Роль моделирования при выполнения измерений электроэнергии для целей коммерческого учета
Осика Л.К., к.т.н., ЗАО "ЦДР ФОРЭМ"
 Измерение, в том числе измерение электроэнергии,– сложный процесс, включающий в себя взаимодействие целого ряда его структурных элементов:
- субъекта измерений (человека);
- измерительной задачи;
- объекта измерений;
- модели измерений;
- принципа и метода измерений;
- технических и программных средств измерений;
- условий измерений;
- результатов измерений;
- погрешности измерений.
Субъект измерений (человек) определяет содержание всех вышеперечисленных элементов (включая постановку измерительной задачи) и непосредственно воспринимает результаты измерений с учетом их погрешности и доверительной вероятности, т.е. подготавливает и выполняет измерения. Процесс измерений происходит в двух направлениях: реальность (реальный процесс, явление, реальная система) и ее отражение, модель, построенная в целях познания реальности.
Главным элементом в процессе измерений является его задача (цель). Задача любого измерения заключается в определении при заданных условиях значения выбранной (измеряемой) физической величины с требуемой точностью. При постановке измерительной задачи:
- определяется объект измерения;
- в нем выделяется измеряемая физическая величина;
- задается погрешность измерения.
Объект измерений – это реальный физический объект (система), свойства которого характеризуются одной или несколькими физическими величинами. Он обладает множеством особенностей и находится в многосторонних и сложных связях с другими объектами (системами). Каждое свойство проявляется в изменениях одной или нескольких физических величин. Субъект измерения (человек) принципиально не в силах представить себе объект измерений целиком, во всем многообразии его свойств и связей. Поэтому любое взаимодействие субъекта с объектом происходит только на основе модели объекта. Наиболее подходящим видом модели при таком взаимодействии служит математическая модель объекта измерений.
Классическим примером постановки измерительной задачи служит содержание методики выполнения измерений (МВИ) так, как ее предполагает ГОСТ Р 8.563-96. В сфере коммерческого учета электроэнергии на оптовом рынке на современном этапе (при запуске конкурентного сектора) измерительная задача ставится следующим образом:
-
объект измерения – электроэнергетическая система (энергозона, содержащая от одной до нескольких объединенных энергосистем (ОЭС); единая энергетическая система России) в условиях функционирования конкурентного оптового рынка электроэнергии;
-
измеряемые физические величины – суммарное потребление активной электрической энергии каждым субъектом рынка и суммарная выработка энергии генераторами всех электростанций каждого АО-энерго, а так же суммарная выработка энергии генераторами каждой электростанции – субъекта рынка в часовом. Эти величины являются коммерческими учетными показателями;
-
необходимая погрешность измерений – пока не определена и требует отдельных исследований.
Очевидно, что величина такого учетного показателя, как потребление АО-энерго или электростанции – субъекта оптового рынка, может быть определена только косвенным способом на основании прямых измерений сальдированного перетока электроэнергии по зоне отчуждения товарной продукции указанного субъекта и прямых измерений суммарной выработки его генераторов.
С технологической точки зрения, интересующий нас объект измерений, т.е. электроэнергетическая система (ЭЭС), – это совокупность производственных объектов электроэнергетики (генерирующих источников, сетевых и других вспомогательных элементов), связанных общностью электрического режима и единством централизованного оперативно – диспетчерского управления. ЭЭС осуществляет единый во времени и территориально распределенный процесс выработки, преобразования, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Она является системой, состоящей из ряда взаимосвязанных подсистем, содержащих многочисленные динамические и статические элементы. Управление объектом (включая коммерческое управление) – это взаимодействие оператора (управляющего комплекса) с моделью объекта на основе информации о его поведении. Информация является результатом измерений. Измерение определяется как совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Оператор (управляющий комплекс) взаимодействует и с моделью объекта управления, и с моделью объекта измерений, которые отображают одну физическую сущность – ЭЭС. Идеализация, принятая при построении модели объекта измерения, всегда приводит к несоответствию параметров этой модели исследуемому свойству объекта («пороговое несоответствие»), а так же аналогичным параметрам модели управления объектом. Данное несоответствие допустимо до тех пор, пока оно не приводит к снижению показателей надежности ЭО, ниже допустимых, или к ощутимым отрицательным последствиям финансового характера для субъектов рынка. Примером несоответствия модели управления модели измерения может служить часто встречающаяся ситуация, когда покупка товарной продукции АО-энерго на ФОРЭМ контролируется диспетчером по средствам измерений, расположенным вне зоны поставки (или даже вне сечения поставки).
Модель объекта измерений строится до выполнения измерений, учитывая требования измерительной задачи, на основе априорной информации об объекте измерений и об условиях измерений. К априорной информации можно отнести:
- априорную информацию об объекте измерений;
- цель измерений;
- условия измерений.
Модель объекта измерений должна удовлетворять следующим требованиям:
-
погрешность, обусловленная несоответствием модели объекту, не должна превышать некоторой заданной величины (рекомендуется принимать ее равной 10% предельно допускаемой погрешности измерений);
-
составляющая погрешности измерения, обусловленная нестабильностью измеряемой физической величины в течении времени, необходимого для проведения измерений, не должна превышать заданной величины (рекомендуется так же принимать ее равной 10% предельно допускаемой погрешности измерений).
Если выбранная модель не удовлетворяет этим требованиям, то следует перейти к другой модели объекта измерений.
Априорная информация об объекте измерений является важнейшим фактором, обусловливающим эффективность выполнения измерений. При полном отсутствии априорной информации измерение в принципе невозможно, т.к. не известно, что же необходимо измерять, и, следовательно, нельзя выбрать нужные средства измерений. С другой стороны, при наличии в полном объеме всей априорной достоверной информации об объекте измерений, т.е. при известном значении измеряемой величины, измерения просто не нужны. Между этими крайними случаями располагаются объемы известной субъекту измерений априорной информации, которые определяют:
- достижимую точность измерений;
-
эффективность измерений, т.е. достижение поставленной измерительной задачи имеющимися средствами измерений.
Измеряемая величина определяется как параметр принятой модели. Значение измеряемой величины, которое можно было бы получить в результате абсолютно точного эксперимента, принимается в качестве истинного значения данной величины.
Цель построения модели объекта измерений состоит в выявлении (представлении) конкретной физической величины, подлежащей измерению. Поэтому более правильно говорить не о модели объекта измерений в целом, а о модели его измеряемого свойства, или о модели измеряемой величины. Модель объекта измерений (модель измеряемой величины) не обязательно должна быть математической. Ее тип определяется видом и свойствами объекта измерений, а так же целью измерений (измерительной задачей). Моделью может служить любое приближенное описание объекта, позволяющее выделить параметр модели (или функцию параметров), являющийся измеряемой величиной и отражающий то свойство объекта измерений, которое необходимо оценить для решения измерительной задачи.
Модель должна достаточно полно и адекватно отражать две группы свойств (физических величин) объекта измерений:
- свойства (величины), определяемые при измерении;
- свойства (величины), влияющие на результат измерений.
Основной проблемой моделирования объектов измерений является выбор таких моделей, которые можно считать адекватно описывающими измеряемые величины (свойства) данного объекта. Следует отметить, что адекватность модели обусловливается не только теми свойствами объекта, которые требуется определить в рамках данной измерительной задачи, но и теми, которые могут влиять на результаты измерения искомой величины.
Построение адекватных моделей объектов измерений является творческой задачей, которую невозможно формализовать. При этом приходится решать две зачастую взаимоисключающие задачи:
-
отразить с помощью модели все свойства объекта, необходимые для решения измерительной задачи;
-
создать простую и наглядную модель, содержащую минимум параметров.
В большинстве практических инженерных задач модели измерений достаточно очевидны и, как правило, не сложны. Это относится и модели измерений электроэнергии для целей коммерческого учета.
Субъект измерения выбирает принцип, метод и средства измерений, посредством которых он получает измерительную информацию. Измерительная информация содержится в измерительном сигнале, т.е. в сигнале, в котором присутствует количественная информация об измеряемой физической величине.
Принцип измерений – это совокупность физических принципов, на которых основаны измерения. Например, принцип наведения ЭДС, создающих вращающий момент в дисках электроиндукционных счетчиков электроэнергии.
Метод измерений – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения. Метод измерений должен по возможности иметь минимальную погрешность и способствовать исключению систематических погрешностей или переводу их в разряд случайных.
Метод измерений реализуется в средстве измерений - техническом средстве, используемом при измерениях и имеющем нормируемые метрологические характеристики. Они предназначены для измерений и позволяют решать измерительную задачу путем сравнения измеряемой величины с единицей или шкалой физической величины.
Средство измерений является обобщенным понятием, объединяющим разнообразные конструктивно законченные устройства, которые обладают одним из двух признаков:
-
вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о размере (значении) измеряемой величины;
- воспроизводят величину заданного (известного) размера.
В соответствии с вышесказанным, учитывая приведенную постановку измерительной задачи, модель объекта измерений (ЭЭС в рыночных условиях, товар – электроэнергия) выглядит (в виде фрагмента, содержащего один сетевой элемент, на котором находится точка поставки) в графическом виде так, как приведено на Рисунке 1.
В общем виде модель представляет собой совокупность схем замещения всех сетевых элементов, входящих в сечения поставки всех участников обращения электроэнергии. Схемой замещения сетевого элемента, как указывалось выше, является пассивный четырехполюсник, заданный любыми своими параметрами.
Учетным показателем является приращение активной электроэнергии за заданный интервал времени в точке поставки (в точке отчуждения товарной продукции на границе балансовой принадлежности смежных субъектов рынка). На Рис. 1 – это точка 1-1’. Измерение активной (реактивной) мощности (электроэнергии) может производиться, как в точке 1-1’, так и в точке 2-2’ (  - токи,  - напряжения,  - активные мощности,  - реактивные мощности). Если измерение производится в точке 1-1’, то его можно рассматривать как прямое и не вносить исправления, учитывающие систематическую методическую погрешность, т.к. точка учета и точка поставки в данном случае совпадают.
Если измерение производится в точке 2-2’, то измерение – косвенное и возникает методическая систематическая погрешность, обусловленная потерями электроэнергии в активном сопротивлении и активных проводимостях П-образной схемы замещения четырехполюсника. Эту погрешность можно учесть, рассчитав потери в них известным способом.
Рисунок 1.
Схема выполнения измерений активных и реактивных мощностей и энергии на элементе электрической сети.
Статья Осика Л.К., эксперта ФЭК России
"Роль моделирования при выполнения измерений электроэнергии для целей коммерческого учета" (79 Kb в DOC)
25.09.2003
|
