Метод и алгоритм комплексной оценки качества электрической энергии

Важной составляющей мониторинга, контроля и управления потоками электроэнергии является оценка качества электрической энергии (КЭ). Значительное число различающихся по области задания показателей качества электрической энергии [1], с одной стороны, и противоречивость применяемых оценок состояния оборудования [2-3], с другой, – приводят к значительным трудностям комплексной оценки энергетической системы в целом, диктуют необходимость и обуславливают целесообразность привлечения для оценки КЭ современных методов обработки информации [4].

В работе с целью интеграции информации по различным показателям и получения единых оценок КЭ, обеспечения её доступности, однозначности в понимании и простоты толкования работниками различных специальностей и уровня подготовки предлагается метод и алгоритм обработки текущей информации о качестве электрической энергии [5, 7, 8].

Суть предлагаемого метода состоит в трансформации на основе разработанной системы математических моделей [7] информации о значениях параметров КЭ в единую область значений с последующим комплексированием индикаторов отдельных компонент в единый индекс, характеризующий текущее качество электрической энергии с наглядным отображением информации в виде компонентного портрета качества электрической энергии (КПКЭ) [5, 7].

Предлагаемый алгоритм и методика оценки качества электрической энергии включают следующую последовательность действий.

Анализ показателей, характеризующих качество электрической энергии, выбор нормативных значений этих показателей, распределение показателей на группы по виду задания предельно-допустимых значений.

Выбор и объединение в группу показателей с заданием верхних предельно-допустимых значений, , . Вычисление индикатора качества электроэнергии (ИКЭ) ηi  по каждому показателю группы

 или ηi=1-δi ,  (1)

где – относительная величина i-го показателя КЭ.

Формирование комплекса показателей с интервальным заданием предельно-допустимых значений , . Вычисление для каждого показателя группы индикатора ИКЭ

или в относительных величинах

,    (2)

где , – относительные компоненты i-го показателя КЭ и его номинального значения.

Выбор и формирование группы показателей КЭ с заданием нижних предельно-допустимых значений , ограничивающих наименьшие значения показателей  , с предпочтительным значением d_i или . Вычисление ИКЭ по всем выбранным составляющим группы

 ;

или в относительных величинах

;

 ,  (3)

где  и  – относительные величины i-й компоненты и её предпочтительного значения.

Выделение ИКЭ с отрицательными значениями, для которых показатели КЭ превышают пределы допустимых отклонений показателя, и индикаторов, имеющих минимальный запас возможных отклонений от номинальных значений. Формирование вектора качества электроэнергии  

Вычисление усреднённой оценки в виде средневзвешенного отдельных ИКЭ

.    (4)

Построение КПКЭ в пространстве компонент вектора качества электрической энергии .

Комплексный анализ качества электрической энергии в пространстве компонент вектора КЭ.

Возможности разработанного метода проиллюстрируем примером оценки качества электрической энергии в сети на артезианской скважине для момента времени 10:00. В таблице приведены данные о текущем x_i и нормативном значениях показателей КЭ, а также об ИКЭ, рассчитанных на основе предложенного метода и разработанных математических моделей (1) – (4).

Таблица

Оценка качества электрической энергии на артезианской скважине

Наглядное представление информации о качестве электроэнергии даёт построенный на рисунке компонентный портрет КЭ. КПКЭ представлен в пространстве индикаторов качества электроэнергии. Количество координатных осей соответствует количеству показателей в таблице.

Внешняя линия КПКЭ ограничена значением индикатора качества, соответствующим номинальному уровню показателя, равным единице (наилучшее значение). По периметру приведены соответствующие идентификаторы ИКЭ. Внутренний контур КПКЭ представлен линией нулевого уровня и соответствует границам предельно-допустимых отклонений показателей КЭ. Линия, проведенная пунктиром, соответствует нормально-допустимым отклонениям ИКЭ, установленным ГОСТом (ГОСТ 13109-97, 54149-2010). Между линией номинального значения (η=1) и линией нормально-допустимых отклонений индикатора КЭ введена линия средневзвешенного арифметического значения ИКЭ. В рассматриваемом примере эта линия проведена на уровне η=0,683.

Центр КПКЭ выбирается из условия максимально-возможного отклонения показателя от номинального. В нашем примере принято как возможное двадцати процентное отклонение показателя, что обуславливает нахождение центра КПКЭ в точке со значением ИКЭ, равным – 0,2.

Годограф ИКЭ представляет собой линию, проходящую через точки компонентных осей текущих значений ИКЭ, возле которых приводятся численные значения соответствующих индикаторов. Показатели, имеющие значения ниже нормально-допустимых значений обозначены треугольниками, выделены тёмным тоном, а индикаторы качества размещены в толстой рамке на тёмном фоне. Наиболее критичные значения имеют шесть ИКЭ для отклонений напряжений фазных и линейных. Все они находятся в пространстве предельно-допустимых отклонений.

Рис. Компонентный портрет качества электрической энергии

Текущее значение ИКЭ делит соответствующую компонентную ось на две части. Длина отрезка от нулевого до текущего значения составляет запас допустимых отклонений. Длина отрезка от текущего до единичного значения, характеризует удалённость показателя от его номинального значения.

Отсутствие ИКЭ в области отрицательных значений свидетельствует о том, что все показатели КЭ находятся в области допустимых отклонений от номинальных значений.

Как показывают результаты исследований, разработанный метод оценки качества электрической энергии обеспечивает трансформацию текущих значений показателей КЭ в единую область значений индикаторов КЭ с возможностью их формализованного агрегирования в систему индикаторов и комплексирования в индексы с представлением информации о КЭ в виде единого компонентного портрета. Разработанный КПКЭ обеспечивает наглядное и понятное представление полной информации о качестве электроэнергии исследуемого объекта, что способствует более быстрому принятию решений при управлении и снижает риски при обслуживании электрических сетей.