ciÄ gły monitoring i analiza jakości energii ... - Elektroenergetyka

Ciągły
monitoring
i analiza
jakości
energii
elektrycznej 1
dr inż. Andrzej Firlit
Akademia Górniczo-Hutnicza
Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia
1. Wprowadzenie
Energia elektryczna jest towarem – jak w przypadku innych towarów
– oceniana jest jej jakość. Zapewnienie wysokiej, zgodnej
z obowiązującymi standardami jakości energii elektrycznej nabiera
szczególnego znaczenia w warunkach kształtującego się
jednolitego rynku energii elektrycznej, postępującej liberalizacji
handlu energią i rosnącej wymiany energii elektrycznej między
różnymi systemami elektroenergetycznymi i regionami. Głównym
wyznacznikiem i kryterium oceny jakości energii elektrycznej
musi być ujednolicony i porównywalny jej pomiar oraz odpowiednia
analiza i interpretacja danych pomiarowych.
W wyniku postępu w obszarze środków technicznych monitorowania
parametrów jakości energii elektrycznej, jako nowej gałęzi
nauki i techniki o interdyscyplinarnym charakterze, zachodzi
intensywny rozwój przyrządów do pomiaru parametrów jakości
energii elektrycznej. Ten rozwój jest wymuszony potrzebami technicznymi
i ekonomicznymi, a także postępem w teorii i technice
przetwarzania sygnałów. Kolejnym etapem w tym procesie jest
budowanie – na bazie zainstalowanych analizatorów – rozproszonych
systemów monitorowania jakości energii elektrycznej.
Nie jest to tożsame tylko i wyłącznie z „informatyzacją” w potocznym
rozumieniu. Wykorzystanie najnowszych zdobyczy nauki,
w tym informatyki, to zaledwie jeden z elementów tych działań.
Systemy monitorowania mogą obejmować swym zasięgiem sieci
elektroenergetyki zawodowej, czyli dostawców energii, jak też
sieci należące do odbiorców. Trend ten jest obserwowany w przodujących
technicznie krajach w Europie i świecie, gdzie rozwijający
się rynek energii elektrycznej uruchamia mechanizmy bodźcowe
wymuszające poprawę warunków dostawy energii elektrycznej.
Te zjawiska obserwuje się także w polskiej elektroenergetyce.
Niektórzy operatorzy już obecnie odczuwają potrzebę monitoringu
jakości energii, a przejawem tego są pierwsze systemy monitoringu
wprowadzone w Polsce [1][2].
Monitorowanie może mieć charakter doraźny (incydentalny) lub
ciągły. W pierwszym przypadku pomiary przeprowadzane są najczęściej
w celu rozwiązania konkretnego problemu technicznego,
wyjaśnienia przyczyn zaistniałej awarii lub rozstrzygania kwestii
1 Praca zrealizowana w ramach grantu pt. „Rozproszony system monitoringu i oceny
jakości dostawy energii elektrycznej” finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki,
umowa nr 3143/B/T02/2011/40.
62

spornych między dostawcą a odbiorcą. Należy jednak podkreślić,
że parametry pracy systemu elektroenergetycznego podlegają
ciągłej zmianie, co więcej niektóre zjawiska, np.: zapady i wzrosty
napięcia, przepięcia, zwarcia, wzmocnienia rezonansowe, mikroprzerwy,
krótkie przerwy w zasilaniu i inne, są krótkotrwałe
i pojawiają się w sposób losowy. Dlatego ciągły monitoring, wykonywany
przez zainstalowane na stałe lub metodycznie przemieszczające
się przyrządy pomiarowe, jest wskazany z wielu powodów.
Znaczenie systemów ciągłego monitoringu jakości energii elektrycznej
jest niebagatelne. Pozwalają na pozyskiwanie cennych
i wiarygodnych informacji o rzeczywistym stanie pracy monitorowanego
systemu elektroenergetycznego. Umożliwiają kompleksową
analizę i ocenę jakości energii elektrycznej i to w długim
okresie. Ponadto mogą stanowić podstawę do różnego rodzaju
decyzji związanych z modernizacją i rozbudową istniejącej infrastruktury
elektroenergetycznej.
Bardzo istotnym faktem jest opracowanie w 2009 roku pierwszego
Krajowego Raportu Benchmarkingowego nt. jakości dostaw
energii elektrycznej do odbiorców przyłączonych do sieci
przesyłowych i dystrybucyjnych [1]. Ten dokument bardzo dużo
miejsca poświęca rozproszonym systemom monitorowania, opisuje
istniejący stan (bardzo pesymistyczny) i formułuje zalecenia
na najbliższą przyszłość. Dla podkreślenia znaczenia systemów
monitorowania warto przytoczyć jeden z wniosków końcowych:
„Instalacja rozproszonych systemów monitorowania wskaźników
jakości napięcia to proces nieunikniony, który już obecnie jest,
a będzie w coraz większym stopniu w przyszłości, wymuszany
różnymi czynnikami, w tym przede wszystkim potrzebami technicznymi
– trendy zmian wartości parametrów jakości napięcia
to jedne z najlepszych wskaźników stanu technicznego urządzeń
sieciowych. Prace wstępne przygotowujące do instalacji takiego
systemu należy podjąć jak najwcześniej, w pierwszej kolejności od
opracowania koncepcji i bilansu potrzeb sprzętowych”.
Należy też zwrócić uwagę na obserwowany intensywny rozwój
„inteligentnych” systemów elektroenergetycznych tzw. smart
grids oraz technologii odnawialnych źródeł energii. Jest to spowodowane
potrzebą wprowadzenia nowej jakości do sieci elektroenergetycznych
w obliczu pojawiających się zagrożeń tak
w zakresie deficytu pierwotnych zasobów energii, jak i zbyt niskiej
efektywności wytwarzania, przesyłu, rozdziału i użytkowania.
Jest to kolejny ważny czynnik przyczyniający się do wzrostu
zainteresowania „inteligentnymi” systemami pomiarowymi tzw.
systemami smart metering, czyli systemami monitorowania, np.:
zużycia energii elektrycznej (energy smart metering), efektywności
energetycznej (energy efficiency smart metering) oraz jakości
energii elektrycznej (power quality (PQ) smart metering). Dzięki
tego typu systemom uzyskuje się rozszerzenie funkcjonalności
usług świadczonych przez dostawcę na rzecz odbiorcy. Takie systemy
dają podstawę do działań w obszarze poprawy efektywności
energetycznej. Odbiorcom oferują szansę uczestnictwa w grze
rynkowej oraz możliwość kontrolowanej indywidualnej generacji
i magazynowania energii. Zdolność interakcji umożliwia bardziej
precyzyjne zawieranie kontraktów na dostawę energii, lepiej dostosowanych
do wymagań i potrzeb wszystkich stron [3].
2. Struktura systemu monitorowania jakości
energii elektrycznej
Monitoring jakości energii elektrycznej to proces gromadzenia
odpowiedniego zbioru danych (parametrów, współczynników) pozyskiwanych
w wyniku pomiaru napięć i prądów, przesłania ich do
miejsca docelowego i przetwarzania do postaci pozwalającej na
uzyskanie użytecznej informacji. Cały proces powinien w maksymalnym
stopniu cechować się automatycznością, przy minimalnej
interwencji człowieka. Użyteczne informacje otrzymuje się w wyniku
odpowiedniej analizy i interpretacji zgromadzonych danych
pomiarowych. Na rys. 1 został przedstawiony ogólny schemat rozproszonego
systemu monitorowania jakości energii elektrycznej.
Zasadniczo system tego typu składa się z następujących części:
• część 1 – pomiar i akwizycja danych pomiarowych za pomocą
analizatorów jakości energii elektrycznej,
• część 2 – transmisja danych pomiarowych przez wybrane
media komunikacyjne.
Rozbudowane systemy monitorowania mogą zawierać pośrednie
bazy danych dedykowane do obsługi części analizatorów lub innych
urządzeń pomiarowych. Sytuacja taka może być związana
ELEKTRO
NERGETYKA
nr 4 (10) / 2011
63

z wykorzystywaniem analizatorów różnego typu lub pochodzących
od różnych producentów do budowy systemu monitorowania.
Wówczas system monitorowania będzie składał się z kilku systemów
pomiarowych.
• część 3 – centrum gromadzenia danych pomiarowych, za
wierające serwer centralny oraz centralną bazę danych,
• część 4 – centralne środowisko softwareowe, w którym dokonuje
się wizualizacji, analizy, interpretacji i oceny danych
pomiarowych.
W systemie przedstawionym na rys. 1 można wyróżnić dwie grupy
elementów składowych:
• grupa 1: urządzenia tworzące fizyczną część systemu – warstwa
sprzętowa systemu monitorowania oraz
• grupa 2: niezbędne aplikacje i oprogramowanie – warstwa
softwareowa systemu monitorowania.
W grupie 1, w zależności od struktury systemu monitorowania,
znajdują się takie urządzenia, jak:
• przekładniki napięciowe i prądowe,
• analizatory jakości energii elektrycznej,
• urządzenia tworzące medium transmisyjne, np.: instalacja
sieciowa LAN/WAN, sieć GSM/GPRS, instalacja telefonii
analogowej itp.,
• sprzęt komputerowy – serwery (bazodanowe, WWW, aplikacji),
stacje robocze, terminale itp.
Do grupy 2 zalicza się aplikacje i oprogramowanie umożliwiające:
konfigurację analizatorów, ściąganie danych pomiarowych, analizę
wyników pomiarów oraz narzędzia wizualizacyjne i moduły
umożliwiające tworzenie raportów itp. Każdy producent wyposaża
swój analizator w firmowe oprogramowanie składające się z tzw.
firmware’u (wewnętrzny program/kod analizatora) oraz aplikacji
umożliwiających obsługę analizatora przez jego użytkownika
(ściąganie i wgląd do zarejestrowanych danych). Oprogramowania
mogą się różnić oferowanymi funkcjami i właściwościami.
System monitorowania jakości energii elektrycznej jest budowany
w celu długoterminowego gromadzenia danych pozwalających
na analizę i ocenę jakości energii elektrycznej w danym systemie
elektroenergetycznym. Podstawowymi dokumentami regulującymi
wymagania w obszarze jakości energii elektrycznej są:
Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia
• norma PN-EN 50160 określająca parametry napięcia zasilającego
w publicznych sieciach elektroenergetycznych [4],
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych
warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego
z 4 maja 2007 r. [5] – w dalszej części artykułu ten
dokument nazywany będzie skrótowo Rozporządzeniem,
• Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Systemu Przesyłowego
(IRiESP) oraz Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Systemu Dystrybucyjnego
(IRiESD).
Rozporządzenie w części dotyczącej jakości energii elektrycznej
w dużej mierze bazuje na zapisach zawartych w normie
PN-EN 50160, natomiast instrukcje ruchu IRiESP i IRiESD korzystają
z Rozporządzenia. Zatem jednym z podstawowych wymagań
stawianych systemom monitorowania jest zagwarantowanie odpowiedniego
zbioru danych oraz takich funkcjonalności, które
pozwolą na przeprowadzenie analizy i oceny jakości energii elektrycznej
zgodnie z ww. dokumentami.
3. Analizator jakości energii elektrycznej
Wiarygodność i użyteczność wyników pomiarów parametrów jakościowych
zależy w głównej mierze od przyrządu pomiarowego. Nie
jest on jedynym elementem decydującym o dokładności pomiarów.
Należy podkreślić znaczenie sposobu i miejsca przyłączenia przyrządu
do obiektu pomiarowego, a w szczególności obwodów pośredniczących
między siecią elektroenergetyczną a przyrządem pomiarowym,
tj. przekładników NN/nN, WN/nN, SN/nN. Analizator jest
jednak podstawowym i w pewnym sensie najważniejszym elementem
systemu pomiarowego. To za jego pomocą dokonuje się pomiaru
i akwizycji danych.
Przed przekazaniem danych do pozostałej części systemu monitorowania
analizator przeprowadza procesy agregacji danych
i wyznaczenia odpowiedniego zbioru wartości mierzonych wielkości
oraz współczynników. Zatem poprawność pomiaru i odpowiednie algorytmy
jego pracy decydują o wiarygodności i użyteczności otrzymywanych
danych. Liczba i rozmieszczenie poszczególnych analizatorów
zależą od rozległości i struktury monitorowanej sieci. Ponadto
powinny zagwarantować wystarczająco użyteczny zbiór informa-
64

cji pozwalający na całościową i kompleksową analizę oraz ocenę.
Do oceny jakości energii elektrycznej zgodnie z normą
PN-EN 50160 wymagany jest tylko pomiar napięcia – wartości dopuszczalne
określone zostały jedynie w odniesieniu do napięcia.
W Rozporządzeniu sytuacja jest analogiczna – z jedną różnicą.
Mianowicie dokument ten zawiera zapis dotyczący współczynnika
mocy tg(φ)

Generalnie pracę analizatorów jakości energii elektrycznej można
podzielić na trzy tryby:
• rejestracja długoterminowa, jak nazwa wskazuje w tym
trybie dokonuje się pomiarów w sposób ciągły lub przez
dłuższy czas, np. kilku dni, tygodni lub miesięcy. W wyniku
pomiarów otrzymujemy wartości parametrów uśrednianie
w zadeklarowanym przedziale czasu – najczęściej jest to
10 min, ze względu na obowiązujące standardy w obszarze
jakości energii elektrycznej. Niektóre analizatory pozwalają
na równoległe prowadzenie rejestracji z dwoma czasami
uśredniania, np. 10 min i 1 min lub 10 min i 15 min. Dzięki
temu w jednej sesji pomiarowej możemy uzyskać dane użyteczne
do różnych zastosowań.
• rejestracja zdarzeń – w trakcie rejestracji długoterminowej
w przypadku przekroczenia wartości progowych ustawionych
w analizatorze jest uruchamiana rejestracja, w wyniku
której otrzymujemy „precyzyjniejszą” informację co do zaistniałego
stanu. W zależności od możliwości analizatora mogą
to być wartości chwilowe przebiegów napięć i prądów, wartości
skuteczne obliczane dla interwałów czasu zadeklarowanych
przez użytkownika, np. półokresowych, okresowych,
200 ms, 1 s, 3 s, 1 min lub innych. Analizatory różnią się oferowaną
częstotliwością próbkowania, a zatem liczbą próbek
przypadającą na okres składowej podstawowej. Najczęściej
oferowane częstotliwości próbkowania zawierają się w przedziale
od 6,4 kHz do 12,8 kHz, ale dostępne są również do
51,2 kHz. Niektóre analizatory posiadają możliwość rozszerzenia
o moduł „transient” pozwalający na rejestrację zdarzeń
z częstotliwościami próbkowania od 0,1 do 10 MHz.
• rejestracja „oscyloskopowa” – ułatwia prawidłowe podłączenie
i skonfigurowanie analizatora w chwili uruchamiania
rejestracji długoterminowych. Dodatkowo pozwala na wykorzystywanie
analizatora do różnego rodzaju doraźnych pomiarów
umożliwiających rejestrację i ocenę bieżącego stanu
pracy dowolnego punktu systemu elektroenergetycznego
lub urządzenia elektrycznego.
Przedstawiony wyżej podział trybów pracy analizatorów jakości
energii elektrycznej i ich krótka charakterystyka nie prezentuje
Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia
wszystkich możliwości analizatorów. Oferują bowiem one, w zależności
od producenta i od rodzaju, szereg innych funkcjonalności
i sposobów zastosowania. Nie ulega wątpliwości, że dzięki posiadanym
właściwościom i oferowanym funkcjom analizatory jakości
energii elektrycznej stanowią uniwersalne i użyteczne narzędzia
pomiarowe. Mogą znaleźć zastosowanie do wielu prac pomiarowych,
diagnostycznych i do rejestracji różnych stanów pracy systemu
elektroenergetycznego lub urządzeń elektrycznych.
Certyfikat zgodności z normą
PN-EN 61000-4-30
Na rynku dostępnych jest szereg analizatorów różnych producentów,
w różnych przedziałach cenowych. Nabywcy decydując
się na zakup analizatora powinni kierować się nie tyko ceną
i oferowanymi funkcjami, ale również posiadanymi certyfikatami
zgodności, przede wszystkim w odniesieniu do wymienianych
norm. Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 61000-4-30 oraz
-4-15 i -4-7 certyfikacja danego analizatora jakości energii elektrycznej
w zakresie zgodności z klasą A, S lub B wymaga przeprowadzenia
specjalistycznych badań i testów. Na całym świecie nie
ma ani jednego laboratorium oficjalnie akredytowanego przez
instytucję rządową lub przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną
(International Electrotechnical Commission, IEC) do
badań zgodności z odpowiednią klasą wg normy PN-EN 61000-
4-30. Wszystkie oficjalnie akredytowane laboratoria badawcze
posiadają certyfikat dotyczący dokładności pomiaru parametrów,
takich jak napięcie, prąd, moc, energia itp. Nie ma instytucji, która
mogłaby wydać akredytowany certyfikat, ponieważ standard
IEC 61000-4-30 określa tylko, jak mierzyć i jakie zasady powinny
być stosowane. Taka sytuacja utrudnia wybór analizatora. W wielu
przypadkach przedstawiane przez producentów certyfikaty
stanowią ich deklarację. Należy jednak podkreślić, że wiarygodna
certyfikacja wymaga dogłębnej znajomości stosownych norm oraz
odpowiedniej wiedzy i doświadczenia. Z technicznego punku widzenia
przeprowadzenie testów i badań dla wszystkich parametrów
wymaga specjalnej aparatury badawczej, która najczęściej
nie jest dostępna w standardowych laboratoriach badawczych [9].
66

Z tego powodu rekomendowane jest respektowanie certyfikatów
dostarczonych przez producenta, jednak najlepiej jeżeli są one
wystawione przez uznane laboratorium o potwierdzonym doświadczeniu
w badaniu urządzeń pomiarowych, w tym analizatorów
jakości energii elektrycznej. Warunek ten spełnia w szczególności
laboratorium Power Standards Lab z USA, lecz ono także
nie posiada żadnej formalnej akredytacji na przeprowadzanie
takich badań.
4. Analiza i interpretacja wyników pomiarów
jakości energii elektrycznej
Pomiar napięć i prądów wykonywany za pomocą analizatorów jakości
energii elektrycznej jest realizowany w technice cyfrowej.
Przebieg wartości chwilowej danej wielkości elektrycznej reprezentowany
jest wówczas przez ciąg wartości cyfrowych wynikających
z próbek pobieranych w regularnych odstępach czasu.
Przykładowo, próbkując przebieg napięcia zasilającego z częstotliwością
10 kHz w celu wyliczenia wartości skutecznej otrzymujemy
200 próbek na okres 20 ms harmonicznej podstawowej. Daje
to 10 tysięcy próbek na sekundę, 600 tysięcy próbek na minutę
i 36 milionów próbek na godzinę dla jednej mierzonej wielkości.
W zakresie analizy wyższych harmonicznych ww. częstotliwość
próbkowania pozwala teoretycznie na uzyskanie widma do 100.
harmonicznej, a praktycznie do 50. harmonicznej.
Na podstawie zgromadzonych próbek mierzonych sygnałów napięć
i prądów są obliczane, w zależności od definicji parametru,
wartości skuteczne i/lub średnie dla różnych przedziałów czasu:
200 ms, 3 s, 1 min, 10 min, 15 min. Z punktu widzenia analizy i oceny
jakości energii elektrycznej konieczna jest znajomość wartości
uśrednionych w 10-minutowym interwale czasowym. Niektóre parametry
istotne dla oceny i analizy jakości energii elektrycznej
nie są bezpośrednio mierzalne. Wyznaczane są w wyniku odpowiedniego
algorytmu obliczeniowego. Obliczenia tego typu tworzą
podstawowe wartości parametrów jakości energii elektrycznej,
które następnie mogą być agregowane lub uśredniane w zależności
od potrzeb, np. dla kolejnych miesięcy lub pór roku, względem
wybranych punktów pomiarowych, obszarów terytorialnych itp.
W dotychczasowej praktyce w warunkach krajowych za podstawę
do opracowania raportu z pomiarów „jakościowych” przyjmuje się
wymagania zawarte w Rozporządzeniu [5]. Stąd do analizy i oceny
jakości energii elektrycznej wykrzystuje się następujące parametry:
• wartość skuteczną napięcia zasilającego U,
• wskaźnik długookresowego migotania światła PLT spowodowany
wahaniami napięcia zasilającego,
• asymetrię napięcia zasilającego AU,
• współczynnik odkształcenia napięcia zasilającego THDU (do
40. harmonicznej),
• wyższe harmoniczne napięcia zasilającego U(h),
• częstotliwość napięcia zasilającego f.
Zgodnie z brzmieniem Rozporządzenia raport musi zawierać
informacje, przez jaki czas tygodniowego okresu pomiarowego
dany parametr znajduje się w dopuszczalnych granicach. Dla
większości parametrów, wyrażonych uśrednionymi wartościami
10-minutowymi, wyznaczana jest wartość, poniżej której zawarte
jest 95% zarejestrowanych wartości, czyli tzw. percentyl 95% –
CP95. W przypadku częstotliwości obliczana jest wartości percentyla
99,5% – CP99.5. Ponieważ dla częstotliwości i wartości skutecznej
napięcia zasilającego w Rozporządzeniu podane są dwie
wartości dopuszczalne: górna i dolna, dlatego dodatkowo powinny
zostać obliczone również percentyle 0,5% i 5% – CP00.5 i CP05.
W przypadku współczynnika odkształcenia napięcia zasilającego
THD U wartość dopuszczalna dotyczy wartości maksymalnej. Zatem
do zbioru tradycyjnych miar liczbowych wchodzą percentyle
CP00.5, CP05, CP95, CP99.5 i wartości maksymalne. Wyznaczone
wartości są porównywane z wartościami dopuszczalnymi.
W celu graficznej prezentacji wyników pomiarów w raporcie
umieszcza się wykresy prezentujące przebiegi zarejestrowanych
i obliczonych wielkości oraz współczynników i wskaźników. Dodatkowo
można zamieścić wykresy widma, histogramy, wykresy
skumulowane, profile dobowe, miesięczne itp. Ponadto raport
powinien zawierać informacje dotyczące punktu pomiarowego,
zastosowanego analizatora oraz niezbędne wskazówki pozwalające
na właściwe interpretowanie zamieszczonych treści i odczytywanie
prezentowych wykresów. Jak już zostało wspomniane, pomiar
prądu jest wskazany jako uzupełnienie do pomiaru napięcia,
ELEKTRO
NERGETYKA
nr 4 (10) / 2011
67

szczególnie w przypadku analizy sposobu pracy odbiornika oraz
prób znalezienia przyczyny i źródła zdarzenia.
Oprócz ww. parametrów opisujących jakość energii elektrycznej,
w raporcie zamieszcza się także rejestracje innych wielkości
i współczynników, takich jak: współczynnik odkształcenia prądu
THD I , wyższe harmoniczne prądu, moce (czynną, bierną i pozorną),
współczynniki mocy DPF, PF, tg(φ). Dostępność wymieniowych
danych zależy oczywiście od możliwości analizatora zastosowanego
do pomiarów. Wielkości te prezentowane są jedynie w celach
informacyjnych i nie przynależą do zbioru wielkości kryterialnych
dla oceny jakości zasilania.
Kolejnym dodatkowym elementem raportu jest analiza zarejestrowanych
zdarzeń. Opracowując wówczas raport należy uzupełnić
go o dane dotyczące:
• zapadów i wzrostów napięcia zasilającego,
• krótkotrwałych i długotrwałych przerw w zasilaniu,
• stanów przejściowych, np. procesów łączeniowych, przepięć itp.
W Rozporządzeniu, poza ogólnymi zapisami dotyczącymi przerw
w zasilaniu, nie ma sprecyzowanych wytycznych co do analizy, klasyfikacji
i opisu wymienionych zdarzeń.
Aktualnie w warunkach krajowych nie ma ustalonego wzorca
raportu z pomiarów „jakościowych”. Zatem kształt raportu i zamieszczane
w nim informacje nt. analizy i oceny jakości energii
elektrycznej są uzależnione od umiejętności i doświadczenia jego
autorów. Dodatkowymi czynnikami mającymi wpływ na zawartość
raportu niewątpliwie są możliwości zastosowanego analizatora
i funkcjonalność jego środowiska softwareowego.
Na rys. 2 pokazano metodę tworzenia podstawowych rekordów
danych, na przykładzie przebiegu wartości skutecznej napięcia U.
W pojedynczym rekordzie są zapisywane trzy wartości: maksymalna
(max), średnia i minimalna (min.). Wartość średnia to uśredniana
wartość skuteczna w kolejnych 10-minutowych oknach czasowych:
0, 1, 2, 3, … . Wartość 10 min obliczana jest na podstawie
3000 wartości 200 ms. Dodatkowo w każdym rekordzie zapisywana
jest wartość maksymalna z maksymalnych oraz minimalna
z minimalnych, jaka została zarejestrowana przez analizator w
danym interwale 10 min. Najczęściej są to wartości półokresowe
lub okresowe, rzadziej 200 ms lub inne. Zgodnie z normą PN-
Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia
EN 61000-4-30 wartość skuteczna mierzonej wielkości powinna
być wyznaczana w czasie 1 okresu rozpoczynającego się w chwili
przejścia przez zero składowej podstawowej i uaktualniana co pół
okresu (U (1/2) ). Należy podkreślić, że zapisane do rekordu wartości
U (1/2)min. i U (1/2)max nie są skorelowane czasowo, najczęściej
dotyczą innych chwil czasowych, a ich znacznik czasowy wynika
z bieżącej wartości 10 min.
Niektóre analizatory posiadają funkcję przypisywania czasu
rzeczywistego wartościom U (1/2)min. i U (1/2)max . Na podstawie
wartości 10 min dokonujemy analizy jakości energii elektrycznej.
Natomiast wartości min. i max pozwalają na uzyskanie informacji
o zmienności przebiegu danej wielkości, o przekroczeniach wartości
dopuszczalnych (limitów) oraz o ewentualnych zdarzeniach.
Należy pamiętać, że w danym okresie uśredniania wybierana jest
tylko jedna skrajna wartość ze zbioru wartości min. i max. Zatem
na podstawie przebiegów wartości min. i max nie uzyskamy
informacji co do liczby przekroczeń wartości dopuszczalnej lub
zdarzeń. Przekroczenie limitu w danej 10 min informuje, że zarejestrowano
co najmniej jeden taki stan. Szczegółowe informacje
dotyczące analizy zdarzeń będą dostępne w historii zdarzeń
analizatora.
Opisany wyżej i przedstawiony na rys. 2 mechanizm zapisywania
danych jest analogiczny dla innych parametrów z uwzględnieniem
ich specyfiki. Na rys. 3 został pokazany przykładowy przebieg
wartości skutecznej napięcia, dla wybranej fazy (L1), otrzymany
w wyniku rejestracji długoterminowej – 7-dniowej.
Prezentowane na rys. 3 trzy przebiegi (linie) wartości skutecznej
napięcia mają następującą interpretację:
• przebieg górny (linia koloru szarego) – maksymalne wartości
skuteczne napięcia U (1/2)max , które wystąpiły w kolejnych 10 min
okresach uśredniania,
• przebieg środkowy (linia koloru niebieskiego) – średnie wartości
skuteczne napięcia, uśredniane w kolejnych 10 min okresach,
• przebieg dolny (linia koloru szarego) – minimalne wartości
skuteczne napięcia U (1/2)min. , które wystąpiły w kolejnych 10 min
okresach uśredniania.
Obliczone wartości miar liczbowych charakteryzujących przebieg
wartości skutecznej napięcia przedstawiono w tab. 1. Zawiera ona
68

Rys. 1. Ogólny schemat rozproszonego systemu monitorowania jakości energii elektrycznej
!
Rys. 2. Sposób tworzenia podstawowych rekordów danych, na przykładzie przebiegu wartości skutecznej
Rys. 2. Sposób tworzenia podstawowych rekordów danych, na przyk$adzie przebiegu warto!ci
skutecznej napięcia U – napi%cia interpretacja U – danych interpretacja pomiarowych danych zapisywanych pomiarowych przez analizatory zapisywanych jakości energii przez elektrycznej analizatory
jako!ci energii elektrycznej
Opisany wy&ej i przedstawiony na rys. 2 mechanizm zapisywania danych jest analogiczny dla
innych parametrów z uwzgl%dnieniem ich specyfiki. Na rys. 3 zosta$ pokazany przyk$adowy
przebieg warto!ci skutecznej napi%cia, dla wybranej fazy (L1), otrzymany w wyniku rejestracji

!
Tabela 1
Rys. 3. Przykładowy wykres prezentujący wartość skuteczną napięcia zarejestrowaną w okresie 7 dni.
Wartość skuteczna napięcia fazowego
Faza L1
U (1/2)min.
min. k`V 192,78
min. kV 229,74
CP01 kV 230,61
CP05 kV 231,19
U
śr kV 233,77
CP95 kV 236,41
CP99 kV 237,31
max kV 237,79
U (1/2)max
max kV 241,70
% zbioru wartości pozostający
w przedziale tolerancji
% 100
Tab. 1. Zestawienie obliczonych wartości miar liczbowych dla przebiegu napięcia z rys. 3
Tabela 2
W tab. 1 zastosowano następujące oznaczenia:
U
– wartość średnia 10-minutowa,
U (1/2)min.
– wartość Wminimalna I E L K O z Śminimalnych,
C I I W S P Ó Ł C Z Y N N I K I
U (1/2)max
– wartość maksymalna z maksymalnych,
U P
CP01,…,CP99 – wartości
L T
A
percentyli:
U
THD
1%, 5%, 95%,
U
U
99%,
( h )
f Ocena JEE
tydzień 1 śr ! – wartość ! średnia ! napięcia U, ! ! ! OK
tydzień 2
min. – wartość minimalna napięcia U,
! " ! "
max – wartość maksymalna napięcia U.
! ! NOK (2)
…
…
…
…
…
…
…
…
tydzień n-1 ! ! ! ! ! ! OK
tydzień n " " ! ! ! ! NOK (2)
cały okres
pomiarów
! " ! ! ! ! NOK (1)

% zbioru wartości pozostający
w przedziale tolerancji
% 100
Tabela 2
W I E L K O Ś C I I W S P Ó Ł C Z Y N N I K I
U P L T
A U
THD U
U ( h )
f Ocena JEE
tydzień 1 ! ! ! ! ! ! OK
tydzień 2 ! " ! " ! ! NOK (2)
…
…
…
…
…
…
…
…
tydzień n-1 ! ! ! ! ! ! OK
tydzień n " " ! ! ! ! NOK (2)
cały okres
pomiarów
! " ! ! ! ! NOK (1)
Tab. 2. Ocena jakości energii elektrycznej w kolejnych okresach czasu – tygodniowych
Tabela Zastosowano 3 następujące oznaczenia:
Nr
! – parametr mieści się w dopuszczalnym limicie,
Liczba klasa wg
" System pomiarowy – parametr nie mieści Analizator się w dopuszczalnym limicie,
sztuk PN-EN 61000-4-30
U
– wartość skuteczna napięcia,
Producent
1
2
3
4
P LT
– wskaźnik długookresowego migotania światła,
Schneider Electric
ION Enterprise ION7650 3 klasa A
A U
– współczynnik asymetrii napięcia zasilającego,
(Power Logic)
THD U ENCORE – współczynnik odkształcenia napięcia zasilającego,
Gossen Metrawatt
61000 PQ 1 klasa A
U (h)
Series System – wyższe harmoniczne napięcia,
(Dranetz BMI)
f – częstotliwość napięcia
PQI-DA
zasilającego f,
A-Eberle
OK WinPQ – wymagania określone w Rozporządzeniu 3 są spełnione, klasa A
PQI-D
GmbH & Co. KG
NOK (…) – wymagania określone w Rozporządzeniu nie są spełnione (w nawiasach okrągłych
Quality Information
Qualitrol
podano liczbę wielkości QWave Power i współczynników, 2 które nie spełniają klasa B wymagań).
System QIS
Company LLC
Jak zosta$o
producent
wspomniane
nie oferuje
wy&ej, w analizie jako!ci energii elektrycznej cz%sto korzysta si% z Power
5
środowiska
PQube 4 klasa A
ró&nego rodzaju wykresów. Pozwalaj# na graficzn# wizualizacj% wyników pomiarów i
Standards Lab
softwareowego
prezentacj% przeprowadzonych analiz statystycznych. Na rys. 4 pokazano przyk$adowe wykresy
wykonane na podstawie zarejestrowanych warto!ci napi%cia, którego przebieg znajduje si% na
rys. 3. Rys. 4(a) prezentuje histogram wraz z cz%sto!ci# wzgl%dn# (RF) oraz wykres
skumulowanego prawdopodobie'stwa (CP), a rys. 4(b) przedstawia profil dobowy, z 1-godzinn#
rozdzielczo!ci#, wyznaczony na podstawie 7-dniowej rejestracji. Na rys. 4(a) zaznaczono
percentyle CP05 i CP95.
(a)
Rys. 4. Graficzna prezentacja wyników pomiarów dla napięcia (rys. 3):
(a) histogram z częstością względną (RP) oraz wykres skumulowanego prawdopodobieństwa (CP),
(b) wykres profilu dobowego – 1-godzinna rozdzielczość – 7 dni rejestracji.
(b)
(a)
(b)
Rys. 4 Graficzna prezentacja wyników pomiarów dla napi%cia (

U
min. kV 229,74
CP01 kV 230,61
CP05 kV 231,19
śr kV 233,77
CP95 kV 236,41
CP99 kV 237,31
max kV 237,79
U (1/2)max
max kV 241,70
% zbioru wartości pozostający
w przedziale tolerancji
% 100
Tabela 2
W I E L K O Ś C I I W S P Ó Ł C Z Y N N I K I
U P L T
A U
THD U
U ( h )
f Ocena JEE
tydzień 1 ! ! ! ! ! ! OK
tydzień 2 ! " ! " ! ! NOK (2)
(a)
…
…
…
…
(b)
…
…
…
…
Rys. 5. Przebiegi tydzień wartości n-1 skutecznych ! oraz wartości ! chwilowych napięć ! i prądów ! zarejestrowane ! ! OK
podczas zapadu tydzień (U (1/2)min. n = 192,7 kV "– 83,8%U n , czas " trwania 74 ! ms) ! ! ! NOK (2)
cały okres
pomiarów
! " ! ! ! ! NOK (1)
Tabela 3
Nr System pomiarowy Analizator
Liczba
sztuk
klasa wg
PN-EN 61000-4-30
1 ION Enterprise ION7650 3 klasa A
2
ENCORE
Series System
61000 PQ 1 klasa A
Producent
Schneider Electric
(Power Logic)
Gossen Metrawatt
(Dranetz BMI)
3 WinPQ
PQI-DA
PQI-D
3 klasa A
A-Eberle
GmbH & Co. KG
4
Quality Information
System QIS
QWave Power 2 klasa B
Qualitrol
Company LLC
5
producent nie oferuje
środowiska
softwareowego
PQube 4 klasa A
Power
Standards Lab
Tab. 3. Lista systemów pomiarowych i analizatorów zastosowanych do budowy systemu monitorowania w AGH

podstawową analizę statystyczną wykonaną na zbiorze wartości
10 min oraz wartości półokresowych U (1/2) przedstawionych na
rys. 3.
W przypadku napięcia w Rozporządzeniu zostały podane dwie
wartości dopuszczalne ograniczające zmienność napięcia od góry
i od dołu. Sumaryczna liczba wartości 10 min, w których występują
przekroczenia wartości dopuszczalnych, biorąc pod uwagę
jednocześnie limit górny i dolny, nie powinna być większa niż 5%
wszystkich wartości 10 min. W przypadku tygodniowych pomiarów
otrzymujemy 1008 wartości 10 min, zatem 50 z nich może znajdować
się poza wartościami dopuszczalnymi. Dla pozostałych wielkości
i współczynników obliczeń dokonuje się w analogiczny sposób.
Jednak w każdym przypadku należy uwzględnić specyfikę danego
parametru. W raporcie z przeprowadzonej analizy danych pomiarowych
powinny znaleźć się również następujące informacje:
• wartości dopuszczalne (limity) oraz ich podstawa np. Rozporządzenie,
norma PN-EN 50160, IRiESP, IRiESD lub inne,
• liczba próbek, która podlegała analizie,
• jaka część analizowanych danych leży poniżej/powyżej wartości
dopuszczalnej (wyrażona w % oczekiwanej liczby próbek),
• współczynnik pokrycia – określa, jaką liczbą próbek dysponowano
w stosunku do oczekiwanej liczby próbek, np.
950
1008 ⋅100 % = 94,25% – w wyniku problemów technicznych
związanych z transmisją danych lub utratą zasilania
analizatora część próbek mogła zostać utracona,
• liczba próbek, która została wyłączona z analizy ze względu
na operację oznaczania (flagowania) – norma PN-EN 61000-
4-30 definiuje warunki, w których dane pomiarowe mogą
zostać oznaczone, wg normy analizatory klasy A powinny
być wyposażone w algorytmy realizujące proces oznaczania
danych pomiarowych.
Dodatkowy zbiór informacji, który należy zamieścić w raporcie
z pomiarów, powinien zawierać: opis miejsca pomiarów i punktu
pomiarowego, datę rozpoczęcia i zakończenia pomiaru, czas trwania,
nazwę/typ analizatora, klasę analizatora, współrzędne GPS,
dane GIS, znamionową i deklarowaną wartość napięcia międzyfazowego
i fazowego, które napięcia zostały wykorzystane do pomiarów,
rodzaj obwodu elektrycznego oraz informacje dodatkowe
np.: wartość mocy zwarciowej w PWP, dane techniczne przekładników
pomiarowych napięciowych i prądowych (klasa, sposób połączenia
uzwojeń strony pierwotnej i wtórnej itp.), dane techniczne
transformatora (moc znamionowa, sposób połączenia uzwojeń
strony pierwotnej i wtórnej itp.) i inne. Raport może zawierać
jeszcze inne dane wynikające ze specyfiki punktu pomiarowego,
celu realizowanych pomiarów, funkcji oferowanych przez analizatory
i ich oprogramowanie oraz wymagań użytkownika systemu
monitorowania.
Ocena jakości energii elektrycznej w kolejnych okresach podlegających
analizie, np. tygodniowych, miesięcznych lub kwartalnych,
została przykładowo przedstawiona w tab. 2. W ostatniej kolumnie
tabeli podano ocenę końcową danego okresu pomiarowego.
Jak zostało wspomniane wyżej, w analizie jakości energii elektrycznej
często korzysta się z różnego rodzaju wykresów. Pozwalają
na graficzną wizualizację wyników pomiarów i prezentację
przeprowadzonych analiz statystycznych. Na rys. 4 pokazano
przykładowe wykresy wykonane na podstawie zarejestrowanych
wartości napięcia, którego przebieg znajduje się na rys. 3.
Rys. 4(a) prezentuje histogram wraz z częstością względną
(RF) oraz wykres skumulowanego prawdopodobieństwa (CP),
a rys. 4(b) przedstawia profil dobowy, z 1-godzinną rozdzielczością,
wyznaczony na podstawie 7-dniowej rejestracji. Na rys. 4(a)
zaznaczono percentyle CP05 i CP95.
Przebieg wartości minimalnych napięcia U (1/2)min. pokazany na
rys. 3 ujawnia co najmniej jeden zapad napięcia. Wg normy PN-
EN 50160 zapad definiowany jest jako nagłe zmniejszenie się napięcia
zasilającego do wartości zawartej w przedziale od 90% do
5% napięcia deklarowanego, po którym w krótkim czasie następuje
wzrost napięcia do poprzedniej wartości. Zgodnie z normą
typowy czas trwania zapadu napięcia wynosi od 10 ms do 1 min.
W omawianym przypadku: czas trwania zapadu wynosi 74 ms,
wartość napięcia resztkowego 192,7 kV, co stanowi 83,8% napięcia
nominalnego U n = 230 kV. Czasami tego typu stany pracy
systemu elektroenergetycznego wymagają dokładniejszej analizy,
szczególnie w przypadku konieczności wyjaśnienia przyczyn
zaistniałych awarii lub chęci ustalenia źródła zdarzenia. Wówczas
ELEKTRO
NERGETYKA
nr 4 (10) / 2011
73

Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia
wykorzystując możliwości analizatora i jego oprogramowania jest
prowadzona analiza w myśl zasady „od ogółu do szczegółu”. Na
rys. 5 pokazano przebiegi wartości skutecznych oraz wartości
chwilowych napięcia i prądu zarejestrowane podczas zapadu.
Prezentowane dane są zapisywane w trybie rejestracji zdarzeń.
Przebiegi wartości chwilowych są wyznaczane zgodnie z częstotliwością
próbkowania analizatora, natomiast wartości skuteczne
są obliczane np. co jeden okres z aktualizacją okresową lub co
jeden okres z aktualizacją półokresową, ewentualnie inną wynikającą
z możliwości analizatora.
Przedstawiony w artykule – w skróconej postaci – sposób analizy
i opracowania wyników pomiarów jakości energii elektrycznej
można określić jako standardowy. Podstawę stanowią wielkości
i wskaźniki wyróżnionych zaburzeń oraz ich miary liczbowe (limity,
wartości dopuszczalne) podane w obowiązujących standardach.
Należy podkreślić, że określone wymagania odnoszą się do pomiarów
punktowych. Innym podejściem do analizy jakości energii
elektrycznej w systemie elektroenergetycznym jest podejście globalne
(systemowe). Umożliwia całościowe spojrzenie na stan jakości
energii elektrycznej w danym systemie elektroenergetycznym
oraz pozwala na wyznaczenie poziomu, do jakiego zmierzamy.
Dzięki takiemu podejściu są możliwe różnego rodzaju agregacje
danych pomiarowych oraz badania benchmarkingowe. Benchmarking
może być prowadzony między wybranymi fragmentami
krajowego systemu elektroenergetycznego tzn. między różnymi
operatorami lub między oddziałami w ramach sieci wyróżnionego
operatora itp. Kolejnym etapem mogą być badania porównawcze
między systemami różnych krajów. Pierwszy Krajowy Raport
Benchmarkingowy [1] wykazał brak takiego narzędzia.
Globalne wskaźniki jakości energii elektrycznej (napięcia) mogą
być przyporządkowane do jednej z trzech kategorii: wskaźniki
oparte o ocenę różnicy rzeczywistych i idealnych przebiegów czasowych
napięć, wskaźniki zagregowane wyznaczane na podstawie
zbioru tradycyjnych miar liczbowych poszczególnych zaburzeń,
wskaźniki oparte o ocenę kosztów ekonomicznych wynikających
ze złej jakości energii elektrycznej. W publikacjach można znaleźć
różne propozycje globalnych wskaźników jakości. Część z nich
znalazła już zastosowanie w niektórych krajach. Propozycję całkowitego
(zagregowanego) wskaźnika jakości napięcia w odniesieniu
do warunków krajowych zaproponowano m.in. w artykule
[10]. Wskaźnik ten jest wyznaczany na podstawie zbioru miar liczbowych
tradycyjnych wskaźników jakości napięcia zgodnie z obecnym
brzmieniem Rozporządzenia [5].
5. System monitorowania jakości energii
elektrycznej w Akademii Górniczo-Hutniczej
Do celów badawczych, dydaktycznych i użytkowych w sieci zasilającej
AGH i 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 tab. 3 zamieszczono listę systemów
pomiarowych i 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 Miasteczka Studenckiego
AGH zainstalowano 13 analizatorów jakości energii elektrycznej
różnych producentów. Wśród uruchomionych punktów pomiarowych
5 to punkty przyłączenia do sieci dostawcy (punkt granicy
własności), gdzie dokonuje się rozliczeń za zużytą energię elektryczną.
Poszczególne systemy pomiarowe oraz analizatory różnią się
między sobą. Różnice dotyczą m.in. liczby rejestrowanych parametrów,
rejestracji zdarzeń, zapisu danych (relacyjna baza danych,
własne formaty zapisu, format COMTRADE, format PQDIF),
dostępu do danych, postaci i zawartości generowanych raportów
oraz w zakresie oferowanych narzędzi do wizualizacji i analizy
danych.
Do systemów pomiarowych nr 1, 2 i 5 oraz związanych z nimi analizatorów
jest możliwy zdalny dostęp za pomocą przeglądarki in-
74

ternetowej. Dla systemu nr 1 wymagane jest użycie przeglądarki
Internet Explorer, dla systemu nr 2 konieczne jest zainstalowanie
środowiska Java. Analizatory ION7650, 61000 PQ i PQube posiadają
wbudowany Web server, stąd możliwy jest bezpośredni
kontakt z nimi 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 wymagane jest zainstalowanie
na komputerze użytkownika aplikacji WinPQ (licencja)
i odpowiedniej konfiguracji. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku
systemu nr 4. Na komputerze użytkownika wymagana jest
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 softwareowego oraz centralnej
bazy danych. Każdy z analizatorów PQube funkcjonuje niezależne.
Dane zapisywane są bezpośrednio na 4 GB karcie SD zainstalowanej
w analizatorze, w plikach o standardowych formatach.
Zdalny dostęp do analizatora PQube możliwy jest za pomocą wybudowanego
Web servera, protokołu ftp, protokołu Modbus oraz
poczty elektronicznej e-mail (dwukierunkowo).
W Laboratorium Jakości Energii Elektrycznej znajdującym się
w pawilonie B1 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 nadzorowana jest praca całego systemu
monitorowania. Dokonywany jest automatyczny odczyt danych
z analizatorów, które gromadzone są w bazach danych. Na podstawie
danych historycznych można przeprowadzić różnego
rodzaju analizy i dokonać oceny jakości energii elektrycznej dostarczanej
do AGH. Pomiary prowadzone za pomocą analizatorów
jakości energii elektrycznej umożliwiają również analizę zużycia
energii elektrycznej i efektywności energetycznej. Oprócz analizatorów
i systemów pomiarowych wymienionych w tab. 3, są również
prowadzone prace z innymi analizatorami z wykorzystaniem
ich oprogramowania: Simeas Q80 firmy Siemens, Certan PQ-100
firmy Procom, 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 www.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.
6. Podsumowanie
Monitorowanie poziomu jakości energii elektrycznej jest już nie
tylko przedmiotem zainteresowania wąskiej grupy naukowców,
ale staje się codzienną praktyką w przedsiębiorstwach sieciowych,
u wytwórców, odbiorców przemysłowych i instytucjonalnych,
a nawet u odbiorców indywidualnych. Energia elektryczna stała
się towarem i jak w przypadku innych towarów oceniana jest jej
jakość. Stąd ciągły monitoring jakości energii elektrycznej nabiera
coraz większego znaczenia. Istotnym elementem systemu
są zastosowane analizatory jakości energii elektrycznej. Decyzja
o wyborze analizatorów powinna być przemyślana i wynikać ze
świadomych oczekiwań co do ich przeznaczenia i zadań. Nie może
ograniczać się do ceny, ale powinna uwzględnić oferowane właściwości
metrologiczne, zakres możliwości pomiarowych i dodatkowe
funkcjonalności.
Celem procesu monitoringu jest pozyskanie danych i przetworzenie
ich do postaci pozwalającej na uzyskanie użytecznej informacji.
Umiejętność analizy danych pomiarowych oraz ich interpretacji
pod kątem oceny jakości energii elektrycznej jest niezbędna.
Dla podkreślenia znaczenia tego zagadnienia warto zacytować
fragment z Krajowego Raportu Benchmarkingowego [1]: „Jakość
dostawy energii stała się odrębną specjalnością zawodową wymagającą
stosownego przygotowania teoretycznego (w dużym stopniu
interdyscyplinarnego w ramach kierunku elektrotechniki),
bardzo dużego doświadczenia zawodowego i ciągłej aktualizacji
wiedzy. Ten stan rzeczy wymaga, aby tą problematyką w strukturze
organizacyjnej operatora zajmowało się oddzielne grono spe-
ELEKTRO
NERGETYKA
nr 4 (10) / 2011
75

cjalistów, dla których będą to podstawowe obowiązki służbowe.
Traktowanie tych prac jako zajęcia dodatkowego nie jest dobrym
rozwiązaniem. Warto zacząć od prac koordynacyjnych, aby z czasem
wykształcić zespół ekspertów.”.
Wdrożony 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 i 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 pomiarów efektywności energetycznej (energy efficiency smart
metering). Prowadzone są też 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] T. Szczepański, J. Rączka: „Monitorowanie jakości energii elektrycznej
w sieci przesyłowej”, „Elektroenergetyka – Współczesność i Rozwój”,
nr 1(7)/2011, ISSN-2080-8593.
[3] A. Cieśla, Z. Hanzelka: „Inteligentne systemy elektroenergetyczne
(ang. Smart Grid)”, www.smartgrid.ahg.edu.pl – portal poświęcony inteligentnym
systemom elektroenergetycznym tzw. smart grids prowadzony
w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.
[4] PN EN 50160 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach
elektroenergetycznych, www.pkn.pl.
[5] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie
szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego,
Dziennik Ustaw Nr 93, poz. 623, z dnia 29.05.2007.
[6] PN-EN 61000-4-30 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) –
Część 4-30: Metody badań i pomiarów – Metody pomiaru jakości energii,
www.pkn.pl.
Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia
[7] R. C. Dugan, M. F. McGranaghan, S. Santoso: „Electrical Power Quality
Systems, Second Edition”, The McGraw-Hill Companies, 2003.
[8] G. Błajszczak, A. Firlit: „Narzędzia do oceny i analizy jakości energii
elektrycznej”, Energetyka 2009, nr 12, s. 787-793.
[9] R. Neumann: „The importance of IEC 61000-4-30 Class A for the Coordination
of Power Quality Levels”, 9th International Conference Electrical
Power Quality and Utilisation, Barcelona, 09-11.10.2007.
[10] Z. Hanzelka, A. Firlit, G. Błajszczak: „Syntetyczne miary jakości napięcia”,
Automatyka, Elektryka, Zakłócenia – red. Zbigniew R. Kwiatkowski.
– Gdańsk: INFOTECH, 2011, s. 118–126.
Dr inż. Andrzej Firlit, absolwent Wydziału Elektrotechniki Automatyki
i Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
(kierunek elektrotechnika, specjalność automatyka i metrologia
1996), doktor nauk technicznych w dyscyplinie elektrotechnika
(praca „Analiza porównawcza algorytmów sterowania filtrów aktywnych
opartych na wybranych teoriach mocy” obroniona z wyróżnieniem,
2006). Od 1995 r. związany z Katedrą Automatyki Napędu
i Urządzeń Przemysłowych w AGH, od 2006 r. jako adiunkt.
Praca naukowo-badawcza i działalność dydaktyczna obejmują następujące
obszary: jakość dostawy energii elektrycznej, filtrację
aktywną, teorie mocy, inteligentne systemy elektroenergetyczne
(smart grids) i systemy ciągłego monitoringu (smart metering).
Autor i współautor ponad 30 publikacji w periodykach krajowych
i zagranicznych, wykładowca w trakcie wielu seminariów dla pracowników
energetyki zawodowej, przemysłu i biur projektowych.
Od 2008 r. kierownik Studiów Podyplomowych Jakość Energii
Elektrycznej (prowadzonych w AGH od 1999 r.). W 2011 r. odznaczony
medalem Komisji Edukacji Narodowej za osiągnięcia dydaktyczne.
Od początku zaangażowany w Centrum Promocji i Efektywnego
Użytkowania Energii Elektrycznej Katedry Automatyki Napędu
i Urządzeń Przemysłowych AGH, realizującego prace na rzecz
energetyki zawodowej i przemysłu. Autor lub współautor ponad
50 analiz i ekspertyz w zakresie oceny i analizy jakości dostawy
energii elektrycznej, kompensacji mocy biernej, filtracji wyższych
harmonicznych, audytów energetycznych prowadzonych m.in. dla:
PSE Operator, KGHM, ENION, Vattenfall, Elektromontaż 1 Katowice,
Polskie Centrum Promocji Miedzi (m.in. Program Leonardo Power
Quality Initiative), Qumak-Sekom, TELE-FONIKA Kable, CELSA
Huta Ostrowiec, Huta Stalowa Wola i Grupa Górażdże
76