizor, consumator). Mai mult, obligaia operatorului de reea, de a asigura un anumit nivel de calitate, este necesar s fie completat cu obligaia consumatorului final de a respecta limitele de emisii. Responsabilitile prilor sunt nc dificil de stabilit, deoarece nu exist metode care s evalueze continuu ct este aportul la non-calitate a fiecrei pri implicate. Astfel, sunt necesare mai multe cercetri privind acceptarea metodelor de msurare a tensiunii i modul de definire a responsabilitilor. O alt limitare legat de monitorizarea indicatorilor de calitate a energiei electrice este cea spaio-temporal: datele sunt disponibile o perioad limitat de timp i numai n anumite locaii. De aceea sunt necesare noi cercetri n care s se obin informaii privind variaia indicatorilor de calitate pentru anumite zone/site-uri i sisteme ca un tot. Metodele metodele statistice/stocastice i cele de predicie pot contribui la fundamentarea obiectivelor de calitate i la caracterizarea site-urilor i sistemului n ansamblu. Avnd n vedere stadiul actual al cercetrilor i necesitile actuale privind implementarea principiilor sustenabilitii n domeniul energiei electrice, prezenta tez de doctorat propune ca obiectiv central dezvoltarea de soluii pentru mbuntirea calitii energiei electrice i a eficienei transferului de energie n sistemele electrice de distribuie. Obiectivele tezei de doctorat Obiectivele specifice ale prezentei teze de doctorat sunt: Ob.1. Dezvoltarea de metode noi pentru identificarea, caracterizarea i

monitorizarea indicatorilor de calitate a energiei electrice n sistemele electrice de distribuie i de alimentare la consumator;

Ob 2. Stabilirea de proceduri i metode de mbuntire a eficienei energetice prin aducerea de noi date i analize n vederea reducerii consumului propriu tehnologic i a realizrii prognozei consumurilor energetice;

Ob 3. Dezvoltare de soluii software pentru msurarea i prelucrarea datelor n vederea obinerii de noi informaii privind obiectivele calitii energiei electrice i fundamentarea indicatorilor specifici de calitate n reelele electrice de distribuie i la consumator.

Diseminarea rezultatelor

Rezultatele obinute pe perioada pregtirii doctorale au fost diseminate prin realizarea a 2 monografii tiinifice, publicarea a 25 articole n jurnale i n volume ale conferinelor naionale i internaionale, din care 9 lucrri ca prim autor i 4 lucrri indexate n baze de date ISI, precum i participarea n dou programe de cercetare cu fonduri Europene.

Proiectul Interaciunea radiaiei laser cu substana: modelarea fenomenelor fizice i tehnici de depoluare electromagnetic, valoarea proiect este de 110611 lei, a fost finanat de Ministerul Educaiei prin programul CNCS-UEFISCDI: Grant CNCS, PN-II-ID-PCE-2008, no 703/15.01.2009, code 2291. Din cadrul proiectului finanat de Uniunea European pentru SC FDEE EDTS S.A. cu titlul Soluii de creterea eficienei energetice prin reducerea pierderilor n reelele electrice de distribuie, valoarea proiect de 8,5 milioane EURO, autorul a realizat Studiul de fezabilitate i Caietul de sarcini.


9

Modul de organizare a tezei de doctorat

Prezenta tez de doctorat este structurat n 6 capitole, la care se adaug un capitol introductiv.

Teza de doctorat este redactat pe 184 pagini i conine un numr de 68 figuri, 34 tabele, 159 relaii, 120 referine bibliografice i 6 anexe.

Capitolul 1, intitulat Conceptul i costurile calitii energiei electrice, trateaz evoluia conceptului de calitate a energiei electrice, costurile calitii i eficienei energetice. Este definit setul de indicatorii specifici pentru caracterizarea calitii energiei electrice: variaia de frecven, variaia de tensiune, deformarea undelor de curent i tensiune i nesimetria sistemelor trifazate de tensiuni i cureni. Sunt analizate cauzele i efectele noncalittii asupra sistemelor electrice de distribuie.

Capitolul 2, intitulat Metode i procedee de monitorizare a indicatorilor de calitate a energiei electrice, trateaz perturbaiile conduse n sistemul energetic. Sunt analizate procedurile de monitorizare pentru variaia de frecven, variaia de tensiune, deformarea undelor de curent i tensiune respectiv nesimetria sistemelor trifazate de tensiuni i cureni. Este dezvoltat analiza statistic descriptiv n caracterizarea indicatorilor de calitate a energiei electrice, care este aplicat pentru dou studii de caz privind stabilirea indicatorilor variaiei de tensiune ntr-o reea electric de distribuie i la un consumato industrial.

Capitolul 3, intitulat Calitate i eficien n reele electrice de distribuie, sunt prezentate particularitiile reelelor electrice de distribuie i se caracterizeaz, respectiv, se clasific consumatorul energetic. Se face o analiz asupra consumului strategic de energie n Romnia, a pieei de energie electric i a tarifrii. Sunt analizate metodele de evaluare i metodele de reducere a consumului propriu tehnologic. Studiul de caz realizat permite fundamentarea soluiei de reducere a consumului tehnologic prin modernizri la posturile de transformare, cu aplicarea unei proceduri simple de evaluare a eficienei energetice la transformatoarele dintr-un sistem electric de distribuie.

Capitolul 4, intitulat Indicatori specifici i metode de analiz a curbelor de sarcin; aduce argumente privind necesitatea modelrii i analizei curbelor de sarcin. Sunt definii parametrii caracteristici porfilului d esarcin. Se face o analiza comparativ asupra metodelor de prognoz a consumului de energie i putere: metoda factorilor de modulaie, metoda seriilor de timp, metoda reelelor neuronale artificiale. Studiul de caz cuprinde analiza datelor i prognoza curbelor de sarcin la perioade lungi de msurare pentru un consumator industrial, cu dezvoltarea unei proceduri pentru prognoza sarcinii cu metoda bazat pe serii de timp.

Capitolul 5, intitulat Sistem de monitorizare a indicatorilor de calitate a energiei electrice n sistemele electrice de distribuie; aduce argumente privind necesitatea introducerii i dezvoltarea sistemelor de monitorizarea indicatorilor de calitate a enerngiei electrice. Este descris soluia software on-line dezvoltat de autor utiliznd tehnologia Web modern, soluie care permite analiza n timp real a datelor msurate de analizoarele de reea a energiei electrice, utiliznd metode statistico matematice pentru caracterizarea indicatorilor d ecalitate i pentru prognoza consumurilor de energie utiliznd metoda bazat pe serii de timp. Sunt prezentate rezultate obinute cu soluia software dezvoltat pentru calculul parametrilor variaiilor de frecven, variaiilor de tensiune, calcului coeficientului de nesimetrie pentru curent. Este prezentat prognoza consumurilor de sarcin electroenergetic pentru un consumator industrial, n care se cunosc valorile pentru energia electric activ facturat din perioada 2009-2012. Prognoza realizat pentru primele 6 luni ale anului 2013 certific valabilitatea programului si a algoritmilor dezvoltai.


10

Capitolul 6, intitulat Concluzii finale i contribuii personale, prezint concluziile finale, contribuiile personale i direciile viitoare de cercetare ale prezentei teze de doctorat.

Mulumiri

Doresc s adresez mulumiri conductorului tiinific prof. univ. dr. ing. Elena HELEREA, pentru ndrumarea, coordonarea sa fundamental de-a lungul pregtiri mele doctorale, pentru sprjinul i ajutorul constant cu sfaturi substaniale n realizarea tezei de doctorat.

Mulumesc domnilor prof. dr. ing. Clin MUNTEANU, col prof. dr. ing. Marian PEARSIC, prof. univ. dr. ing. Marius Georgescu, conf. dr. ing. Carmen GERIGAN pentru deosebita onoare pe care mi-au fcut-o acceptnd propunerea de a face parte din comisia de susinere, pentru atenia cu care s-au aplecat asupra lucrrii i pentru sfaturile acordate.

n egal msur doresc s mi exprim recunotina doamnei conf. univ. dr. mat. Livia SNGEORZAN de la Catedra de Informatic, Facultatea de Matematic i Informatic pentru sprijinul i importantele discuii avute cu privire la procedurile statistice, la implementarea i dezvoltarea de algoritmi.

Totodat, mulumesc colectivului din Departamentul de Inginerie Electric i Fizic Aplicat din Facultatea de Inginerie Electric i tiina Calculatoarelor de la Universitatea Transilvania Braov pentru sprijinul acordat, precum i tuturor celor care au citit teza pentru comentariile i sugestiile lor, n vederea rafinrii ideilor.

Vreau s mulumesc conducerii societii S.C. ELECTRICA S.A. n special colegilor, care m-au sprijinit i mi-au mprtit din experiena lor: Director General S.C. SISE Electrica Transilvania SUD S.A. ing. Sorin ABAGIU, dr. ing. Dorel STNESCU, ing. Sandor Endre NAGY, ing. Angel STEICIUC i ing. Rare POPESCU.

n final, dar nu n ultimul rnd doresc s mulumesc familiei pentru rbdarea, nelegerea i suportul moral acordat i, n special, mamei mele, Emilia MIHAI fr de care cu greu a fi dus la bun sfrit aceast lucrare.

CAPITOLUL 1 CONCEPTUL I COSTURILE CALITII ENERGIEI ELECTRICE

1.1. Evoluia conceptului de calitate a energiei electrice

n prezent, cercetrile privind calitatea produselor i serviciilor au intrat ntr-un nou stadiu, ca urmare a creterii exigenelor clienilor i a necesitii productorilor de a livra produse compatibile cu cerinele clienilor la un pre de cost acceptabil. Problema calitii n cazul energiei electrice, considerat ca produs al ansamblului de activiti de alimentare cu energie electric i privit ca un serviciu, este foarte complex. Odat cu deschiderea pieei de energie, a introducerii de reglementri i restructurarea industriei energetice, conceptul de calitate a energiei electrice (CEE) a cptat noi valene. Dac pn acum CEE era un termen care implica obiective naionale, astzi obiectivele privind CEE devin tot mai explicite, fie sub form de contracte negociate cu clienii, fie sub forma unui set de reglementri definite prin obiective zonale, naionale sau chiar internaionale.

O definiie atotcuprinztoare a conceptului de CEE este direct legat de


11

metodele de stabilire a cauzelor non-calitii, de stabilire a obiectivelor pentru ameliorarea i evaluare calitii. Privit din punctul de vedere al efectelor sale n relaia furnizor - consumator, calitatea energiei electrice include dou componente: a) componenta tehnic, calitatea mrimilor electrice care definesc energia electric,

cu referire special la calitatea tensiunii de alimentare; b) componenta economic, calitatea serviciului n alimentarea cu energie electric,

cu referire special Ia sigurana sistemului electric de distribuie. n monografia elaborat de Helerea [12] se menioneaz c cele dou

componente - tehnic i economic - se condiioneaz i se influeneaz reciproc, deoarece componenta tehnic se evalueaz n final prin indicatori economici, iar componenta economic produce efecte asupra parametrilor tehnici ai sistemului electric de distribuie.

Managementul calitii energiei electrice impune definirea setului de indicatori care permit evaluarea nivelului de calitate a energiei electrice i definirea obiectivelor care trebuiesc atinse, corespunztor limitelor acceptabile; stabilirea de limite prin reglementri internaionale i naionale; implementarea unor strategii cu metodologii aferente pentru limitarea/alocarea nivelului de perturbaii a surselor perturbatoare, pentru cunoaterea cauzelor, efectelor i gsirea remediilor. Astfel se realizeaz soluii fiabile care s evite daunele care pot s apar datorit abaterilor fa de limitele admise.

1.3. Setul indicatorilor de calitate ai energiei electrice

Atributele calitii unui produs se definesc prin indicatori care reprezint modaliti de apreciere cantitativ a proprietilor produsului analizat sub aspectul ndeplinirii cerinelor exprimate. Indicatorii de calitate a energiei electrice se refer la: calitatea energiei livrate (n principal caracteristicile curbei de tensiune);

continuitatea serviciului de alimentare cu energie electric. Ionescu, n monografia elaborat [3], departajeaz n dou grupe indicatorii de calitate a energiei electrice:

indicatori primari, care depind, n primul rnd, de furnizor i sunt rezultatul planificrii, proiectrii i organizrii funcionrii instalaiilor energetice;

indicatori secundari, care sunt influenai de funcionarea consumatorilor. Totui, n funcie de caracteristicile i necesitile consumatorului, nu se poate spune care sunt indicatorii primari sau cei secundari. Din aceast cauz, setul minim de indicatori pentru realizarea unei analize a caliti energiei electrice trebuie s includ: parametrii ce caracterizeaz variaiile lente (abateri) sau rapide (fluctuaii) ale

valorii efective a tensiunii;

parametrii ce caracterizeaz variaiile lente sau rapide ale frecvenei; parametrii ce caracterizeaz forma de und a tensiunii i simetria n sistemul

trifazat al tensiunii electrice. Dei prile implicate n procesul de evaluare a calitii energie electrice - utilizatorii finali, operatorii de reea i reglementatorii - au interese diferite, trebuie s se ajung la un consens n ceea ce privete stabilirea unui set comun de indicatori ai calitii energiei electrice, iar obiectivele calitii s satisfac n msur din ce n ce mai mare ateptrile consumatorilor, pentru a reflecta ct mai real plata pentru energia furnizat.

Analiza cauzelor i efectele noncalitii asupra sistemelor electrice de distribuie, autorul propune utilizeaz unui instrument grafic de explorare i anume, diagrama Ishikawa, denumit i Fishbone Diagram. Diagrama Ishikawa pune


12

accentul pe cauze i nu pe simptome de manifestare ale unei probleme, ceea ce conduce la mbuntirea gradului de nelegere a problemelor complexe. Algoritmul de realizare a diagramei Ishikawa este urmtorul:

1. identificarea problemei; 2. stabilirea obiectivului analizei; 3. stabilirea cauzelor principale ale problemei; 4. conectarea cauzelor principale la coloana vertebral a problemei prin sgei; 5. se stabilesc cauzele secundare ale fiecrei cauze principale; 6. conectarea cauzelor secundare la cauzele principale prin sgei; 7. revenirea la paii 5 i 6 n funcie de nivelul de aprofundare urmrit; 8. analiza i evaluarea cauzelor i sub-cauzelor prin metode statistice, analitice sau grafice; 9. adoptare de decizii.

1.4. Variaia de frecven

Variaia de frecven a tensiunii constituie unul din indicatorii CEE. Exist numeroase studii care au o contribuie semnificativ n clarificarea cauzelor variaiilor de frecven. Toate echipamentele din reeaua electric din Uniunea European (UE) sunt dimensionate s funcioneze la frecvena nominal de 50Hz, iar n Statele Unite ale Americi i n alte ri la 60Hz. Valoarea frecvenei tensiunii de alimentare, unic n sistemul electroenergetic interconectat, este determinat de echilibrul ntre puterea activ generat de sursele din sistem i puterea activ utilizat care reprezint puterea necesar utilizatorilor finali i puterea aferent pierderilor la producerea, transportul i distribuia energiei electrice [11].

Cauzele variaiilor de frecven a tensiunii au fost analizate, sistematizate i

reprezentate grafic n diagrama Ishikawa (Fig. 1.2).

Fig. 1.2. Diagrama Ishikawa pentru variaiile de frecven a tensiunii electrice

O cauz important de apariie a variaiilor de frecven este ieirea din funciune a unei mari centrale electrice, caz n care frecvena scade, sau a unui consumator important, cnd frecvena crete. Variaiile lente de frecven depind de echilibrul dintre puterea consumat i puterea generat n sistemul electroenergetic. Variaiile rapide de frecven se datoreaz unor defecte majore cum ar fi ieirea din funciune a unei mari centrale electrice.


13

Obiective de calitate privind variaiile de frecven Punctul de plecare n stabilirea obiectivelor de calitate este reprezentat de

cerinele utilizatorilor. Obiectivele planificate sunt stabilite de reglementrile naionale i internaionale. Conform standardului romn SR EN 50160:2012, aplicabil n reelele de joas i medie tensiune, abaterea relativ limit f

fa de frecvena

nominal de 50Hz este: pentru sisteme interconectate:

o f = 1%, n intervalul [49,5Hz; 50,5Hz], cu monitorizare

timp de o sptmn, la 10 minute; o f = (-6 ... +4)%, n intervalul [47Hz; 52Hz], cu monitorizare

100% din sptmn; pentru sisteme insulare:

o f = 2%, n intervalul [49Hz; 51Hz], monitorizat timp de o

sptmn, la 10 minute; o f = 15%, n intervalul [42Hz; 57,5Hz], cu monitorizare 100% din

sptmn.

1.5. Variaia de tensiune

Variaia tensiunii electrice n punctul comun de racord este un indicator semnificativ al calitii energiei electrice. n instalaiile electrice apar variaii de tensiune ca urmare a variaiei sarcinii receptoarelor, a scurtcircuitelor, a supratensiunilor de natur atmosferic sau de comutaie.

Variaiile de tensiune se pot clasifica n: variaii lente de tensiune; supratensiuni; goluri de tensiune; fluctuaii de tensiune.

1.5.1. Variaii lente de tensiune

Lzroiu arat, n monografia sa [21], c amplitudinea tensiunii de alimentare poate avea variaii lente, datorate n special cderilor de tensiune pe linii electrice i n transformatoare, determinate de variaia sarcinii electrice a utilizatorilor.

Cauzele variaiilor lente de tensiune au fost analizate, sistematizate i


Fig. 1.3. Diagrama Ishikawa pentru variaii lente de tensiunii

Cea mai important cauz a variaie de tensiune o reprezint circulaia de putere reactiv. Variaiile de tensiune n nodurile reelei electrice, n regim normal de funcionare, sunt datorate variaiei circulaiei de putere reactiv.


14

Reglementri privind variaiile lente de tensiune Obiectivele planificate privind variaiile lente de tensiune sunt specificate n standardul romnesc Conform standardului SR EN 50160:2012, nivelurile de compatibilitate se refer la variaiile lente i rapide de tensiune: variaiile lente de tensiune (JT i MT) de valori efective medii pe 10 minute: 10% maximum, iar nivelul de ncredere este 95% din sptmn, adic eroarea tolerate n afara limitelor s fie mai mici de 5% din valorile parametrului n cauz; variaiile rapide de tensiune (JT i MT), nu trebuie s depeasc 5% din valoarea tensiunii nominale, dar pot atinge 10% n JT i 6% n MT repetat n timpul unei zile, pentru cteva minute, n anumite condiii.

1.5.2. Supratensiuni temporare

Creterile valorilor efective ale tensiunii, ntr-un anumit nod al reelei, pe o durat mare de timp, reprezint supratensiunea temporar.

Cauzele supratensiunilor temporare au fost analizate, sistematizate i


Apariia unui defect ntre o faz i pmnt reprezint cauza cea mai frecvent

de formare a supratensiunilor, iar pe celelalte dou faze apar supratensiuni

temporare cu amplitudini ce depind de regimul de tratare a neutrului reelei i de locul

de producere a defectului.

Fig. 1.4. Diagrama Ishikawa pentru supratensiuni temporare

Reglementri privind supratensiunile temporare Aceste supratensiuni nu trebuie s depeasc valorile normate prin

Normativ privind alegerea izolaiei, coordonarea izolaiei i protecia instalaiilor electroenergetice mpotriva supratensiunilor NTE001/03/2000 [23].

1.5.3. Goluri de tensiune

Orice variaie la care tensiunea ajunge la mai puin de 90% din tensiunea contractat este considerat gol de tensiune. n standardul IEEE 1159-1995 [26] se introduc patru categorii de goluri, n funcie de durata acestora: goluri instantanee: 0,5 perioade pn la 30 perioade; goluri momentane: 30 perioade pn la 3 secunde; goluri temporare: 3 secunde la 1 minut; goluri de lung durat: peste 1 minut.

Aceast ultim clasificare este motivat de faptul c influena golurilor de tensiune asupra receptoarelor monofazate este determinat de valoarea tensiunii de faz, iar cea asupra receptoarelor trifazate este dictat n special de valoarea componentei pozitive (directe). Cauzele golurilor de tensiune au fost analizate, sistematizate i reprezentate grafic n


15

diagrama Ishikawa (Fig. 1.5).

Fig. 1.5. Diagrama Ishikawa pentru goluri de tensiune

Existena liniilor electrice aeriene duce la creterea frecvenei de apariie a golurilor de tensiune. Scurtcircuitele aprute ntr-o reea reprezint cauza principal de apariie a golurilor de tensiune.

Reglementri privind golurile de tensiune

Avnd n vedere caracterul complex (imprevizibil i aleator) al golurilor de tensiune, nu sunt nc prevzute limite admisibile pentru mrimile caracteristice ale acestui tip de indicator. n standardul romn SR EN 50160:2012, se precizeaz c n majoritatea cazurilor golurile tensiuni de alimentare au durata sub o secund i adncimea mai mic de 60%. Ca ordin de mrime, se poate considera faptul c un utilizator individual n mediul urban poate fi afectat, n medie pe lun, de 1...4 goluri de tensiune care s depeasc 10% din tensiunea de alimentare cu durate ntre 60ms i 3s.

1.5.4. Fluctuaii de tensiune

Fnic Vatr, n monografia sa [28], prezint fluctuaiile de tensiune ca fiind variaii datorate vrfurilor de putere ce rezult din funcionarea intermitent sau cu ocuri de putere a unor receptoare, ca de exemplu: n reelele de joas tensiune: frigidere, ascensoare, aparate de sudur; n reelele de medie tensiune: pompe, locomotive electrice, laminoare; centrale electrice eoliene; n reelele de nalt tensiune: cuptoare electrice cu arc, centrale electrice eoliene. Cauzele fluctuaiilor de tensiune au fost analizate, sistematizate i reprezentate

grafic n diagrama Ishikawa (Fig. 1.6).

Fig. 1.6. Diagrama Ishikawa pentru fluctuaii de tensiune


16

Controlul n timp real al puterii reactive prin sistemele automatizate de distribuie este cea mai eficient soluie pentru ncadrarea flickerului n limitele admisibile.

Reglementri privind fluctuaiile de tensiune

n prezent, sunt recomandate numai niveluri de compatibilitate pentru variaiile dreptunghiulare ale tensiunii, cu diferite frecvene de repetare. De regul, fluctuaiile de tensiune care produc flicker sunt de pn la 3% din tensiunea nominal de alimentare, dar pot aprea rar (cteva pe zi) i variaii n treapt pn la 8% n reele publice. n reelele electrice de distribuie de nalt tensiune, n condiii normale de funcionare, n orice perioad la interval de o sptmn, nivelul de flicker pe termen lung Plt trebuie s fie Plt < 1 pentru un nivel de ncredere de 95% din sptmn.

1.6. Deformarea undelor de curent i tensiune

Prezena receptoarelor deformante de categoria I i II cum sunt: variatoarele de vitez, redresoarele comandate sau semicomandate, cuptoarele cu arc, aparatele de sudur cu arc electric, condensatoarele i bobinele determin scderea calitii energiei electrice. De asemenea, armonici superioare de tensiune pot fi produse de maini electrice, transformatoare electrice de putere i de unele elemente neliniare ale reelei electrice. Regimul deformant este datorat i unor generatoare electrice, prin imperfeciunea formei de und a tensiunii la borne fa de forma sinusoidal.

Cauzele deformrii undelor de curent i tensiune au fost analizate,

sistematizate i reprezentate grafic n diagrama Ishikawa (Fig. 1.7).

Fig. 1.7. Diagrama Ishikawa pentru deformarea undelor de curent i tensiune

Cea mai important cauz n deformarea undelor de tensiune i curent o reprezint folosirea echipamentelor ce au componente electronice.

Reglementri privind regimul deformant Conform standardului SR EN 50160:2012, tensiunile armonice (JT i MT) n 95% din msurtori pe o sptmn, au valoarea agregat pe un interval de 10 minute a componentelor tensiunii armonice i aceasta trebuie s fie mai mic sau egal cu valorile indicate n standard. Pentru o armonic de un anumit ordin se pot atinge valori mai mari datorit rezonanei. Factorul de distorsiune maxim admisibil pentru armonici pn la rangul 40 trebuie s fie mai mic sau egal cu 8% n reelele de JT i MT i de pn la 3% n reelele de T. Pentru armonici superioare (peste rangul 15 la armonicile impare multiplu de 3, respectiv 12 la armonicile pare) apar restricii mai severe n standarde IEC dect n standardul SR EN 50160:2012.


17

1.7. Nesimetria sistemelor trifazate de tensiuni i cureni

Nesimetria sistemului de tensiuni trifazate este definit de inegalitatea valorilor efective ale tensiunilor pe cele trei faze, existena unui defazaj diferit de 1200 sau existena unor niveluri diferite ale armonicilor pe cele trei faze [30].

Cauzele nesimetriei sistemelor trifazate de tensiuni i cureni au fost analizate,

sistematizate i reprezentate grafic n diagrama Ishikawa (Fig. 1.8).

Fig. 1.8. Diagrama Ishikawa pentru nesimetria n sisteme trifazate

Cea mai important cauz a nesimetriilor o reprezint sarcinile dezechilibrate n reeaua de alimentare.

Reglementri privind nesimetriile

Conform [34] sunt adoptate pentru factorul de nesimetrie K2U urmtoarele niveluri de compatibilitate n cazul reelelor de joas tensiune (JT), pentru cele de medie tensiune (MT) i de nalt tensiune (T): pentru JT: K2U 2%; pentru MT: K2U 2%; 1.8 Concluzii

Conceptul de calitate a energiei electrice n perioada 1962 2011 a evoluat prin includerea celor dou aspecte: tehnic i economic.

Analiza cauzelor i efectelor noncalitii energiei electrice se poate realiza prin metoda Ishikawa, metod oportun pentru a pune n eviden factorii importani ai non-calitii care permite realizarea sintezei evenimentelor specifice indicatorilor de calitate ai energie electrice avnd ca obiectiv planificarea standardelor i reglementrilor n vigoare.

n ultimii ani, responsabilitatea privind calitatea energiei electrice s-a diversificat. Sistemul de distribuie a energiei electrice este nc n tranziie spre o pia liberalizat a energiei electrice. Odat cu implementarea Smart Grids reea electric inteligent, operatorii reelelor de distribuie au de suportat responsabiliti exprese pentru a distribui energie electric n conformitate cu nivelul calitii impus fie de clieni, prin contracte, fie de un reglementator prin lege. Asemenea responsabiliti implic monitorizarea i raportarea sistematic a calitii energiei electrice. Astfel, determinarea indicatorilor de calitate a energiei electrice este necesar pentru controlul respectrii cerinelor actelor normative i pentru stabilirea responsabilitilor reciproce ale furnizorului i ale consumatorilor. Sunt necesare sisteme de monitorizare auditate care s aib la baz modele matematice de agregare ct mai precise, pentru analiza i compararea coerent a datelor, necesare stabilirii penalitilor, atunci cnd sunt introduse perturbaii n sistem. Pentru reelele electrice de distribuie cercetrile actuale urmresc s identifice legtura care exist ntre calitatea energiei electrice i consumul propriu tehnologic, direct legat de eficien energetic.


18

CAPITOLUL 2

METODE I PROCEDEE DE MONITORIZARE A INDICATORILOR DE CALITATE A ENERGIEI ELECTRICE

2.1. Perturbaiile conduse n sistemul energetic

Calitatea energiei electrice livrate consumatorului, caracterizat printr-un set

de indicatori, este evaluat prin monitorizarea perturbaiile conduse care se propag n sistemul energetic, afectnd toate prile implicate: productorul, transportatorul, distribuitorul, furnizorul i consumatorul final. Perturbaiile sunt msurate prin identificarea anormalitilor n unda de tensiune sau de curent.

Perturbaiile conduse sunt de tip continuu sau de tip eveniment (discrete) [36]. Perturbaiile continue (stady state) sunt prezente n fiecare ciclu al tensiunii

alternative i includ variaiile lente de tensiune, armonicile, flickerul i nesimetria n reelele electrice [1]. Detectarea i msurarea lor se face prin msurarea amplitudinii semnalului i stabilirea abaterii fa de valoarea nominal a tensiunii sau curentului.

Metodele de detecie a perturbaiilor se bazeaz pe compararea punct cu punct a ciclurilor adiacente, sau a valorilor efective ale semnalului distorsionat cu un semnal ideal (sau bazat pe model), sau ale datelor transformate n domeniul frecven. Exist metode parametrice (filtru Kalman, model autoregresiv) sau neparametrice (bazate pe transformata Fourier de timp scurt sau transformarea wavelet).

Monitorizarea calitii energiei electrice este un aspect al controlului calitii care presupune supravegherea (observarea de durat) a parametrilor de energie electric n scopul verificrii conformitii sale cu cerinele impuse de legislaia n vigoare. Pentru caracterizarea consumatorilor sursa de perturbaii electromagnetice, prezint interes prelucrarea statistic a datelor experimentale.

2.2. Monitorizarea perturbaiilor conduse

Cercetrile recente au stabilit indicatori caracteristici pentru fiecare din aspectele calitii energiei electrice, pentru care sunt dezvoltate metode de monitorizare i prelucrare a datelor specifice.

n ceea ce privete durata monitorizrii, aceasta difer n funcie de tipul perturbaiilor. Deoarece perturbaiile eveniment se produc mai rar, timpul de observare trebuie s fie mai lung dect n cazul perturbaiilor continue. Astfel, de exemplu, n cazul golurilor de tensiune, se recomand ca durata de monitorizare s fie de minim un an.

n continuare sunt analizate mrimile caracteristice fiecrui indicator de calitate a energiei electrice i procedurile lor de obinere.

2.2.1. Monitorizarea variaiilor de frecven

Indicatorii specifici ce caracterizeaz variaiile de frecven n sistemele electrice de distribuie, definii n monografiile actuale [18], [20], [22] i n reglementri [26], [34] i [43], sunt:

Abaterea absolut de frecven f :

fff n (2.4)

unde: nf - frecvena nominal a reelei de alimentare (50Hz sau 60Hz),


19

f - frecvena msurat la un moment dat de timp.

Abaterea relativ a frecvenei f :

%100%

n

nf

f

ff (2.5)

Abaterea relativ se utilizeaz n statistica descriptiv i indic dac irul de date este omogen, furniznd informaii la nivelul fiecrei variante analizate.

Abaterea integral de frecven pe durata unei zile fI este introdus pentru a

caracteriza necesitatea i asigurarea funcionrii corecte a ceasurilor sincronizate cu frecvena reelei electrice. Deoarece f este o funcie dependent de timp se introduce mrimea integral pe durata unei zile, de forma:

dttfT

IoT

f 00

)(1

(2.6)

unde: 0T intervalul de observare este egal cu 24 h.

Abaterea integral de frecven se utilizeaz atunci cnd mrimile caracteristice ale variaiei de frecven nu se pot prelucra statistic.

2.2.2. Monitorizarea variaiilor lente de tensiune Variaiile lente de tensiune sunt de mic amplitudine i de durat mai scurt,

de ordinul milisecundelor. Indicatorii specifici ce caracterizeaz variaiile lente de tensiune n sistemele electrice de distribuie sunt definii n [20 - 22], [29] i [44].

Mrimile care caracterizeaz variaiile lente de tensiune sunt: Abaterea de tensiune, definit ca diferena dintre valoarea efectiv a tensiunii ntr-

un nod al reelei electrice la un moment dat, i valoarea contractat/nominal. Relaia de calcul a abaterii de tensiune este:

VUUU n (2.7) n aceast relaie: U este valoarea efectiv a tensiunii )(tu luat n considerare la

msurare i corespunde la msurare:

VdtuT

UT

,1

0

2 (2.8)

n care: T perioada tensiunii de alimentare; nU - este tensiunea nominal a reelei

n punctul de msurare denumit n unele lucrri de specialitate tensiune contractat. Abaterea relativ de tensiune, care se exprim:

a) ca mrime adimensional:

1

uU

UUU

n

n (2.9)

unde: u - nivelul de tensiune relativ, definit cu relaia: nU

Uu

b) ca mrime n procente:

%100%

n

n

U

UUU (2.10)

Valoarea medie a abaterii relative a tensiunii fa de valoarea nominal, pe durata unui interval de timp t de observare, se determin cu relaia:


20

t

med dtUt

U0

%%%,

1 (2.11)

Indicatorul %medU este o caracteristic a nivelului mediu al tensiunii pe

barele de alimentare i ofer indicaii privind alegerea plotului de reglare al transformatorului.

Lund n considerare relaia (2.9) valoarea medie a abaterii tensiunii devine:

t

medmed udtut

U0

*** 1)1(1

(2.12)

Acest indicator specific depinde de diferena dintre valoarea medie a nivelului de tensiune relativ i unitate.

Dispersia abaterilor de tensiuni calculat cu relaia:

2%0

2%

2 1med

t

U UdttUt

(2.13)

Dac prin stabilirea duratei de observaie t se poate ajunge la o abatere

medie neglijabil ( 0% medU ), ceea ce corespunde cazului unor abateri

simetrice, echilibrate n cele dou sensuri, atunci relaia (2.13) devine:

t

U dttUt

0

2%

2 1 (2.14)

Gradul de iregularitate a tensiunii, definit cu relaia:

t

q dttUt

0

2%

2 1 (2.15)

Cu relaiile (2.13) i (2.15) expresia dispersiei devine:

2%2 medqU U (2.16)

Abaterea medie ptratic a tensiunilor, definit ca rdcina ptrat din dispersia abaterilor de tensiune, este de forma:

t

UU dttUt

0

2%

2 1 (2.17)

Considernd relaia (2.9) abaterea medie ptratic a tensiunilor devine:

12 *2*2 uuUU (2.18)

unde: nU

Uu reprezint nivelul de tensiune relativ.

Prin aplicarea metodelor statistice, se poate prelucra un numr foarte mare de date i astfel interpretarea rezultatelor devine mai consistent.

2.2.3. Monitorizarea supratensiunilor temporare

Supratensiunile sunt perturbaii discrete care se caracterizeaz prin indicatori specifici [13], [29]:

Coeficientul de supratensiune temporar, este definit cu relaia:


21

U

Ukv

max (2.19)

unde: vk factorul de vrf; maxU valoarea efectiv maxim a tensiunii de faz din

intervalul de timp considerat; U valoarea efectiv a tensiunii pe faz. Procedura de msurare pentru supratensiuni Supratensiunea tranzitorie se determin prin compararea valorii instantanee a

tensiunii, pe fiecare interval de msurare, cu valoarea instantanee a tensiunii din intervalul de msurare anterior, msurat la acelai moment de timp fa de trecerea prin zero.

2.2.4. Monitorizarea golurilor de tensiune

Monografia Goluri de tensiune n sisteme electroenergetice [25], aprut n anul 1979, reprezint o deschidere n domeniul calitii energiei electrice. Alte lucrri n limba romn s-au preocupat de noi modaliti de definire, identificare i dezvoltare de metode de monitorizare a golurilor de tensiune [20], [21], [24], i [28].

Conform standardului IEC 61000-4-30, golul de tensiune se caracterizeaz prin amplitudine, durat i frecven de apariie. Amplitudinea golului de tensiune pe faz este definit cu relaia:

[%]100%

n

rezn

n

g

golU

UU

U

U (2.22)

n care: gol - amplitudinea relativ sau procentual; rezU - valoarea remanent a

tensiunii de faz; nU tensiunea nominal/contractat pe faz.

Durata golului de tensiune gt reprezint intervalul de timp cuprins ntre

momentul apariiei golului i momentul revenirii tensiunii peste valoarea de prag:

][sttt ifg (2.23)

n care: it - momentul de timp iniial la care apare evenimentul; ft - momentul de

timp final la care se sfrete evenimentul.

Frecvena de apariie a golurilor gf este dat de numrul de goluri de tensiune

care apar ntr-o anumit reea electric sau ntr-un nod al reelei, ntr-o anumit perioad de timp:

1

ht

Nf

g

g (2.24)

n care: gN - numrul de goluri de tensiune care apar n timpul de observaie rt

(n mod uzual 1 an). Procedura de msurare pentru goluri de tensiune Pentru a caracteriza calitatea energiei electrice cu indicatorul goluri de

tensiune este necesar s se combine efectul tuturor evenimentelor care au loc ntr-o perioad dat de timp, ntr-un anumit loc (site), respectiv, sistem.

Mrimile caracteristice ale golurilor de tensiune dau informaii asupra calitii tensiunii ntr-un loc, despre frecvena evenimentelor cu valori specificate pentru amplitudine i durat.


22

2.2.5. Monitorizarea fluctuaiilor de tensiune i a flickerului

Fluctuaiile de tensiune sunt acele variaii rapide de tensiune cu caracter repetitiv, periodice sau aleatorii, care se produc cu o vitez de variaie mai mare de un procent pe secund:

s

%1

%

t

U (2.27)

Fluctuaiile de tensiune care determin efectul de flicker au, n general, valori sub 10% din amplitudinea tensiunii la barele de alimentare i sunt produse n domeniul de frecvena (0,003 ... 25) Hz, ceea ce corespunde unor periodiciti n domeniul (40 ms ... 5 min.).

Indicatorii specifici pentru fluctuaiile de tensiune sunt: Indicele fluctuaiei de tensiune, exprimat ca mrime adimensional:

***minmax

minmax uuU

UUaU

n

(2.28)

unde: u reprezint nivelul de tensiune relativ i este definit cu relaia - nU

Uu .

Flickerul este direct legat de perturbaiile de tip fluctuaii de tensiune. Definiia flickerului este dat n dicionarul de termeni electrotehnici ca: senzaia neplcut dat de stimuli luminoi a cror intensitate luminoas sau distribuie spectral variaz n timp. Exist numeroase lucrri care se refer la efectul de flicker [10], [20], [21], [28], [29], [44], i [58].

n cazul unor amplitudini de fluctuaii i frecvene diferite se poate stabili echivalena fenomenelor care produc senzaia de jen vizual. Amplitudinea fluctuaiei echivalent cu efectul pentru frecvena de 10 Hz se

determin cu relaia:

i

ii aga2*22*

10 (2.30)

unde: *ia - amplitudinea fluctuaiei cu frecvena i; ig - coeficient de echivalen,

determinat experimental care depinde de frecvena de apariie a fluctuaiei de tensiune.

Din punct de vedere cantitativ, senzaia de jen acumulat de ochiul uman, ntr-un interval de timp t , este caracterizat prin doza de flicker.

Doza de flicker are expresia:

.dtagdtaft

0 i

2*

i

2

i

t

0

2*

10

(2.31)

Doza de flicker se poate determina direct cu ajutorul unui aparat tip flickermetru. Determinarea nivelului de flicker se face pe baza valorilor efective ale tensiunii msurate la fiecare 10 ms.

Algoritmul flickermetrelor, definit n standardul IEC 61000-4-15, are

ca rezultat indicele de severitate pe termen scurt la 10 minute stP . Acest index este

obinut prin analiza statistic a valorilor instantanee de flicker n care se modeleaz efectul produs asupra retinei de lmpile cu incandescen i modul de observare a intensitii luminoase.

Nivelul de flicker pentru perioade scurte de timp stP se determin cu relaia:

ssssssssssst PkPkPkPkPkP 5050101033111,01,0 (2.32)

n care, mrimile marcate cu bar deasupra sunt valori medii:


23

3

5

3

3

80503050

1713108610

432,23

5,111,01

ssss

ssssss

ssss

ssss

PPPP

PPPPPP

PPPP

PPPP

(2.33)

unde: sk 1,0 , sk1 , sk3 , sk10 , sk50 - sunt coeficieni astfel stabilii nct pentru

amplitudinile admisibile ale fluctuaiilor s rezulte 1stP .

Cu limitele tolerabile ale severitii flickerului pe perioade scurte de timp se poate utiliza o relaie mai simpl:

sssssst PPPPPP 5010311,0 08.028.00657.00525.00314.0 (2.34)

unde: mrimile din expresiile anterioare: 1,0P ; 1P ; 5,1P ; 2,2P ; 3P ; 4P ; 6P ; 8P ;

10P ; 13P ; 17P ; 30P ; 50P ; 80P sunt niveluri ale flickerului depite n 0,1%; 1%;

1,5%; 2,2%; 3%; 4%; 6%; 8%; 10%; 13%; 17%; 30%; 50%; 80% din timp.

Nivelul flickerului de lung durat ltP , denumit i indice de severitate a flickerului,

este definit cu valorile indicatorului de flicker pe termen scurt stP i este calculat

cu relaia:

3

1

3,

1

N

j

jstlt PN

P (2.35)

unde: NjP jst ,,3,2,1, reprezint citiri succesive ale valorilor stP corespunztoare flickerului de scurt durat.

Nivelul flickerului de lung durat ltP determinat pe intervale succesive de timp

de dou ore este calculat cu relaia:

3

12

1

3,

12

1

j

jstlt PP (2.36)

n care sumarea perturbaiilor se face dup o lege cubic. Procedura de msurare pentru fluctuaii de tensiune n prezent, se indic numai niveluri de compatibilitate pentru variaiile

dreptunghiulare ale tensiunii, cu diferite frecvene de repetare. n reelele electrice de distribuie de nalt tensiune, n condiii normale de

funcionare, n orice interval de timp de observare (de obicei de o sptmn), nivelul de flicker pe termen lung dup standardul romnesc SR EN 50160:2012, nu trebuie

s depeasc 1ltP pentru 95% din valorile msurate la 2 h n intervalul de timp

de o sptmn. n stabilirea obiectivelor de calitate se are n vedere c un index de severitate care depete unitatea va perturba majoritatea indivizilor. O severitate ntre 0.7 i 1.0 este semnificativ, dar nu va perturba toi indivizii. Se poate aprecia c sistemele de supraveghere a flickerului sunt puin utilizate. Monitorizri de flicker se fac doar n noduri cu fluctuaii mari de sarcin. Costurile de monitorizare sunt nc

nejustificabile pentru valori reduse ale indicilor de severitate stP i ltP .


24

2.2.6. Monitorizarea regimului deformant

Metoda uzual de studiu a regimurilor deformante este analiza armonic, bazat pe descompunerea undei periodice reale n componente sinusoidale, cea fundamental, de frecven 50 Hz i cele de frecvene multiple ale frecvenei de baz, armonici superioare.

Indicatorii specifici caracterizrii regimului deformant, pentru reelelor electrice trifazate simetrice se obin cu metoda descompunerii n serie Fourier [20], [46]: Nivelul armonicii de ordinul k este dat de raportul dintre valoarea efectiv a

armonicii considerate kY i valoarea efectiv a armonicii de ordinul

fundamentalei 1Y :

1Y

Ykk (2.37)

Coeficientul de distorsiune armonic (THD - Total Harmonic Distortion):

20

2 YY

YTHDk dd

(2.38)

n care: dY - reprezint reziduul deformant, definit cu relaia:

n

k

kd YY2

2 (2.39)

unde: Y - valoarea efectiv a undei periodice deformante; 0Y - componenta

continu; 1Y - valoarea efectiv a fundamentalei; kY - valoarea efectiv a armonicii

de ordinul k; k rangul armonici. Din considerente practice, ordinul armonicilor se oprete la 40n .

n cazul unei unde alternative simetrice, componenta continu este nul nct coeficientul de distorsiune devine:

Y

Yk dd (2.40)

Normele IEC prevd i urmtoarea definiie pentru coeficientul de distorsiune armonic:

1Y

Yk dd (2.41)

n care: 1Y - valoarea efectiv a fundamentalei.

Procedura de msurare a distorsiunii armonice Obiectivele de calitate se stabilesc prin acord ntre prile implicate, prin

autoimpunere de ctre furnizorul de energie electric sau prin recomandri date de reglementator. De multe ori ns, reglementrile dau valori diferite. Astfel, standardul romnesc SR EN 50160 menioneaz: caracteristicile de tensiune nu trebuie s fie depite de 100% din clieni, pentru un nivel de ncredere de 95% din perioada de monitorizare. n schimb, standardul IEC 61000-2-2 menioneaz: nivelurile de compatibilitate nu trebuie s fie depite de 95% din clieni, pentru un nivel de ncredere de 95% din perioada de monitorizare.

2.2.7. Monitorizarea nesimetriei sistemelor trifazate de tensiuni i cureni

Mrimile caracteristice nesimetriei n sistemele trifazate sunt definite, fie cu


25

metoda componentelor simetrice, fie din considerente practice [20], [22]:

Factorul de nesimetrie a tensiunii denumit i factor de disimetrie, este definit cu metoda componentelor simetrice n standardul IEC 61000-4-30, ca raport ntre tensiunea de secven negativ i cea de secven pozitiv:

100

1

2[%]2

U

U

UK (2.46)

unde: 2U - tensiunea de secven negativ; 1U - tensiunea de secven pozitiv.

Factorul zero de nesimetrie a tensiunii, denumit i coeficient de asimetrie, reprezint raportul dintre tensiunea de secven zero i tensiunea de secven pozitiv.

100

1

0[%]0

U

U

UK (2.47)

Factorul mediu de nesimetrie a tensiunii definit din considerente practice, propus de NEMA i de IEEE 1159-95, este:

100[%]max

med

medU

U

UUK (2.48)

unde: medU - reprezint media tensiunilor de linie msurate la un moment dat;

maxU - reprezint tensiunea de linie cu valoarea cea mai mare.

n aceste relaii se folosesc numai valorile fundamentalei de tensiune, armonicile fiind eliminate prin algoritmi specifici.

Procedura de msurare pentru nesimetrie Msurtorile se fac la fel ca n cazul regimului deformant, conform

standardului IEC 6100-4-30, pe urmtoarele intervale: 5 sau 6 perioade; 150/180 perioade; 10 minute

Apoi se stabilesc indicii de site pentru nivelurile de ncredere de 95%, 99% i 100% ale valorilor ateptate, mai nti pe site i apoi pe sistem.

2.3. Analiza statistic descriptiv n caracterizarea indicatorilor de calitate a energiei electrice

Metodele folosite pentru identificarea i monitorizarea perturbaiilor conduse din

reelele electrice furnizeaz un volum mare de date pentru diferite locaii i pe diferite intervale de timp.

Progresele fcute n tehnologiile de stocare a datelor determin creterea zilnic a volumului de date care poate fi valorificat n rezolvarea problemelor de calitate. O funcie nou introdus pentru sistemele de monitorizare este transformarea acestui uria volum de date n informaii utile care s serveasc managementului calitii energiei electrice.

Metodele statistice sunt cele mai des utilizate n acest sens. Prin prelucrare statistic a rezultatelor este posibil obinerea unor indicatori specifici estimativi ai variaiei indicatorilor de calitate a energiei electrice pentru perioade reprezentative de timp (or, schimb de lucru, zi etc.). Cunoaterea parametrilor statistici ai tensiunii pe barele de alimentare faciliteaz caracterizarea complet a calitii tensiunii, ceea ce permite alegerea corect a parametrilor instalaiilor de reglaj a tensiunii (ploturi transformatoare, controlul puterii reactive).


26

2.3.1. Statistic descriptiv

Statistica descriptiv, descris n monografiile [49 - 53], este un instrument prin care se poate caracteriza o populaie X de elemente aleatoare, prin analiza unui

eantion de forma unui ir de date rezultate din msurtori { ix }, unde n,3,2,1,i .

Populaia, n lucrarea de fa, este alctuit din indicatori specifici de calitate a energiei electrice.

Statistica descriptiv se utilizeaz pentru [49]: reprezentarea datelor sub form de diagrame; calculul unor mrimi speciale (ex. medii, dispersii); reducerea datelor prin mprirea datelor n clase i studierea caracteristicilor statistice ale claselor.

Caracterizarea irului de date

Mrimile specifice care pot caracteriza irul de date sunt descrise n monografiile actuale [49 - 51].

Media aritmetic, dat de relaia:

nin

xx

iesantion 1;

(2.58)

unde : n - numrul de observaii; Abaterea medie ptratic s (sample variance), obinut din rdcina ptrat a

dispersiei sD :

n

i

is xxn

Ds1

2

1

1 (2.59)

unde: s - abaterea medie ptratic:

x - reprezint valoarea medie aritmetic a irului de msurtori avnd

rezultatele ,,,, 321 nxxxx

n - frecvenele absolute a valorilor innn ,,, 21 .

Relaia (2.59) se utilizeaz atunci cnd seria este format din iruri de eantioane, iar cnd seria este format din frecvene absolute se utilizeaz urmtoarea relaie:

n

i

teoreticixn

D1

21 (2.60)

n care: - reprezint abaterea medie ptratic cnd se cunosc valorile medii a irului de msurtori;

teoretic - reprezint media teoretic a irului de date cu rezultatele

ixxxx ,,,, 321 ;


Coeficientul de variaie, calculat ca raport procentual ntre abaterea medie standard i media aritmetic:

[%],100% x

sCV (2.61)

Mediana ( mex ) este termenul din mijlocul irului ordonat cresctor. Dac irul are

numr par de elemente, mediana este media aritmetic a celor doi termeni din mijlocul irului. Mediana prezint unele avantaje fa de media aritmetica i anume: nu este afectat de fluctuaiile seleciei; se poate determin grafic prin construirea curbei frecvenelor cumulate.


27

Modulul ( modx ) este valoarea din ir cu frecvena cea mai mare.

Media i abaterea standard reprezint principalii descriptori pentru un ir de

date rezultate din msurtori { ix }, unde n,3,2,1,i . Dac abaterea standard e

mare, media nu e reprezentativ pentru irul de date. Cu ajutorul coeficientului de variaie pot fi comparate dispersiile diferitelor

distribuii dup variabilele exprimate n uniti de msur diferite. Coeficientul de variaie furnizeaz informaii dac irul de date este sau nu este omogen. Coeficientul de variaie poate lua valori cuprinse ntre %1000 CV . Cnd CV tinde spre zero, variabilitatea este redus, deci populaia este omogen, iar media are un grad de reprezentativitate ridicat. Cu ct nivelul coeficientului de variaie tinde spre 100% cu att variabilitatea este mai mare, populaia este mai eterogen, iar media are un nivel de reprezentativitate mai sczut.

Ca urmare, coeficientul de variaie poate fi folosit ca test de semnificaie a reprezentativitii mediei, considerndu-se urmtoarele praguri de semnificaie:

%170 CV - media este strict reprezentativ; %3517 CV - media este moderat reprezentativ; %5035 CV - media este reprezentativ n sens larg;

%50CV - media este nereprezentativ.

Eroarea standard (Standard Eror) SE se calculeaz cu urmtoarea relaie:

n

sSE (2.64)

unde:s - abaterea medie ptratic cunoscnd valoarea mediei aritmetice.


Eroarea standard se folosete pentru a determina intervalul de ncredere a mediei.

Statistica descriptiv conine un aparat matematic vast. Pentru o prelucrare statistic a indicatorilor de calitate a energiei electrice nu sunt necesari toi indicatorii pe care i furnizeaz statistica. n prezenta lucrare, n urma studierii bibliografiei i a cercetrilor efectuate, se propune utilizarea unor indicatori statistici reprezentativi din statistica descriptiv, astfel nct s se realizeze ntr-un timp ct mai scurt analiza indicatorilor specifici calitii energiei electrice.

2.3.2. Studiul de caz: Stabilirea indicatorilor variaiei de tensiune ntr-o reea electric de distribuie

n prezentul studiu de caz se urmrete caracterizarea variaiilor lente de tensiune ntr-un nod al reelei electrice de distribuie, utiliznd metode statistice i determinarea indicatorilor statistici. Monitorizarea variaiilor lente ale tensiunii s-a realizat conform standardelor n vigoare. Acest studiu este un argument pentru a stabili i a reduce efectele variaiilor lente de tensiune.

Un alt obiectiv al studiului l reprezint stabilirea ncadrrii indicatorilor specifici ai variaiilor lente de tensiune n limitele standardizate.

Studiul de caz a fost prezentat n cadrul conferinei Modern Power System, 2013, Cluj Napoca, Romnia [55].

a) Necesitatea studiului Standardele internaionale fac o clasificare a fenomenelor electromagnetice

care afecteaz calitatea energiei electrice. Dintre aceste fenomene, cele mai des ntlnite sunt variaiile de tensiune.


28

Variaiile lente i rapide de tensiune au efecte asupra eficienei echipamentelor din reele electrice de distribuie i asupra eficienei transferului de putere la consumator. Analiza efectuat este necesar pentru a pune n eviden indicatorii specifici ai variaiilor lente de tensiune i pentru a fundamenta prelucrarea cu statistica descriptiv utilizat n monitorizarea indicatorilor specifici de calitate a tensiunii. Prin analiza statistic a variaiilor de tensiune un operator de distribuie a energiei electrice poate reglementa funcionarea receptoarelor, a cror productivitate este direct dependent de regimul de tensiune.

b) Prezentarea studiului de caz Pentru analiza variaiei de tensiune s-au fcut msurtori ntr-o perioad de o

sptmn (19 - 25 octombrie 2011) ntr-un punct de consum pe barele de joas tensiune ale postului de transformare PT 8041 20/04 kV (Stupini). n Fig. 2.7 este prezentat schema de alimentarea a postului de transformare PT 8041, cu 7 celule. Pe barele de joas tensiune a fost amplasat analizorul de reea portabil Flucke 435.

S-au nregistrat valorile efective ale tensiunilor pe cele trei faze (L1, L2, L3) msurate la 1 minut cu analizorul de reea, care efectueaz calculul valorilor medii pe 1 minut, identific i nregistreaz valoarea minim i valoarea maxim pe intervalul de 1 minut. Fiierul de export al datelor este de tipul .txt, astfel c este necesar prelucrarea datelor, pentru a fi exportate n format .xls.

c) Aplicarea statisticii descriptive Se consider populaie statistic format din valorilor tensiunilor efective

monitorizate U. Datele monitorizate sunt grupate n trei iruri, corespunztoare celor trei faze L1, L2, L3, i anume:

irul valorilor tensiunilor efective monitorizate la un minut iU L1, L2, L3; irul valorilor tensiunilor efective minime monitorizate la un minut miniU L1, L2, L3; irul valorilor tensiunilor efective maxime monitorizate la un minut maxiU L1, L2, L3, unde: indicele i pentru irul valorilor zilnice de msurtori ia valori de la 1 la 1440, corespunztor datelor msurate din minut n minut pe durata de 24 de ore.

Analiza statistic este aplicat separat, pentru irul de valoril zilnice ale tensiunii i nu pentru irul tuturor celor 7 zile deoarece o astfel de tratare:

permite analiza modului cum reacioneaz sistemul electric la variaia de sarcin n zilele sptmnii;

permite predicia variaiilor de tensiune; este posibil verificarea n detaliu a ncadrrii n nivelele admisibile.


29

Fig. 2.1. Schema de alimentare i msurare n postul de transformare PT 8041

Utiliznd programul Statistica au fost calculai parametrii caracteristici pentru

populaia corespunztoare fiecrei zile de monitorizare: media aritmetic - U ;

modulul - modU ; mediana - meU ; minimul - minU ; maximul - maxU ; abaterea standard -

Us ; coeficientul de variaie - UCV , pentru fiecare linie a sistemului trifazat de tensiuni

determinate cu relaiile (2.58) (2.61).

d) Rezultate obinute Rezultatele obinute sunt prezentate n Tabelul 2.6, Tabelul 2.7. i Tabelul 2.8. Analiznd datele din Tabelele 2.6.- 2.8., se poate trage concluzia c distribuia

irurilor de date este normal, deoarece U , meU , modU sunt apropiate ca valoare.

Tabelul 2.1. Parametrii statistici caracteristici tensiunii de faz pentru linia L1

L1 U meU modU minU maxU Us UCV

[V] [V] [V] [V] [V] [V] %

Ziua 1 242.89 242.89 243.46 239.64 245.59 1.07 0.44

Ziua 2 242.82 242.89 243.29 239.63 246.26 1.14 0.47

Ziua 3 243.06 243.23 243.75 239.81 245.71 1.13 0.46

Ziua 4 242.67 242.73 242.61 238.74 246.70 1.14 0.47

Ziua 5 242.43 242.41 242.59 239.78 245.32 0.97 0.40

Ziua 6 242.53 242.39 241.91 239.53 245.59 1.14 0.47

Ziua 7 242.39 242.28 241.46 235.39 251.73 1.33 0.54



[V] [V] [V] [V] [V] [V] %

Ziua 1 244.16 244.13 243.3200 241.12 246.70 1.04 0.43

Ziua 2 244.27 244.30 Multiple 241.42 247.95 1.17 0.48

Ziua 3 244.74 244.99 245.4600 241.86 247.10 1.16 0.48

Ziua 4 244.46 244.55 Multiple 240.61 248.47 1.10 0.45

Ziua 5 244.13 244.07 244.1100 241.59 246.95 0.98 0.40

Ziua 6 244.16 243.93 243.6100 241.29 247.22 1.17 0.48

Ziua 7 244.31 244.20 243.9800 237.30 253.14 1.33 0.54


30



[V] [V] [V] [V] [V] [V] %

Ziua 1 244.38 244.35 Multiple 241.22 246.94 1.06 0.43

Ziua 2 244.35 244.45 Multiple 241.22 248.08 1.19 0.49

Ziua 3 244.70 244.95 Multiple 241.53 247.07 1.17 0.48

Ziua 4 244.62 244.74 244.84 240.52 248.53 1.06 0.43

Ziua 5 244.40 244.28 244.25 241.88 247.48 0.94 0.38

Ziua 6 244.17 243.98 243.43 241.15 247.04 1.14 0.46

Ziua 7 244.20 244.09 243.41 237.21 253.06 1.32 0.54

Cu datele din Tabelele 2.6. 2.8. s-au reprezentat graficele valorilor medii ale

tensiunii U pentru liniile L1, L2, L3 (Fig. 2.8). Comparnd valorile medianei i valorile mediei, rezult c:

pentru UUme , tensiunile din dreapta mediei sunt ca valori mai mici,

influennd media aritmetic, care se afl peste median;

pentru UUme , tensiunile din stnga mediei sunt ca valori mai mari,

influennd media aritmetic, care se afl sub median. Coeficientul de variaie, folosit ca test de semnificaie a reprezentativitii

mediei, are valori reduse ( %170 UCV ), ceea ce confirm c media este strict

reprezentativ pentru irurile de date. Deoarece UCV tinde spre zero, rezult o

variabilitate redus a irului de date, ceea ce confirm o colectivitate omogen.

L1 L2 L3

242.2

242.4

242.6

242.8

243.0

243.2

243.4

243.6

243.8

244.0

244.2

244.4

244.6

244.8

Vaorile

Medie

i -

V

Linia

1

2

3

4

5

6

7

Fig. 2.8. Repartizarea valorilor medii ale tensiunii pentru liniile L1, L2, L3 aferent

studiului de caz I

Se observ c valorile medii pentru fiecare tensiune de faz pe liniile L1, L2,

L3 sunt grupate (mprtierea datelor este mic). Tensiunile de faz pe linia L1 sunt sub valorile calculate celorlalte faze. Exist o nesimetrie de tensiune. Pentru o caracterizare global a valorilor tensiunii pentru cele 7 zile de monitorizare, s-au determinat valorile medii caracteristice fiecrei linii (Tabelul 2.9).


31

Tabelul 2.9. Parametrii caracteristici corespunztori valorilor medii pentru 7 zile de monitorizare

Linia U meU modU minU maxU Us UCV

[V] [V] [V] [V] [V] [V] %

L1 242.68 242.67 Multiple 242.39 243.06 0.25 0.10

L2 244.31 244.27 Multiple 244.13 244.73 0.21 0.08

L3 244.40 244.38 Multiple 244.17 244.70 0.20 0.08

Pentru datele obinute din monitorizare s-au ridicat histogramele corespunztoare irurilor iU L1, L2, L3 pentru dou zile i s-a folosit pentru calcul relaia (2.57). n Fig. 2.9., Fig. 2.10, Fig. 2.11. sunt prezentate histogramele irului valorilor ale tensiunilor efective pentru linia L1, L2, L3 din prima zi de monitorizare,

calculate n valori ale variaiei de tensiune %U .

Histogram Day 1: L1

Expected Normal

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Variation of voltage [%]

0

100

200

300

400

500

600

700

No. of obs.

Histogram Day 1: L2

Expected Normal

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

Voltage variation [%]

0

100

200

300

400

500

600

700

No

. o

f o

bs.

Histogram Day 1: L3

Expected Normal

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5


0

100

200

300

400

500

600

700

No.

of

obs.

a) Fig. 2.9. L1 b) Fig. 2.10. L2 c) Fig. 2.11. L3

Histograma variaiei de tensiune { iU%, } pentru prima zi de monitorizare pe linia a) b) c).

Constatri: Figurile 2.9 2.11 indic o distribuie normal a eantionului din populaia studiat. Pentru zilele de monitorizare 2 6, histogramele obinute, se confirm existena unei distribuii normale a datelor.

Pentru ziua a aptea de monitorizare histogramele irului de valori iU unde 1440,1,i sunt prezentate pentru fiecare linie L1, L2, L3, n Figurile. 2.12 - 2.14.

Histogram Day 7: L1

Expected Normal

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

No

. o

f o

bs.

Histogram Day 7: L2

Expected Normal

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

No.

of

obs.

Histogram Day 7: L3

Expected Normal

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

No. of obs.

a) Fig. 2.12 L1 b) Fig. 2.13 L2 c) Fig. 2.14 L3

Histograma variaiei de tensiune { iU%, } pentru ziua a aptea

de monitorizare pe linia a) b) c).

Analiza datele obinute indic:

existena unei distribuia irului de date este normal, deoarece U ,

modU , meU sunt apropiate ca valoare;


32

media este strict reprezentativ, irul de date are o omogenitate mare

deoarece UCV se ncadreaz ntre 0 i 17%;

exist o nesimetrie a sistemului trifazat de tensiuni, valorile medii statistice ale tensiunilor pe fazele L2 i L3 sunt mai mari dect pe faza L1.

Concluzii referitoare la studiile de caz Analiza statistic descriptiv realizat cu softul Statistica permite reprezentarea datelor sub form de diagrame, calculul unor mrimi speciale (ex. medii, dispersii) i reducerea datelor. n studiul de caz I s-a demonstrat existena unei nesimetrii a sistemului trifazat de tensiuni, valorile medii statistice ale tensiunilor pe fazele L2 i L3 fiind mai mari dect pe faza L1. Analiza efectuat, n studiul de caz I, indic valori medii ale tensiunilor efective de faz apropiate de limita superioar admis de norme. Deoarece n multe dintre nodurile din reea, n prezent, apar tensiuni peste limita superioar admisibil este important s se reduc puterea reactiv produs n reea. n acest sens se impune evitarea generrii de putere reactiv la consumatorii industriali n afara orelor de vrf, producia de putere reactiv n acest interval de timp ar trebui s se realizeze la comanda dispeceratului energetic de distribuie. n studiul de caz II au fost puse n eviden evenimentele de tip gol de

tensiune n reeaua electric de distribuie, evenimente care au influenat repartiia

normal a populaiei investigate. Procedura de monitorizare a indicatorilor de calitate

a energiei electrice a fost realizat n conformitate cu cerinele standardelor IEC

61000.

2.4. Concluzii

n capitolul 2 se prezint o sintez asupra modului de definire i monitorizare a indicatorilor specifici de calitate a energiei electrice. Cercetrile actuale definesc indicatorii de calitate a energiei electrice prin relaii matematice specifice iar metodele statistico matematice completeaz analiza. Prin alegerea unui numr minim de indicatori statistici (media, mediana, modulul, abaterea standard, coeficientul de variaie i eroarea standard) propui de autor se realizeaz analiza statistic descriptiv a indicatorilor de calitate a energiei electrice. Pentru testarea aplicabilitii metodei de analiz a statistici descriptive autorul relizeaz dou studii de caz privind caracterizarea indicatorului de calitate a energiei electrice variaia lent de tensiune.

Mediul de lucru n programele statistice este complex i necesit cunotine avansate de statistic - matematic pentru interpretarea rezultatelor. Astfel, pentru determinarea caracteristicilor statistice ale unui ir de date msurate cu analizatoarele de reea, se impune implementarea unei soluii software de analiz prin care s se calculeze un set minim de indicatori statistici caracteristici. O soluie software poate realiza analize n domeniul calitii energiei electrice, astfel nct caracterizarea irului de valori msurate s se realizeze ntr-un timp scurt i cu posibilitatea de a urmri rezultatele n mediul on-line. O astfel de soluie permite predicia valorilor indicatorilor calitii energiei electrice.


33

CAPITOLUL 3

CALITATE I EFICIEN N REELE ELECTRICE DE DISTRIBUIE

3.1. Particularitile reelelor electrice de distribuie

Reeaua electric reprezint o instalaie complex constituit din una sau mai multe echipamente de reea: linii electrice (de tip aerian sau subteran), bare de tensiune, transformatoarele electrice i bobine aferente staiilor i posturilor de transformare. Nivelurile de tensiune nominal difer de la ar la ar, putnd fi ncadrate n categoria de joas tensiune (JT), medie tensiune (MT) sau nalt tensiune (IT). Reelele electrice de distribuie (RED) ocup o poziie important n sistemele electroenergetice prin funcia i ponderea lor. Rolul lor const n a prelua energie electric din reelele de transport i de a o furniza consumatorilor, adaptnd parametrii si la necesitile utilizatorilor.

Consumatorul de energie electric este alctuit din totalitatea receptoarelor dintr-un anumit spaiu sau dintr-o ntreprindere [59].

Racordarea unui consumator (loc de consum la reeaua electric) se face dintr-o singur surs printr-o singur cale de alimentare. Aceasta reprezint calea de alimentare de baz i corespunde puterii maxime (de calcul) de durat a locului de consum. Realizarea unor ci de alimentare suplimentare de rezerv se face la cererea consumatorului n cazul n care acesta dorete mbuntirea indicatorilor de siguran n funcionarea instalaiilor [59].

Echiparea staiilor i posturilor de transformare cu transformatoare electrice de putere este diferit. Astfel, pentru consumatorii industriali, staiile i posturile de transformare se echipeaz de regul cu dou transformatoare. Pentru consumatorii rezideniali, staiile i posturile de transformare de distribuie public i alimentare a altor consumatori, care accept condiii similare de siguran se echipeaz de regul cu un singur transformator.

n funcie de tipul consumatorilor alimentai, reelele electrice de distribuie pot fi clasificate n urmtoarele categorii: reele urbane de distribuie, caracterizate printr-un numr ridicat de consumatori, repartizai ntr-o suprafa limitat; reele rurale de distribuie, caracterizate printr-un numr redus de consumatori, repartizai ntr-o suprafa extins; reele industriale de distribuie, caracterizate printr-un numr ridicat de consumatori de mrime important, repartizai ntr-o suprafa restrns.

3.2. Consumatorul de sarcin electroenergetic

Printre indicatorii care reflect dezvoltarea economic a unei ri se afl i consumul total de energie electric din sistemul electroenergetic ntr-un an. Deoarece instalaiile electroenergetice de producere, transport, distribuie i utilizare a energiei electrice sunt interconectate, iar consumatorul este conectat continuu la sistemul electroenergetic, o analiz a consumatorului de sarcin electroenergetic se impune.

3.2.1. Clasificarea i modelarea consumatorului

n reglementri sunt date definiii pentru tipul de consumator: eligibil, ntrerupt, prestator de servicii publice, teriar i vulnerabil.


34

Clasificarea consumatorilor, util pentru modelri, analize i nelegerea proceselor care au loc, este menionat n reglementrile n vigoare, astfel: n funcie de natura activitii consumatorilor de energie electric; n funcie de puterea contractat; n funcie de numrul locurilor de consum, exist.

Consumatorul de sarcin electroenergetic se descrie prin mrimi specifice: factorul de putere, dependenele puterilor active i a puterilor reactive de tensiune i frecven, tipul i parametrii motoarelor electrice etc.

n mod simplificat, consumatorii de energie electric pot fi modelai printr-una din cele trei componente, respectiv prin putere aparent, curent sau admitan (impedan). Modelele de reprezentare a consumatorilor de energie electric, folosite n mod curent, pentru reelele de distribuie sunt cele cu putere constant sau curent constant [63].

3.2.2. Caracterizarea sarcinilor electroenergetice

Acumularea sau debitarea de energie electric de ctre un sistem tehnic generator, transmitor sau transformator de energie electric caracterizeaz sarcina electroenergetic. n aceast lucrare, sarcina este reprezentat prin mrimile: puterea activ, puterea reactiv i intensitatea curentului electric absorbit sau debitat de sistemul tehnic.

Sarcina electroenergetic reflect aspectele activitii industriale, comerciale i casnice, agricole, ca i ale activitii sociale, de transport i sportive, peste care se suprapun efectele strii vremii ale perioadelor de zi i noapte.

Parametrii care definesc caracteristicile sarcinilor sunt: sarcina medie, sarcina medie ptratic, sarcina maxim, valoarea de calcul a sarcinii puterea activ de calcul i puterea instalat

ntr-un nod de reea conteaz sarcina electroenergetic, iar modelarea i estimarea sarcinilor electroenergetice se determin prin urmtoarele metode [65]:

modelul dinamic a sarcinilor;

modele bazate pe agregare;

modele lund n considerare factorii de influen a consumului i temperaturii.

O delimitare a unui consumator fa de sarcin electroenergetic se realizeaz atunci cnd consumatorul are prevederi contractuale ce se refer la calitatea energiei electrice, iar sarcina care poate fi ideal, real i modelat se reprezint prin caracteristicile reelelor electrice de distribuie i ansamblul de receptori cuplai n nodul unui sistem electroenergetic.

3.3. Consumul propriu tehnologic

3.3.1. Consumul strategic de energie n Romnia

Dinamica consumului de energie electric a cptat un caracter aleator, dificil de ncadrat ntr-un model matematic, datorit apariiei neprevzute a unor consumatori n diverse zone de consum, cel mai adesea determinat de faciliti existente n zon (infrastructur, ci de acces, utiliti, vad comercial etc.) i ca urmare dificil de prognozat.

n Romania, au aprut i s-au dezvoltat ntr-un ritm accentuat consumatori noi, avnd ca obiect de activitate: mica producie de mrfuri alimentare sau nealimentare, construcii de locuine, servicii. Au disprut marii consumatori industriali existeni nainte de anul 1989, de importan naional. Datorit multiplicrii i diversificrii


35

agenilor economici de tip mici consumatori, a crescut mult consumul de energie electric la medie i joas tensiune. Ca urmare, n funcionarea instalaiilor electroenergetice s-au produs dezechilibre, cauzate de modificri ale gradului de ncrcare al acestora, concretizate prin sub-ncrcarea instalaiilor de distribuie la nalt tensiune (linii electrice i staii de transformare), concomitent cu suprancrcarea instalaiilor de distribuie la medie i joas tensiune (linii electrice i posturi de transformare).

Totodat, datorit reglementrilor privind serviciul de distribuie a energiei electrice, a crescut exigena consumatorilor fa de calitatea serviciilor oferite de furnizorii de energie electric i operatorii de distribuie.

n aceste condiii, a devenit necesar efectuarea de analize tehnico-economice i cercetri privind modul n care instalaiile electroenergetice existente satisfac acoperirea n condiii de siguran a consumului de energie electric i a modului n care acestea trebuie dezvoltate i amplificate pentru a prelua creterile de consum pentru o etap viitoare.

3.3.4. Metode de evaluare a consumului propriu tehnologic

Consumul propriu tehnologic (CPT) n RED reprezint pierderile de energie electric cauzate de tranzitul energiei electrice prin reeaua de dis

Date post:	10-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	alexandru-dragomir
View:	55 times
Download:	1 times

Îmbunătăţirea calităţii energiei electrice şi a eficienţei energetice în sisteme electrice...

Documents