Προβλήματα στην μέτρηση ενέργειας στα δίκτυα

Τσιμπούρης, Δημήτριος

Problems in measuring energy in networks

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Τσιμπούρης, Δημήτριος

Date

2021-03-19

Advisor

Psomopoulos, Constantinos

ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ (3.420Mb)

Δήλωση συγγραφέα (297.3Kb)

Keywords

Έξυπνα δίκτυα ; Έξυπνοι μετρητές ; Smart meters ; Ποιότητα ισχύος ; Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα ; Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές ; Υπεραρμονικές ; Supraharmonics

Abstract

Τα θέματα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC) στο εύρος συχνοτήτων μεταξύ 2 kHz και 150 kHz, γνωστά ως υπεραρμονικές, περιορίζονταν για πολύ καιρό στις βιομηχανικές εφαρμογές. Λόγω του αυξανόμενου όγκου της αγοράς για εξοπλισμό που λειτουργεί με διακοπτικές συχνότητες άνω των 2 kHz, οι περιπτώσεις (μη σκόπιμης) εκπομπής υπεραρμονικών στα δημόσια δίκτυα χαμηλής τάσης αυξήθηκαν σημαντικά την τελευταία δεκαετία. Τμήματα της περιοχής συχνοτήτων που αναφέρθηκαν χρησιμοποιούνται, επίσης, σε πολλές χώρες ως μέσο επικοινωνίας αξιοποιώντας την γραμμή ισχύος (power line communication (PLC) για τη μέτρηση ηλεκτρικής ενέργειας. Συνεπώς, παρεμβολές μπορούν να συμβούν, όχι μόνο μεταξύ συσκευών με ακούσια εκπομπή, αλλά και μεταξύ των συσκευών και των εφαρμογών του PLC. Ένας αυξανόμενος αριθμός διαταραχών, που σχετίζονται με την υπεραρμονική περιοχή συχνοτήτων, έχει οδηγήσει στην ανάγκη περαιτέρω διερεύνησης της δυσλειτουργίας και της συμπεριφοράς των διάφορων εξοπλισμών. Η συγκεκριμένη εργασία εστιάζει στα συστηματικά σφάλματα που παρουσιάζονται στις μετρητικές διατάξεις, και κυρίως, στις συσκευές έξυπνης μέτρησης. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι να αναδείξει την σημαντική επίπτωση των υπεραρμονικών που συναντώνται όλο και συχνότερα στα δίκτυα χαμηλής τάσης, και κυρίως, στις μετρικές διατάξεις. Επίσης, σκοπός είναι να αναδειχθεί το κενό που υπάρχει στα υπάρχοντα πρότυπα για το εύρος συχνοτήτων 2-150 kHz. Για να επιτευχθεί αυτό, η εργασία ξεκινάει στο πρώτο κεφαλαίο, με την περιγραφή λειτουργίας ασφαλιστικών διατάξεων και την τυποποίηση των δικτυών χαμηλής τάσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται οι ευρωπαϊκές και εθνικές πολιτικές για την μετάβαση στα έξυπνα δίκτυα. Επίσης, γίνεται αναφορά στα χαρακτηριστικά και στα πλεονεκτήματα των έξυπνων δικτύων. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η λειτουργία, τα τεχνικά χαρακτηριστικά και η τεχνολογία μέτρησης για τα διάφορα είδη μετρητών, καθώς επίσης, παρουσιάζεται και ο ψηφιακός μετρητής της ΔΕΔΔΗΕ. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η θεωρία των διάφορων σφαλμάτων, με το μαθηματικό τους υπόβαθρο και πώς αυτά βρίσκουν εφαρμογή στις μετρητικές διατάξεις. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύονται οι όροι ποιότητας ισχύος, η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα και η επιρροή της στις συνθήκες λειτουργίας. Επίσης, γίνεται ανάλυση των προτύπων μετρήσεων αρμονικής παραμόρφωσης για την τάση και το ρεύμα. Τέλος, τα τελευταία δύο κεφάλαια έχουν αφιερωθεί στις υπεραρμονικές, στην ανάλυση τους, τις επιπτώσεις τους, στις ηλεκτρομαγνητικές τους παρεμβολές, καθώς και το πιο σημαντικό κομμάτι της εργασίας που αναφέρεται στην βελτίωση των υφιστάμενων προτύπων και όλα τα ζητήματα που προκύπτουν για τις μετρήσεις στο φάσμα συχνοτήτων 2-150 kHz

Abstract

Electromagnetic compatibility (EMC) issues in the frequency range within 2 kHz to 150 kHz, also known as supraharmonics, have long been confined to industrial applications. Due to the increasing market volume, for equipment operating at switching frequencies above 2 kHz, cases of (unintentional) supraharmonic transmission on low voltage public grids have significantly increased over the last decade. Parts of the frequency range which was mentioned above are also used in many countries as a means of communication by utilizing the power line (PLC) for electricity measurement (intentional transmission). Therefore, interference can occur not only between devices with intentional transmission, but also PLC devices and applications. An increasing number of interferences that are related to the Supraharmonic Frequency Range have led to the need for further investigation into the malfunction of various equipment. This study focuses on the systematic errors that manifest in measurement arrangements, and especially in smart metering devices. The purpose of this study is to highlight the impact of supraharmonics that appear with increasing frequency in low voltage grids and especially in measurement arrangements. Another purpose is to demonstrate the fault of representation in existing archetypes for the frequency range 2-150 kHz. In order to achieve this, the first chapter of this study focuses on the description of safety arrangements and standardization of low voltage grids. The second chapter touches upon the European and national politics for the transition to smart grids. The features and advantages of smart grids are also presented. The third chapter focuses on the operation, the technical features and measurement technology for the various measurement devices, as well as on presenting of the digital meters of Hellenic Electricity Distribution Network Operator. In the fourth chapter the theory of various errors, including their mathematical background is presented, as is the way that they are applied in measurement arrangements. The fifth chapter analyzes the terms of power quality, electromagnetic compatibility, and its impact on operating conditions. Moreover, the standard trends of the measurement of harmonic deformations are analyzed. Last, the final two chapters of this study include an analysis of supraharmonics, their impact and electromagnetic interference. Furthermore, they include the most important part of this research that refers to the optimization of existing archetypes and the issues that arise for the measurements in the frequency range 2-150 kHz.