Przenośne i stacjonarne analizatory jakości energii elektrycznej. Przegląd urządzeń firmy A-Eberle

Firma A-Eberle przy współpracy z instytutami naukowymi i uczelniami wyższymi opracowała systemy oraz urządzenia do ciągłego monitorowania omawianych parametrów. W artykule przedstawiamy wyroby, które wykorzystywane są do analizy jakości energii elektrycznej oraz przyrządy do badania zjawisk określanych jako zmiany dynamiczne w sieci elektroenergetycznej.

ANALIZATORY POZWALAJĄ NA PRZEWIDYWANIE AWARII

Do przewidywania i zapobiegania awarii blackout na poziomie sieci przesyłowych stosuje się analizatory CPR-D. Są to zaawansowane technologicznie urządzenia wykorzystujące informacje, które zawarte są w napięciu i w częstotliwościach dotychczas nieanalizowanych. To co obserwujemy w tym zakresie, tzn. od 10 mHz do 50 Hz, daje nam obraz rezerwy stabilności sieci przesyłowej w funkcji czasu.

Z teorii dynamiki nieliniowej, teorii bifurkacji i chaosu deterministycznego można dowieść, że stan sieci można obserwować w sposób ciągły i oceniać go z punktu widzenia jej stabilności. Przy tym wykorzystuje się głównie zakres częstotliwości poniżej 50 Hz, którego ocena daje możliwości obserwacji przebiegów awarii, które wywołują w tym zakresie analizowanej częstotliwości znaczące zmiany. Podstawowe parametry, które są kontrolowane, to:

• uchwycenie "awarii pełzającej" wg metody "tap/time", które możliwe jest w połączeniu z zewnętrzną informacją o stopniach przełącznika zaczepów,
• funkcje częstotliwościowe (rejestrowane i oceniane są: wartość skuteczna i gradient częstotliwości sieci),
• pomiar niskich częstotliwości i porównanie z modelem odniesienia (fingerprint),
• nadzór dryftu napięcia,
• nadzór zmian wartości wykładnika Lapunowa,
• nadzór profilu tłumienia sieci.

Urządzenie CPR-D można zastosować w dowolnym punkcie przesyłowej sieci elektroenergetycznej, a do prewencji i sygnalizacji w systemie SCADA możemy wystawić następujące sygnały:

• ostrzeżenie o wstępnej awarii sieci,
• ostrzeżenie o awarii sieci,
• wyłączenie regulatora przełącznika zaczepów transformatora,
• aktywacja regulatora po sytuacji alarmowej.

ANALIZA ZMIAN DYNAMICZNYCH W SIECI

Przenośne analizatory, które stosujemy do analizy zmian dynamicznych w sieci dystrybucyjnej, to DA-BOX 2000. Zasada działania zbliżona jest do zasady systemu CPR-D z tą różnicą, że analiza danych odbywa się z reguły na poziomie sieci dystrybucyjnej i kontrolowane są napięcia 110 kV. Podstawowe parametry, które są nadzorowane, to:

• analiza widmowa z wysoką rozdzielczością częstotliwościową w zakresie od 0,01 Hz do 124,9 Hz (transformata falkowa),
• równoczesna ocena charakterystyki harmonicznych i porównanie z modelem odniesienia (fingerprint),
• detekcja specyficznych dla kolapsu modów częstotliwości (analiza fingerprint),
• niezależna od poziomu analiza widmowa,
• analiza i ocena dynamiki systemu,
• określenie współczynników tłumienia sieci,
• obliczenie online wykładnika Lapunowa,
• przewidywanie pełzających awarii sieci,
• funkcje częstotliwościowe (wartość średnia, gradient),
• funkcje wyłączające regulatora napięcia,
• funkcje rejestracji zakłóceń,
• realizowanie zróżnicowanych strategicznie sygnalizacji przez liczne dowolnie parametryzowane wyjścia binarne.

Stacjonarne analizatory JEE stosowane są do kontroli podstawowych parametrów JEE zgodnie z wytycznymi ministra gospodarki. Wszystkie wersje spełniają wymagania, stawiane analizatorom JEE, klasy pomiarowej A i norm 61000-4-30,-15, -7.

PQI-D i PQI-DA to najpopularniejsze analizatory montowane w stacjach GPZ, dużych zakładach przemysłowych oraz do kontroli odnawialnych źródeł wytwórczych - takich jak farmy wiatrowe. Podstawowe parametry to:

• częstotliwość próbkowania 10,24 kHz dla 4 (8) wejść napięciowych i 4 wejść prądowych,
• przeciążalność prądowa 20 × In (1 lub 5A) lub 2 × In (1 lub 5 A) przetwornik (24 bit A/C),
• zapisywanie informacji o zaburzeniach 0,1 ms i 10 ms,
• automatyczne powiadamianie o zaburzeniach,
• analiza kierunku zaburzenia - funkcja Transmiter,
• wyliczanie współczynników,
• analiza zapadów napięcia, wzrostów napięcia, mocy,
• jednoczesny pomiar parametrów fazowych i przewodowych,
• swobodnie programowalne wejścia i wyjścia dwustanowe do kontroli zabezpieczeń i sygnalizacji alarmów,
• udostępnianie jako przetwornik pomiarowy do 8 wyjść analogowych (2,5/5/10/20 mA) spośród dostępnych 4000 parametrów,
• zgodność z klasą A według P N-EN 61000-4-30 (Certyfikat Laboratorium PSL),
• pomiar harmonicznych do 50., interharmoniczne, flicker pls i pst,
• cykl pomiarowy 20 ms, 200 ms, 3 s, 10 min, 15 min, 2 h,
• pamięć buforowa danych 48 MB i 1,64 MB,
• zasilanie 88-264 V_AC/DC lub 18-72 DC.

POMIARY W BRANŻY ENERGETYKI WIATROWEJ

PQI-DA smart - stacjonarny analizator do analizy i pomiaru generowanych zakłóceń przez farmy fotowoltaiczne zgodnie z normą 61000-4-7. Podstawowe parametry:

• kolorowy ekran LCD 1,7" i klawiatura do podstawowej konfiguracji,
• 1 GB pamięci wewnętrznej,
• pasmo wejściowe 20 kHz,
• 4 wejścia napięciowe do 480 V L -N, dokładność < 0,1% i 4 wejścia prądowe 5 A z przeciążalnością do 10 A i 100 A,
• analiza widmowa 2 kHz...9 kHz (35 pasm częstości, BW=200 Hz) napięć i prądów wg IEC 61000-4-7,
• harmoniczne napięcia / prądu n = 2...50,
• próbkowanie 41 kHz,
• 2 wejścia cyfrowe ogólnego stosowania z 2 poziomami i 2 wyjścia przekaźnikowe dla alarmowania,
• bezpłatne oprogramowanie W inPQ smart,
• opcja: analiza danych w bazie przez WinPQ; permanentna komunikacja do 500 urządzeń,
• komunikacja Modbus RTU, Modbus TCP, IEC60870-5-104 (opcja P1) IEC61850 (opcja P2) zewnętrzny zegar GPS (NMEA +PPS),
• liczne sposoby wyzwalania rejestratorów,
• strumieniowanie online napięć i prądów przy próbkowaniu 40,96 kHz,
• IEC 61000-4-30, klasa A obróbki wyników,
• rejestracja zdarzeń wg DIN EN 50160; IEC61000-2-2; -2-12;-2-4,
• buforowanie zasilania do 2 s.

NARZĘDZIA DO PRACY W TERENIE

Przenośne analizatory PQ BOX 100 i PQ BOX 200 przeznaczone są do pracy w terenie i do lokalizacji źródeł zaburzeń generowanych przez odbiorców i dostawcę energii. PQ BOX 100 przeznaczony do weryfikacji parametrów JEE zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z 4 maja 2007 r. oraz do pomiarów związanych z doborem kompensacji mocy biernej. PQ BOX 200 do analizy parametrów JEE oraz do lokalizacji przepięć w sieci nn do 10 kV_p-p.

Podstawowe parametry urządzenia PQ BOX 100:

• wejścia napięciowe AC/DC: 4 × 800 V_p-p,
• wejścia prądowe 4 × (cęgi) do 6000 A,
• pamięć: 2 GB Flash, interfejs: USB 2.0,
• RS232 - synchronizujące wejście DCF / GPS,
• IEC61000-4-30: klasa A,
• przetwornik: 24-bitowy A/C, dokładność < 0,05%,
• synchronizacja: GPS,
• zasilanie AC/DC: za pomocą przewodów pomiarowych lub zewnętrznych, wewnętrznych UPS w razie awarii zasilania,
• warunki klimatyczne: praca od -20 do 60°C,
• przechowywanie: od -30 do 80°C,
• stopień ochrony: IP65,
• kategoria instalacyjna: CAT IV
• wymiary/waga: 220 × 146 × 57 mm/1,7 kg

Parametry PQ BOX 200:

• wejścia analogowe A C/D C: 24-bitowy przetwornik A/C,
• 4 wejścia napięciowe AC/D C 870 V_p-p,
• 5 wejść prądowych wraz z PE; możliwość podłączenia czujnika temperatury,
• częstotliwość próbkowania 40.96 kHz,
• FFT DC ... 20 kHz,
• wejście A UX: 1000 mV, wejście binarne: sygnał wyzwalający,
• stany nieustalone: próbkowanie 2 M Hz, zakres 10 kV p-p,
• pamięć: 4 G B do 32 G B S Dcard,
• interfejs: USB 2.0, TCP / IP, RS232 - synchronizacja czasu GPS,
• PN-EN 61000-4-30: klasa A (< dokładność 0,1%),
• UPS: pojemność baterii 6 h pracy,
• wymiary/waga:
• 242 × 181 × 50 mm/2,4 kg.

PODSUMOWANIE

Produkowane przez firmę A-Eberle analizatory jakości energii elektrycznej i stanów dynamicznych sieci elektroenergetycznej oraz systemy do przewidywania awarii typu blackout są rozwiązaniami przemyślanymi od strony technologicznej i wychodzącymi naprzeciw aktualnym potrzebom operatorów sieci elektroenergetycznej. Warunki pracy SEE podlegają ustawicznym zmianom - w zależności od harmonogramu pracy odbiorników, w szczególności odbiorników przemysłowych, zmienia się zapotrzebowanie na moc w ciągu doby.

Na wartość mocy zapotrzebowanej wpływają także warunki pogodowe, powoduje to zmiany w rozpływach energii, a przy coraz częstszej obecności generacji rozproszonej problemy z dynamiką sieci a w efekcie końcowym z awariami. Zaprezentowane rozwiązania mają na celu pomóc zarządzać siecią i stanowić wsparcie dla centrów dyspozycji mocy w podejmowaniu odpowiednich działań.

Radosław Wiśniewski
ASTAT
www.astat.com.pl