KONCEPCJA SYSTEMU BONIFIKAT DLA ODBIORCÓW ZA NIEDOTRZYMANIE PRZEZ DOSTAWCĘ WYMAGANEGO POZIOMU JAKOŚCI NAPIĘCIA

Transkrypt

1 KONCEPCJA SYSTEMU BONIFIKAT DLA ODBIORCÓW ZA NIEDOTRZYMANIE PRZEZ DOSTAWCĘ WYMAGANEGO POZIOMU JAKOŚCI NAPIĘCIA prof. dr hab. inż. Zbigniew Hanzela / Aademia Górniczo-Hutnicza dr inż. Grzegorz Błajszcza / Polsie Sieci Eletroenergetyczne Operator SA 1. OCENA POZIOMU JAKOŚCI NAPIĘCIA Poziom jaości napięcia, tóry ma być zapewniony przez dostawcę energii, jest oreślony w przepisach prawnych (np. [4]) za pomocą zbioru wyróżnionych wsaźniów. Przepisy te nie oreślają jednaże onsewencji wyniających z niedotrzymania tych parametrów. Nie ma też narzędzi ułatwiających uruchomienie efetywnego mechanizmu benchmaringu w dziedzinie jaości napięcia. Istniejące wsaźnii czynią ten proces trudnym, a uzysane wynii są niejednoznaczne, co wyazał pierwszy polsi raport banchmaringowy [] Całowity wsaźni jaości napięcia Proponuje się wprowadzenie zagregowanego, całowitego wsaźnia jaości napięcia CWJU, wyznaczanego na podstawie zbioru tradycyjnych (zgodnie z obecnym brzmieniem rozporządzenia systemowego [4]) miar liczbowych poszczególnych zaburzeń. Byłby on wyznaczany na podstawie zbieranych w czasie jednego tygodnia pomiarów przeroczeń ch poziomów przez miary liczbowe, opisujące różne zaburzenia o charaterze ciągłym: wolne zmiany, wyższe harmoniczne, asymetrię oraz wahania napięcia. Istnieje możliwość rozszerzenia tego wsaźnia, ta aby objął w przyszłości również ocenę zdarzeń w napięciu. Wsaźni CWJU jest wyznaczany na podstawie względnych wartości miar liczbowych poszczególnych zaburzeń, odniesionych do ich poziomów ch. Jeżeli wszystie wsaźnii zaburzeń są mniejsze niż 1, wsaźni CWJU jest równy wartości masymalnej ze zbioru wsaźniów poszczególnych zaburzeń. CWJ U max W1,W,W3,W4 (1) Jeżeli jeden lub więcej wsaźniów przeracza 1, CWJU jest równy 1 plus suma przeroczeń poziomów ch. Gdy N zaburzeń przeracza poziomy dopuszczalne, wartość CWJU jest równa: N CWJ U 1 i Wi i 1 Fat, że szodliwy wpływ jest zależny od rodzaju zaburzenia i odbiorniów podlegających ich oddziaływaniu, może być uwzględniony poprzez współczynnii wagowe i, odniesione do poszczególnych przeroczeń. Każdy współczynni wagowy może przyjmować wartość z przedziału od 0 do 1 i może być negocjowany pomiędzy stronami: dostawcą i odbiorcą energii. Wartość wsaźnia CWJU jest podstawą oreślenia lasy jaości napięcia w rozważanym puncie pomiaru: lasy Z (zadowalającej, CWJU < 1), G (granica aceptacji, CWJU = 1) lub lasy NZ (niezadowalającej, CWJU > 1). Streszczenie W artyule przedstawiono propozycję wprowadzenia całowitego (zagregowanego) wsaźnia, wyznaczanego na podstawie zbioru tradycyjnych miar liczbowych poszczególnych zaburzeń, jao puntowej i systemowej miary liczbowej jaości napięcia. Na jego podstawie wyróżniono trzy lasy jaości: Z, G i NZ. Zdaniem autorów ich wprowadzenie ułatwi analizę porównawczą pomiędzy wyróżnionymi elementami rajowego systemu eletroenergetycznego, tzn. pomiędzy rejonami w ramach jednego operatora, pomiędzy różnymi operatorami oraz pomiędzy oddziałami w ramach sieci operatora przesyłowego. Zaproponowano dwa poziomy regulacji jaości napięcia i system bonifiat: (a) loalny, uwzględniający wzajemne oddziaływania dostawcy i odbiorcy energii w puncie wspólnego przyłączenia, oraz (b) systemowy. 31

2 Zbigniew Hanzela / Aademia Górniczo-Hutnicza Grzegorz Błajszcza / Polsie Sieci Eletroenergetyczne Operator SA Obliczenie sładowych całowitego wsaźnia jaości napięcia Wsaźni wolnych zmian napięcia W1 = WU Jeżeli ΔT[%] > 95, gdzie ΔT[%] jest wyrażonym w procentach tygodnia czasem, podczas tórego napięcie zawarte jest w m postanowieniami rozporządzenia systemowego lub umową przyłączeniową przedziale zmian, tzn. (Umin Umax), wówczas: WU max Ureducja,U wzrost U reducja U max, odchylenie w dół U, odchylenie w dół (3) U wzrost U max, odchylenie w górę U, odchylenie w górę (4) τδumax, odchylenie w dół masymalne zarejestrowane odchylenie napięcia w dół (w górę) od wartości znamiono(τδumax, odchylenie w górę) wej lub delarowanej spośród trzech wartości fazowych lub międzyfazowych, zmierzonych w rozważanym puncie sieci, w przyjętym czasie oceny (wartość średnia 10 min, PN EN ) τδu, odchylenie w dół (τδu, odchylenie w górę) masymalna dopuszczalna reducja napięcia w dół, tóra zgodnie z [4] w sieciach WN wynosi: 10%; oraz wzrost napięcia w sieciach 110 i 0 V: +10%, a w sieciach 400 V: +5% Odchylenia wyznaczane są na podstawie zależności: U U UC UC (5) U zmierzona wartość suteczna napięcia uśredniona w czasie 10 min Uc delarowana lub znamionowa wartość suteczna napięcia (zgodnie z postanowieniami umowy przyłączeniowej lub rozporządzeniem systemowym [4]). Względna wartość wsaźnia WU równa 1 oznacza, że miara statystyczna zaburzenia jest na granicy aceptacji, wartość więsza od 1 przeroczenie poziomu dopuszczalnego, mniejsza od 1 wymagania jaościowe są spełnione. Dotyczy to wszystich podanych dalej miar liczbowych jaości napięcia. Na tej podstawie poziom przeroczenia: W1 WU WU 1 (6) Jeżeli ΔT[%] < 95 wówczas: ΔW1 =Δ W1 = 0. W przypadu przyjęcia w regulacjach percentyla CP99 (np. zgodnie z EN 50160:010), w miejsce 95 należy wstawić 99. Wsaźni odształcenia napięcia W = WH WH max WTHDU, F, F3, F4,... WTHDU THDCP95 THD THD poziom Fh (7) U h,cp 95 U h, poziom dopu szczalny (8) h, 3..., 40 masymalna wartość percentyla CP95 współczynnia THD spośród trzech wartości fazowych (międzyfazowych), zmierzonych w rozważanym puncie sieci, w przyjętym czasie oceny (wartość średnia 10-minutowa)

3 THD poziom Uh,CP95 graniczna wartość współczynnia THD zgodnie z rozporządzeniem systemowym lub ontratem (w sieciach przesyłowych THD poziom = 3% [4]) masymalna wartość percentyla CP95 harmonicznej h. rzędu spośród trzech wartości fazowych (międzyfazowych), zmierzona w rozważanym puncie sieci, w przyjętym czasie oceny (wartość średnia 10-minutowa) Uh, poziom poziom harmonicznej h-tego rzędu zgodnie z rozporządzeniem systemowym lub umową przyłączeniową. Na tej podstawie: W1 WH WH 1 (9) Wsaźni asymetrii napięcia W3 = WASY WASY K CP 95 K poziom (10) dopuszczaln y KCP95 percentyl CP95 współczynnia asymetrii dla sładowej przeciwnej, zmierzony w rozważanym puncie sieci w przyjętym czasie oceny (wartość średnia 10 min) Kpoziom poziom współczynnia asymetrii dla sładowej przeciwnej (w sieciach przesyło wych Kpoziom = 1% [4]), Na tej podstawie: W3 W ASY I ASY 1 (11) Wsaźni wahań napięcia W4 = WWN WPLT PLT,CP 95 PLT, poziom (1) PLT, CP95 masymalna wartość percentyla CP95 współczynnia PLT spośród trzech wartości fazowych (międzyfazowych), zmierzonych w rozważanym puncie sieci, w przyjętym czasie oceny PLT, poziom poziom współczynnia PLT (w sieciach przesyłowych PLT, poziom = 0,8 1.[4]) Na tej podstawie: W4 WPLT WPLT 1 (13). SYSTEM BONIFIKAT Proponuje się wprowadzenie dwóch poziomów regulacji: 1. loalny poziom regulacji, uwzględniający wzajemne oddziaływania dostawcy i odbiorcy energii w PWP. systemowy poziom regulacji. 33

4 Zbigniew Hanzela / Aademia Górniczo-Hutnicza Grzegorz Błajszcza / Polsie Sieci Eletroenergetyczne Operator SA Loalny poziom regulacji Regulacje loalne powinny uwzględniać wymagania zarówno czułych odbiorniów, tóre potrzebują szczególnej jaości napięcia, ja i oncentrować się na odbiorcach zaburzających, w odniesieniu do tórych wymagane są mechanizmy ontroli ich poziomów emisji. Wzajemne oddziaływanie jest opisane miarami liczbowymi w umowie na dostawę energii. Dla puntów pomiarowych lasy NZ należy przeprowadzić analizę loalizacji źródła zaburzenia i wsazać jednoznacznie sprawcę przeroczenia dopuszczalnego poziomu jaości. Następny ro procedury obejmuje uzgodnienie dla sprawcy tzw. ścieżi poprawy, zgodnie z tórą w oreślonym czasie (np. rou czy dwóch lat, zależnie od trudności technicznych) powinien zostać osiągnięty, w rozważanym puncie sieci, stan jaości lasyfiujący go do ategorii jaości Z (rys. 1). Tempo dochodzenia do poziomów referencyjnych jest więc różne, zależnie od stanu zastanego w rou początowym. Wsaźni jaości Minimalny np. roczny poziom poprawny poziom poprawy Wartość początowa * * 1 Kara 3 4 Poziom 5 Nagroda 6 Czas [ro] Rys. 1. Włosa ścieża poprawy wsaźnia jaości napięcia [1] Kontrola oparta jest na pomiarze w puncie wspólnego przyłączenia. Dostawca energii przeprowadza pomiary w wybranych stałych puntach sieci zasilającej za pomocą zainstalowanych przyrządów pomiarowych. Mierni rejestruje wartości suteczne napięć, poziom wahań, harmoniczne, asymetrię napięcia oraz dostarczoną energię z czasem uśredniania 10 min. Przeroczenie poziomów ch, zgodnie ze ścieżą poprawy, powoduje opłatę arną, tórą dostawca uiszcza odbiorcy. Wysoość tej opłaty zależna jest od stopnia przeroczenia poziomu dopuszczalnego i wartości energii dostarczonej w warunach złej jaości zasilania. W olejnych latach, zgodnie ze ścieżą poprawy, regulator/operator doonuje porównania istniejących poziomów jaości z poziomami docelowymi i jeżeli nastąpiła poprawa jaości w stopniu więszym niż wymagany, wzmacnia czynni motywacyjny, np. reduując do X% wysoość bonifiaty płaconej na rzecz odbiorcy. Przedstawiony mechanizm regulacyjny, oparty na arze i nagrodzie, motywuje operatorów do szybich interwencji w poprawę jaości napięcia, a odbiorców do nieprzeraczania poziomów emisji uzgodnionych z dostawcą energii. Wahania napięcia W przypadu przeroczenia poziomu dopuszczalnego wahań napięcia opłata arna jest wyznaczana na podstawie zależności: PW C W 1 E C E (14) gdzie: E jest energią dostarczoną w przedziale czasu o numerze porządowym, a W jest wahaniem napięcia podlegającym arze Pst, Pst, poziom W max 0, Pst, poziom (15) Ω1 jest zbiorem przedziałów, w tórych W 1, a Ω jest zbiorem przedziałów w tórych W > 1. Pst, jest wsaźniiem rótooresowego migotania światła, zmierzonym podczas -tego przedziału, Pst, poziom jest jego poziomem m. W jest wyznaczane dla ażdego 10-minutowego przedziału podczas tygodnio-

5 wego oresu pomiarów ( = 1,, 1008) i przyjmuje wartość różną od zera tylo wówczas, jeżeli został przeroczony poziom. Ja wynia z zależności (14), ażdy -ty przedział, podczas tórego występuje nadmierny poziom wahań napięcia, będzie wiązał się z opłatą arną w wysoości: C W [PLN/Wh] gdy 0 < W < 1 i C [PLN/Wh] gdy W 1 W pratyce wartość C może być przyjmowana na poziomie osztów przerw w zasilaniu. Oznacza to, że przedziały, w tórych W 1, tratowane są jao nieaceptowane waruni zasilania. W przypadu, gdy przeroczenie poziomu dopuszczalnego wahań napięcia jest zgodne ze ścieżą poprawy, wówczas opłata arna jest reduowana zgodnie z zależnością: PW* = R PW, gdzie R jest współczynniiem reducji bonifiaty o wartości stałej (np. 0,5) lub zależnej od czasu trwania procesu poprawy jaości napięcia np. R = (1 m / M), gdzie M jest przyjętym czasem (w miesiącach) potrzebnym do osiągnięcia w danym puncie sieci lasy napięcia Z, a m = 0, 1, są olejnymi miesiącami/latami, licząc od chwili rozpoczęcia realizacji ścieżi poprawy. Tę samą zasadę można zastosować do wszystich pozostałych wsaźniów jaości napięcia. Odształcenie napięcia W przypadu wyższych harmonicznych, dla tórych nastąpiło przeroczenie ch poziomów, funcja ary przyjmuje postać: PH C H 3 E CE 4 (16) gdzie: H jest poziomem odształcenia napięcia podlegającym arze THD THD poziom 1 40 U h, U h, poziom H max 0, max 0, THD poziom U h* n h (17) Ω3 jest zbiorem przedziałów, w tórych H 1, a Ω4 jest zbiorem przedziałów, w tórych H > 1. Wartość n reduująca wysoość ary płaconej z tytułu przeroczenia poziomów ch poszczególnych harmonicznych może w początowym oresie wynosić np. 3. W oresie wdrażania regulacji bez onsewencji finansowych może ona ulec zmianie. Wartość THD jest masymalną wartością współczynnia odształcenia, a U masymalną wartością harmonicznej napięcia h rzędu spośród trzech faz, zarejestrowanymi w ażdym przedziale. H jest wyznaczane dla ażdego przedziału podczas tygodniowego oresu pomiarów ( = 1,, 1008) i przyjmuje wartość różną od zera, tylo jeżeli są przeroczone poziomy dopuszczalne. Ja wynia z zależności (16), ażdy przedział, podczas tórego występuje nadmierne odształcenie napięcia, będzie wiązał się z opłatą arną w wysoości: C H [PLN/Wh] gdy 0 < H < 1 i C [PLN/Wh] gdy H 1 Asymetria napięcia Dla tego zaburzenia funcja ary przyjmuje postać: PA C A 5 E C E 6 (18) gdzie: A jest poziomem asymetrii napięcia podlegającym arze: K ( ) K poziom A max 0, K poziom (19) Ω5 jest zbiorem przedziałów, w tórych A 1, a Ω6 jest zbiorem przedziałów, gdzie A > 1. Kjest wartością współczynnia asymetrii zarejestrowaną w ażdym przedziale. A jest wyznaczane dla ażdego przedziału 35

6 Zbigniew Hanzela / Aademia Górniczo-Hutnicza Grzegorz Błajszcza / Polsie Sieci Eletroenergetyczne Operator SA 36 podczas tygodniowego oresu pomiarów ( = 1,,1008) i przyjmuje wartość różną od zera, tylo jeżeli jest przeroczony poziom. Ja wynia z zależności (18), ażdy przedział, podczas tórego występuje nadmierna asymetria napięcia, będzie wiązał się z opłatą arną w wysoości: C A [PLN/Wh] gdy 0 < A < 1 i C [PLN/Wh] gdy A 1 Wolne zmiany napięcia Zgodnie z obowiązującym postanowieniem rozporządzenia taryfowego, wysoość ary płaconej na rzecz odbiorcy jest bardzo mała i pratycznie nie uruchamia żadnego mechanizmu motywującego dostawcę do poprawy stanu jaości zasilania []. Stąd propozycja zmiany, zgodnie z tórą, jeżeli wartość napięcia przeracza dopuszczalne poziomy, dostawca jest zobowiązany zapłacić arę zgodnie z formułą: PU C V 7 E C E 8 (0) gdzie: V jest poziomem wolnych zmian napięcia podlegającym arze U, U UC UC Jeżeli sign( U, ) ( ) U, U max, odchylenie w górę V max 0, U max, odchylenie w górę Jeżeli sign( U, ) ( ) U, U max, odchylenie w dół V max 0, U max, odchylenie w dół (1) Ω7 jest zbiorem przedziałów, w tórych V 1, a Ω8 jest zbiorem przedziałów, gdzie V > 1. V jest wyznaczane dla ażdego przedziału podczas tygodniowego oresu pomiarów ( = 1,, 1008) i przyjmuje wartość różną od zera, tylo jeżeli jest przeroczony poziom. Ja wynia z zależności (0), ażdy. przedział, podczas tórego występuje nadmierna zmiana napięcia, będzie wiązał się z opłatą arną w wysoości: CW [PLN/Wh] gdy 0 < W < 1 i C [PLN/Wh] gdy W 1 Kary oreślone zależnościami (14), (16), (18) i (0) (wyniające z jednotygodniowego pomiaru) płacone są w sposób ciągły w ażdym olejnym tygodniu, do chwili, gdy pomiarowo zostanie wyazany bra przeroczenia ch poziomów wyniających z przyjętej ścieżi poprawy. W przypadu pomiarów realizowanych za pomocą mierniów stacjonarnych ara wyliczana jest w sposób ciągły, zgodnie z rzeczywistymi przeroczeniami ch wsaźniów jaości napięcia. Może to być dodatowy czynni motywujący do budowy rozproszonych systemów monitorowania jaości dostawy energii... Systemowy wsaźni jaości napięcia Na poziomie systemowym wsaźnii jaości nie są gwarantowane dla ażdego odbiorcy. Gwarantowany jest natomiast odpowiedni średni poziom jaości dla wszystich odbiorców. Polsi system eletroenergetyczny jest podzielony na obszary administrowane przez operatorów sieciowych OSP i OSD, z tórych ażdy jest wewnętrznie podzielony na mniejsze jednosti organizacyjne. Sieć operatora systemu przesyłowego jest podzielona na pięć oddziałów. Analizę benchmargingową można więc przeprowadzać zarówno w sali całego raju, pomiędzy niezależnymi operatorami, ja i w sali pojedynczego operatora. W celu globalnej oceny systemowej (dla wyróżnionego obszaru lub części systemu) można zdefiniować systemowy wsaźni (CWJU)S:

7 M M j 1 j 1 CWJ U S w j CWJ U, j / w j () gdzie: wj i CWJU,j są odpowiednio współczynniiem ważenia i wsaźniiem jaości j-tego puntu pomiarowego, a M jest całowitą liczbą monitorowanych punów sieci zasilającej. Puntowy współczynni ważenia może być zależny np. od liczby/mocy zamówionej odbiorców przyłączonych w danym puncie. Regulator/operator, realizując proces poprawy jaości napięcia, porównuje wsaźni systemowy z jego przyjętym poziomem, zależnym w ażdym rou od ścieżi poprawy. Przyjmując przyładowo poziom wsaźnia (CWJU)S,n dla n-tego rou zgodnie ze ścieżą poprawy i załadając np. ± 5-proc. przedział tolerancji, można sformułować następujący warune oceny: jeżeli (CWJU)S > 1,05 (CWJU)S, n będzie oreślona ara dla operatora jeżeli (CWJU)S < 0,95 (CWJU)S, n będzie oreślona nagroda dla operatora. Dla mechanizmu ustalania ary/nagrody można przyjąć algorytm analogiczny do proponowanego dla regulacji puntowej. Kary są wyznaczane proporcjonalnie do dostarczonej energii, podczas stanu złej jaości zasilania, przy czym poziom ary rośnie wraz ze wzrostem odstępstwa od dopuszczalnego poziomu zaburzenia, aż do przyjętego poziomu progowego. Po przeroczeniu tej wartości dostawca jest arany ta, ja za energię niedostarczoną/przerwę w zasilaniu. Regulator powinien oreślić analityczną postać funcji ary. Podobną oncepcję można zastosować w odniesieniu do nagrody. Dodatową informację niesie wsaźni zdefiniowany zależnością: SWJ U *S N A / N 100% (3) gdzie: NA jest liczbą puntów pomiarowych lasy Z, a N jest całowitą liczbą puntów, w tórych zainstalowane są miernii. Wartość współczynnia równa 1 oznacza, że we wszystich puntach pomiarowych rozważanej części systemu spełnione są wymagania jaościowe. Wartość mniejsza od 1 oznacza ich niespełnienie w co najmniej jednym puncie. N może być taże całowitą liczbą puntów, tóre zostały zawalifiowane jao punty pomiaru wsaźniów jaości. Są to zarówno punty, w tórych przeprowadzany jest pomiar wsaźniów, ja i punty, w tórych planowana jest instalacja przyrządów pomiarowych. W podobny sposób, ja w przypadu pojedynczego puntu pomiarowego, można przyporządować lasę jaości napięcia w odniesieniu do wsaźnia systemowego. 3. PODSUMOWANIE Proponuje się wprowadzenie do rozporządzenia systemowego: a) całowitego wsaźnia jaości napięcia (SWJU) b) lasy jaości napięcia c) systemowego wsaźnia jaości napięcia (SWJU)s jao podstawę benchmargingu. Modyfiacja rozporządzenia taryfowego w sposób uruchamiający system bonifiat, płaconych przez dostawcę na rzecz odbiorcy z tytułu niespełnienia poziomów ch jaości napięcia, wymaga czasu i danych pomiarowych. Wprowadzanie ażdego mechanizmu regulacji zobowiązuje do początowego czasu testowania procedury bez wprowadzania sutów finansowych, jedynie w celu przeanalizowania onsewencji jego funcjonowania. BIBLIOGRAFIA 1. Caramia P., Carpinelli G., Verde P., Power quality indices in liberalized marets, Wiley, Krajowy Raport Benchmaringowy nt. jaości dostaw energii eletrycznej, URE, Regulation of voltage quality for the Italian networ, Worshop organized in the framewor of the 14th IEEE International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 9 września 010, Bergamo, Włochy. 4. Rozporządzenie Ministra Gospodari z dnia 4 maja 007 r., Dzienni Ustaw nr 93 z dnia 9 maja 007 r. 37