Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

Я. Э. Шклярский, зав. каф. общей электротехники, докт. техн. наук, эл. почта: Shklyarskiy_YaE@pers.spmi.ru
А. Н. Скамьин, доцент каф. электроэнергетики и электромеханики, канд. техн. наук, эл. почта: Skamin_AN@pers.spmi.ru
А. Я. Шклярский, доцент каф. электроэнергетики и электромеханики, канд. техн. наук, эл. почта: Shklyarskiy_AYa@pers.spmi.ru

Представлены результаты исследования влияния гармонических искажений в напряжении и токе на учет электрической энергии в электросетях алюминиевого завода. Проведен анализ схем электроснабжения и характеристик электроприемников предприятий алюминиевой промышленности. Приведены основные требования к системам учета электрической энергии для крупных потребителей. Показано, что при проверке точности электронных счетчиков электроэнергии, предназначенных для коммерческого учета, отсутствуют требования относительно их испытаний при наличии искажений в напряжении и токе. Однако именно в таких условиях в настоящее время осуществляют эксплуатацию этих устройств в точках общего присоединения потребителей с нелинейными электрическими нагрузками. По результатам лабораторных исследований выявлено, что число учитываемых гармоник, их амплитуда и угол сдвига фаз на частоте 50 Гц оказывают наибольшее воздействие на погрешность учета активной и реактивной мощности. Также был проведен анализ математических моделей счетчиков для измерения мощности и электроэнергии относительно расчета активной и реактивной мощности при наличии высших гармоник. Показано, что расчет реактивной мощности существующими приборами учета возможен по различным математическим уравнениям. Представлены результаты измерений показателей качества электрической энергии и параметров электропотребления на компрессорных станциях и станциях водооборота для технологических нужд алюминиевого завода, которые показывают, что суммарный коэффициент гармонических составляющих в напряжении выходит за допустимые пределы, а источником искажений в данной точке являются управ ляемые преобразователи электролизного цеха. На основе измеренных параметров была проведена оценка погрешности учета электрической энергии при различных математических моделях, реализуемых в счетчиках. В результате выявлено, что разница при вычислении реактивной энергии на первой гармонике и по геометрическому методу может достигать 6 %.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 18-79-00127).

1. Абрамович Б. Н., Веприков А. А., Сычев Ю. А., Хомяков К. А. Повышение эффективности электротехнических преобразовательных комплексов для питания электролизеров алюминия // Цветные металлы. 2016. № 10. С. 49–53. DOI: 10.17580/tsm.2016.10.07.
2. Бажин В. Ю., Власов А. А., Сизяков В. М. Стратегические задачи металлургического комплекса России // Цветные металлы. 2016. № 1. С. 32–37. DOI: 10.17580/tsm.2016.01.05.
3. Шклярский Я. Э., Пирог С. Влияние графика нагрузки на потери в электрической сети предприятия // Записки Горного института. 2016. Т. 222. С. 858–863. DOI: 10.18454/PMI.2016.6.859.
4. Замятин Е. О., Шклярский Я. Э., Шклярский А. Я. Анализ потерь электроэнергии алюминиевого производства при наличии искажений в системе электроснабжения // Цветные металлы. 2019. № 4. С. 84–91. DOI: 10.17580/tsm.2019.04.11.
5. Постановление Правительства РФ от 04.05.2012 N 442 «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии». — Введ. 12.06.2012.
6. Постановление Правительства РФ от 27.12.2010 N 172 «Об утверждении Правил оптового рынка электрической энергии и мощности и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам организации функционирования оптового рынка электрической энергии и мощности». — Введ. 13.04.2011.
7. ГОСТ 31819.22–2012 (IEC 62053-22:2003). Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования. Часть 22. Статические счетчики активной энергии классов точности 0,2S и 0,5S. — Введ. 01.01.2014.
8. ГОСТ 31819.23–2012 (IEC 62053-23:2003). Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования. Часть 23. Статические счетчики реактивной энергии. — Введ. 01.01.2014.
9. ГОСТ 32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — Введ. 01.07.2014.
10. Коверникова Л. И., Суднова В. В., Шамонов Р. Г. и др. Качество электрической энергии: современное состояние, проблемы и предложения по их решению / отв. ред. Н. И. Воропай. — Новосибирск : Наука, 2017. — 219 с.
11. Cataliotti A., Cosentino V., Di Cara D., Tinè G. IEEE Std. 1459 power quantities ratio approaches for simplified harmonic emissions assessment // 18^th International Conference on Harmonics and Quality of Power. 2018. P. 1–6. DOI: 10.1109/ICHQP.2018.8378832.
12. Czarnecki L. S. Why the power theory has a limited contribution to studies on the supply and loading quality? // 18th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP). 2018. P. 1–6. DOI: 10.1109/ICHQP.2018.8378884
13. Ferrero A. Definitions of electrical quantities commonly used in non-sinusoidal conditions // Eur. Trans. Electr. Power. 2007. Vol. 8. No. 4. P. 235–240.
14. Pudkova T. V., Bardanov A. I. Application of power theory for electricity metering in presence of distortion // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 643. P. 1–7. DOI: 10.1088/1757-899X/643/1/012011.
15. Willems J. L. The IEEE standard 1459: What and why? // IEEE International Workshop on Applied Measurements for Power Systems. 2010. P. 41–46.
16. Filipski P. S., Labaj P. W. Evaluation of reactive power meters in the presence of high harmonic distortion // IEEE Trans. Power Deliv. 1992. Vol. 7, Iss. 4. P. 1793–1799.

17. Li P., Zhao Y., Cong Z., Zhao Y., Xu H. et al. Research on the influence of load characteristics of distributed power grid on electric energy metering // Journal of Electrical and Electronic Engineering. 2018. Vol. 6, Iss. 3. P. 94–103. DOI: 10.11648/j.jeee.20180603.15.
18. Skamyin A. N., Vasilkov O. S. Power components calculation and their application in presence of high harmonics // Electric Power Quality and Supply Reliability Conference and Symposium on Electrical Engineering and Mechatronics, PQ and SEEM. 2019. P. 1–4. DOI: 10.1109/PQ.2019.8818243.
19. Kovernikova L. I., Shamonov R. G. On power quality and reliability of supply // E3S Web Conference. 2017. Vol. 25. P. 1–5. DOI: 10.1051/e3sconf/20172504001.
20. Adrian A., Emanuel A. Evolution of the electric power components definitions // Annals of the University of Craiova, Electrical Engineering series. 2015. No. 39. P. 206–211.