Ciągły monitoring jakości energii elektrycznej

System monitorowania jakości energii elektrycznej w Akademii Górniczo-Hutniczej

Do celów badawczych, dydaktycznych oraz użytkowych w sieci zasilającej AGH oraz Miasteczka Studenckiego AGH opracowano i zbudowano rozproszony system monitorowania jakości energii elektrycznej. System monitorowania powstał dzięki zaangażowaniu pracowników Katedry Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych z Wydziału EAIiE. Prace prowadzono we współpracy z Sekcją Głównego Energetyka AGH. W tabeli zamieszczono listę systemów pomiarowych oraz analizatorów zastosowanych do budowy systemu monitorowania.

Wybrane punkty pomiarowe umożliwiają gromadzenie danych w trzech warstwach systemu zasilającego AGH: zasilanie główne, zasilanie wybranych budynków oraz zasilanie wybranych laboratoriów lub odbiorników końcowych. Pomiary są prowadzone na dwóch poziomach napięć: SN (15/8,66 kV) i nN (400/230 V). Obecnie w systemie zasilającym AGH i Miasteczko Studenckie AGH zainstalowano 13 analizatorów jakości energii elektrycznej różnych producentów. Wśród uruchomionych punktów pomiarowych 5 z nich to punkty przyłączenia do sieci dostawcy (punkt granicy własności), w których dokonuje się rozliczeń za zużytą energię elektryczną. 

Poszczególne systemy pomiarowe oraz analizatory różnią się między sobą. Różnice dotyczą m.in. liczby rejestrowanych parametrów, sposobu rejestracji zdarzeń, sposobu zapisu danych (relacyjna baza danych, własne formaty zapisu, format COMTRADE, format PQDIF), sposobu dostępu do danych, postaci i zawartości generowanych raportów oraz w zakresie oferowanych narzędzi do wizualizacji i analizy danych.

Lista systemów pomiarowych oraz analizatorów zastosowanych do budowy systemu monitorowania w AGH:

Do systemów pomiarowych nr 1, 2 i 5 oraz związanych z nimi analizatorów jest możliwy zdalny dostęp za pomocą przeglądarki internetowej. Dla systemu nr 1 jest wymagane użycie przeglądarki Internet Explorer, dla systemu nr 2 jest konieczne zainstalowanie środowiska Java. Analizatory ION7650, 61000 PQ i PQube mają wbudowany web server, stąd jest możliwy z nimi bezpośredni kontakt, np. w celu podglądu stanu bieżącego. Systemy nr 3 i 4 nie są dostępne przez przeglądarkę internetową. Z systemem nr 3 można komunikować się zdalnie, ale jest wymagane zainstalowanie na komputerze użytkownika aplikacji WinPQ (licencja) i odpowiedniej konfiguracji. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku systemu nr 4. Na komputerze użytkownika jest potrzebna instalacja środowiska QIS (licencja). Ponieważ analizator QWave Power nie jest wyposażony w moduł umożliwiający komunikację z wykorzystaniem sieci internetowej zastosowano moduł łączący interfejs szeregowy analizatora z siecią Ethernet. Cechą wyróżniającą system nr 5 jest brak dedykowanego do obsługi analizatorów centralnego środowiska software’owego oraz centralnej bazy danych. Każdy z analizatorów funkcjonuje niezależnie. Dane są zapisywane bezpośrednio na 4- igabajtowej karcie SD zainstalowanej w analizatorze, w plikach o standardowych formatach. Zdalny dostęp do analizatora PQube jest możliwy za pomocą wybudowanego web servera, protokołu ftp, protokołu Modbus oraz poczty elektronicznej e-mail (dwukierunkowo).

W Laboratorium Jakości Energii Elektrycznej uruchomiono stanowiska komputerowe (serwery) do obsługi ww. systemów pomiarowych oraz analizatorów. Na poszczególnych serwerach zainstalowano specjalistyczne oprogramowanie niezbędne dla danej grupy analizatorów rozmieszczonych w systemie zasilającym AGH i Miasteczka Studenckiego AGH. Z tego miejsca jest nadzorowana praca całego systemu monitorowania. Dokonywany jest automatyczny odczyt danych z analizatorów, które są gromadzone w bazach danych. 

Na podstawie danych historycznych można przeprowadzić różnego rodzaju analizy i dokonać oceny jakości dostarczanej energii elektrycznej do AGH. Pomiary prowadzone za pomocą analizatorów jakości energii elektrycznej umożliwiają również analizę konsumpcji energii elektrycznej oraz efektywności energetycznej.

Oprócz wymienionych w tabeli analizatorów i systemów pomiarowych są prowadzone również prace z innymi analizatorami z wykorzystaniem ich oprogramowania: Simeas Q80 firmy Siemens, Certan PQ-100 firmy Procom System, SO-52v11/MPA-351 firmy Mikronika, PQM-701 firmy Sonel, Fluke 435 firmy Fluke, Unilyzer 902 firmy Unipower AB, Topas 1000 firmy LEM i innymi.

Na stronie smartgrid.agh.edu.pl znajduje się portal poświęcony inteligentnym systemom elektroenergetycznym tzw. smart grids prowadzony w AGH. Na stronie głównej znajdują się linki w sekcji smart metering AGH umożliwiające dostęp do omawianego systemu monitorowania.

Wnioski

Monitorowanie poziomu jakości energii elektrycznej nie jest już tylko przedmiotem zainteresowania wąskiej grupy naukowców, ale staje się codzienną praktyką w przedsiębiorstwach sieciowych, u wytwórców, u odbiorców przemysłowych i zinstytucjonalizowanych, a nawet u odbiorców indywidualnych. Energia elektryczna stała się towarem i jak w przypadku innych towarów oceniana jest jej jakość. Stąd znaczenie systemów ciągłego monitorowania jakości energii elektrycznej nabiera coraz większego znaczenia.

Zrealizowany w AGH rozproszony system monitorowania umożliwia prowadzenie badań w obszarze inteligentnych systemów pomiarowych (tzw. smart metering) jakości energii elektrycznej oraz efektywności energetycznej, wzbogaca ofertę AGH dla energetyki zawodowej oraz przemysłu, rozszerza ofertę dydaktyczną: projekty studenckie, prace magisterskie i inżynierskie, studia podyplomowe.

Wykonawcy planują kontynuowanie prac i rozbudowę stworzonego systemu monitorowania zarówno w obszarze pomiarów jakości energii elektrycznej (power quality smart metering) jak i w obszarze pomiarów efektywności energetycznej (energy efficiency smart metering). Prowadzone są również prace, mające na celu stworzenie własnego oprogramowania do gromadzenia danych z różnych analizatorów i/lub systemów pomiarowych oraz ich wizualizacji i analizy.

LITERATURA

[1] Krajowy Raport Benchmarkingowy nt. jakości dostaw energii elektrycznej do odbiorców przyłączonych do sieci przesyłowych i dystrybucyjnych. Praca zrealizowana w ramach projektu nr 2006/018-180.02.04 finansowanego przez Unię Europejską ze środków Transition Facility PL2006/018-180.02.04 „Wdrażanie konkurencyjnego rynku energii”, nr ref. 2006/018-180.02.04.02 – Część B

[2] Cieśla A., Hanzelka Z.: Inteligentne systemy elektroenergetyczne (smart grid), www.smartgrid.agh.edu.pl

[3] P N-EN 50160 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych, www.pkn.pl

[4] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. (wraz ze zmianami z 18.02.2008 oraz 21.08.2008) w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. Nr 93, poz. 623, z dnia 29.05.2007)

[5] P N-EN 61000-4-30 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) – Część 4-30: Metody badań i pomiarów – Metody pomiaru jakości energii, www.pkn.pl

[6] Dugan R.C., McGranaghan M.F., Santoso S.: Electrical Power Quality Systems. Second Edition. The McGraw-Hill Companies 2003

[7] Błajszczak G., Firlit A.: Narzędzia do oceny i analizy jakości energii elektrycznej. Energetyka 2009 nr 12

[8] Neumann V.: The importance of IEC 61000-4-30 Class A for the Coordination of Power Quality Level. 9th International Conference Electrical Power Quality and Utilisation, Barcelona 2007

Praca zrealizowana w ramach grantu „Rozproszony system monitoringu i oceny jakości dostawy energii elektrycznej”, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki, umowa nr 3143/B/T02/2011/40.

Dr inż. Andrzej Firlit – AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych, Kraków