Удосконалення систем обліку електроенергії шляхом врахування низької якості та зовнішніх факторів

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 – Електричні станції, мережі і системи. – Сумський державний університет, Суми, 2018. Дисертаційна робота присвячена розробці оптимальних засад роботи ЛЕ та рекомендацій, які спрямовані на удосконалення систем обліку електроенергії шляхом урахування низької якості електроенергії та зовнішніх факторів, таких як електромагнітні поля. В роботі показано, що при відхиленні показників ЯЕ від нормованих значень ЛЕ однієї і тієї ж номінальної потужності (справні і повірені) можуть показувати істотно різні результати обліку електроенергії, споживаної одним і тим же навантаженням. Різниця показів може перевищувати суму меж припустимих похибок лічильників, що призводить до значних комерційних втрат електроенергії. Розроблено принцип та алгоритм цифрового ЛЕ, який дозволить найбільш точно враховувати електроенергію при відхиленнях ПЯЕ від нормованих значень. Запропоновані зовнішні та внутрішні методи зменшення впливів на ЛЕ. Запропоновано оптимальний екран для захисту від впливу магнітних полів. Рекомендовані перспективні наноматеріали для трансформаторних датчиків струму та датчиків струму та напруги, побудованих на основі ефекту Холла.Thesis for scientific degree of candidate of technical sciences, specialty 05.14.02 – Electrical power stations, networks and systems. – Sumy State University, Sumy, 2018. The thesis is dedicated to the development of the algorithm and the principle of power meters’ (PM) operation and recommendations that are aimed at energy metering systems improving by taking into account the poor power quality and external factors such as electromagnetic fields. It is shown and justified that under the conditions when the harmonic composition in operating electric networks goes beyond the established standards, there are errors in the indications of commercial electricity meters that exceed the permissible values. This leads to a violation of the measurement system’s uniformity and introduces significant errors in the balance of released/received electricity. The higher the order of harmonic distortion, the less the frequency error response of a power meter. This is true for both induction and electronic meters. The developed principle and the algorithm of the digital power meter will allow most accurately take into account electric power in the presence of higher harmonics and other deviations of PQ from the normalized values and to reduce commercial electricity losses up to 3.41%, compared to the most common PM included in the State Register of measuring equipment of Ukraine. The optimal screen of mu metal is proposed to protect the pulse transformers, which are used in modern PM, from the impact of strong magnetic fields, which are created by rare-earth magnets. Properties and efficiency of the proposed screen are investigated by modeling in the software package CST Studio Suite. This paper has analyzed the registration error variation of a PM with respect to the load harmonic parameters and meter parameters, and, based on the results of the analysis, compensation methods have been proposed to improve the accuracy of PMs operated in situations which involve harmonics. The compensation methods are categorized as two types, the meter external methods and meter internal methods. The meter external methods aim to improve the load characteristics, which include improving the load power factor, repressing the voltage and current harmonic quantities, and decreasing the magnitude of the harmonic power factors. The meter internal methods emphasize improvement of the harmonic performance of the PM itself. In particular it includes utilizing of promising nanomaterials for transformer current sensors and current and voltage sensors built on the basis of the Hall effect. The feasibility and priority of each of the proposed methods was evaluated.