Transcript Presentation

‫השפעת איכות החשמל על דיוק מנית‬
‫אנרגיה חשמלית‬
‫רקע‪:‬‬
‫• תקינת האנרגיה המבוססת על התקינה המסורתית }‪IEC 62052-11, IEC 62053-{21,22,23‬‬
‫מכסה מניה מדויקת בסביבה יחסית מעוטת הרמוניות‪.‬‬
‫• בעבודה זו נראה כי טכנולוגית אנרגיות מתחדשות ‪ ,PV‬טורבינות רוח‪ ,‬סולארי אחר‪ ,‬מכניסה‬
‫ממירים ואיתם ריבוי הרמוניות‪ .‬בעתיד ייכנסו גם תאי‪-‬אנרגיה הכוללים גם ממירים‪ ,‬וגם רכב‬
‫חשמלי‪.‬‬
‫• במחקרים שבוצעו ע"י חברת החשמל הישראלית‪ ,‬ע"י ‪ PTB‬גרמניה (מת"י גרמניה)‪ ,‬צוות מחקר‬
‫בברזיל ועוד‪ ,‬נמצא כי חלק מהמונים בעולם לא מדייקים במידה זו או אחרת‪ ,‬בסביבת עתירת‬
‫הרמוניות וכי סביבת ‪ PV‬מייצרת הסתברותית פרצי רעשים כפי שנראה כאן‪.‬‬
‫• מתח מרובה ההרמוניות גורם לנוסחאות מניית אנרגיה מקורבות ליצר פער מניה אנרגטי בין‬
‫המונים‪ ,‬היות והן לא מביאות בחשבון הרמוניות‪.‬‬
‫• לבעיה פתרון פשוט מאד‪ ,‬המיושם ע"י חח"י‪ .‬רק דגם מונה אחד‪ ,‬המדויק לכל צרכן אחר‪ ,‬אינו‬
‫מתאים למנייה באתרי ‪ .PV‬המונה יצא מהשירות בהדרגה‪ .‬דגם זה לא מרכיבים באתרי אנרגיה‬
‫מתחדשת‪.‬‬
‫• המחקר פותח נושאים חדשים לתקינת ממירים‪ ,‬ולתקינת איכות חשמל‪ ,‬שלהם מוצעים פתרונות‬
‫פשוטים יחסית‪ ,‬על דעתי בלבד‪.‬‬
‫האם יש נוסחאות מניה נכונות‬
‫אבסולוטית?‬
‫• רבים טוענים כי קיימות אסכולות שונות ואין‬
‫אמת אחת‪.‬‬
‫• סקר שבוצע ע"י קבוצת המחקר בת"א מראה ב ‪3‬‬
‫מאמרים כי כל תיאוריות האנרגיה בעולם (רבות)‬
‫שקולות מתמאטית והן נקודות מבט שונות‪.‬‬
‫• קיימות ‪ 2‬מערכות תקינה עולמיות זהות זו לזו‪,‬‬
‫שפרסמו את רוב נוסחאות המניה הבאות בחשבון‪:‬‬
‫‪ .IEEE 1459, DIN 40110‬קיים ספר שמציג את‬
‫התקנים לעומק‪ .‬יצרן מונים מודרני חייב לעקוב את‬
‫אחת הנוסחאות השקולות‪ .‬הנוסחאות מוסכמות‪.‬‬
‫סוגי ההספקים בממיר ‪ PV‬ובכלל‪:‬‬
‫• הספק חשמלי הוא תלת ממדי‪ .‬זו עובדה הנגזרת‬
‫ממשוואות השדה האלקטרומגנטי ברמת מיקרו וגם מחוקי‬
‫קירכהוף למתח וזרם ברמת מאקרו‪ .‬משמעות‪ :‬סוגי‬
‫ההספקים לא תלויים במימושים של יצרני מונים‪.‬‬
‫• ההספקים בלתי תלויים זה בזה ולכן מתקיים משפט‬
‫פיתגורס להספקים‪.‬‬
‫‪S‬‬
‫‪D‬‬
‫‪P‬‬
‫‪Q‬‬
‫‪2‬‬
‫‪S  P Q  D‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫סוגי ההספקים בממיר ‪ PV‬ובכלל‪:‬‬
‫• הספק פעיל ‪ .P‬ההספק שמגיע מהמקור ונותר‬
‫בעומס‪.‬‬
‫• הספק ריאקטיבי ‪ .Q‬הספק שבו מתקיים הפרש‬
‫פאזה ‪ 90°‬בין המתח לזרם‪ .‬מתקיים בקבלים‬
‫ובסלילים ובתופעות מעבר‪.‬‬
‫• הספק עיוות (‪ D )distortion power‬נובע ממעבר‬
‫אנרגיה בין הרמוניות לא זהות במתח ובזרם‪.‬‬
‫‪I1 V2  V3  ...  VN ‬‬
‫כל שאר ההרמוניות‬
‫‪V1  I 2  I 3  ...  I N ‬‬
‫הרמוניות עיקריות‬
‫בנקודת מדידה בעייתית הספק עיוות‬
‫גדול יותר‬
‫•‬
‫בחקר הר‪-‬טוב נתגלה כי בממיר עם פער מניה נכנס הספק העיוות ‪D‬‬
‫כגורם חדש שלא קיים באופן משמעותי בממירים ללא פער מנייה‪ .‬לא‬
‫כל הממירים רועשים‪ .‬רעש נמדד בעיקר בנקודה עם פער מנייה‪.‬‬
‫•‬
‫הספק ריאקטיבי ‪ Q‬במצב מתמיד זניח בממירים שנמדדו‪.‬‬
‫•‬
‫במילים אחרות – הרשת החכמה‪ ,‬ריבוי מקורות‪ ,‬הכניסה גורם חדש‬
‫למשחק‪ .‬זו תוצאה מעניינת מאד‪ .‬הרשת החכמה כבר כאן‪.‬‬
‫(גם אם נתעלם ממנה‪ ,‬היא כאן)‬
‫•‬
‫הספק העיוות כשלעצמו לא מספיק ע"מ לגרום לפער מנייה‪.‬‬
‫•‬
‫התפצלות דיוק המנייה כתוצאה‬
‫מנוסחאות מנייה ומתדר דגימת גלים‬
‫כאשר הספק העיוות נכנס למונים עם נוסחאות מנייה‬
‫שונות ותדרי דגימה שונים‪ ,‬נפרדים הקירובים זה‬
‫מזה ונוצרים פערי מנייה‪.‬‬
‫המדידה האמתית המוחלטת‬
‫‪SATEC EM720‬‬
‫‪(128‬‬
‫ממיר‬
‫)‪samples/cycle‬‬
‫‪2%‬‬
‫‪SECURE 464‬‬
‫‪(8-16‬‬
‫)‪samples/cycle‬‬
‫‪XXXX METER‬‬
‫‪Distortion power‬‬
‫‪3.8%‬‬
‫גל זרם המורכב מהרמוניות ‪1,3,5,7,9‬‬
‫הרמוניות מרכיבות‬
‫‪1‬‬
‫‪3‬‬
‫‪5‬‬
‫‪7‬‬
‫‪9‬‬
‫הזרם הכולל‬
‫מה קורה בכל מונה?‬
‫הספק כולל ‪S‬‬
‫‪D‬‬
‫‪XXX METER‬‬
‫‪P‬‬
‫‪SATEC EM720‬‬
‫‪PRI 464‬‬
‫• מונה ‪ XXX METER‬מודד הספק עם אלמנט הול‪ .‬מכאן נובע‬
‫שהוא מכניס הספק ‪ D‬כהספק פעיל‪ .‬הוא מודד את‬
‫ההספק הכולל כאילו היה הספק פעיל‪ .‬זה קירוב‬
‫נכון לכל צרכן אחר מלבד ממיר ‪ PV‬רועש ספציפית‪.‬‬
‫אלמנט הול‬
‫• מונה ‪ SECURE METERS‬מכניס אי‪-‬דיוק גם בגלל תדר‬
‫הדגימה שלו‪ .‬הוא נמצא בתוך אי הדיוק הנקוב למונה‪.2% :‬‬
‫• מונה ‪ SATEC‬מחשב לפי נוסחת מנייה נכונה אבסולוטית‪.‬‬
‫מדוע ממירי ‪ PV‬מכניסים הספק עיוות‬
‫גדול לעתים?‬
‫• האם רק בחלק קטן מממירי ‪ PV‬נכנס הספק עיוות כה גדול? לכאורה יש‬
‫הרבה התקנים רועשים‪.‬‬
‫• תשובה‪ :‬מדידתית בממיר רועש נכנס הספק יותר גבוה‪ .‬נוצר הספק רעש‬
‫בפרצים (‪ )bursts‬תכופים‪.‬‬
‫• ידע‪ :‬לממיר תדר עבודה כ ‪ .16kHz‬המונה תוכנן לעבוד בתדר יסוד ‪ 50Hz‬ולא‬
‫תמיד יש מסנן בכניסה‪ .‬הממיר מכניס הרמוניות בתדרים עד ‪ .100kHz‬המונה‬
‫תוכנן עד ‪.200Hz‬‬
‫• ‪ SATEC‬רואה עד ‪ .2KHz‬חלק גדול מהרעש הוא אולי לא רואה‪.‬‬
‫סקופ עם ‪ CLAMP‬זרם רואה את הרעש‪.‬‬
‫שקף רשות‪ .‬לסקרנים בלבד‪ :‬מהן נוסחאות‬
‫המנייה המשוערות?‬
‫• ‪ XXX METER‬מתוך התנהגות בשטח ומתוך אלמנט‬
‫הול הידוע מהיצרן‪:‬‬
‫‪D‬‬
‫‪P  VRMS I RMS‬‬
‫הספק ‪S‬‬
‫כולל‬
‫‪XXX M‬‬
‫‪P‬‬
‫‪SATEC‬‬
‫‪EM720‬‬
‫‪PRI‬‬
‫‪464‬‬
‫• ‪ .464 SECURE‬מוצהר ‪P  V1 I 1‬‬
‫מדידתית הוא מתנהג קרוב ל ‪.XXX METER‬‬
‫‪T‬‬
‫• ‪:SATEC EM720‬‬
‫‪1‬‬
‫‪v(t )i (t )dt‬‬
‫‪‬‬
‫‪T‬‬
‫‪P‬‬
‫‪0‬‬
‫‪T‬‬
‫‪1‬‬
‫‪Q   v(t )i (t  T )dt‬‬
‫‪4‬‬
‫‪T0‬‬
‫זו נוסחה מדויקת‬
‫באופן מוחלט‬
‫מניין לנו שהממיר מכניס את הרעש?‬
‫מה רואים‪ :‬הזרם (=עומס) מראה הרמוניות חדשות שלא באו‬
‫מהרשת (=מתח) ויותר חזקות מהמתח‪.‬‬
‫עיוות זרם ‪4.2%‬‬
‫עיוות זרם ‪4.7%‬‬
‫עיוות מתח ‪2.1%‬‬
‫ספקטרום של זרם ושל מתח בממיר ה ‪PV‬‬
‫כפי שתועדה במונה ‪SATEC EM720‬‬
‫מניין לנו שהממיר מכניס את הרעש?‬
‫סכימה חשמלית של מקור רשת הולכה וממיר‬
‫זרם מוחזר‬
‫ממיר‬
‫(עומס מייצר‬
‫הרמוניות)‬
‫מתח‬
‫(מקור)‬
‫• אילו המקור היה מייצר את ההרמוניות היינו רואים‬
‫אותן גם במתח‪.‬‬
‫• העובדה שיש הרמוניות חדשות ויותר גבוהות‪ ,‬פרוש‬
‫שנוצרו בממיר‪.‬‬
‫מה אומרת התקינה על פערי מנייה‬
‫ נוסחאות המניה ותדר‬:‫• ישנם שני פערים בין המונים‬
.‫הדגימה‬
:‫• קיימת תקינה מסודרת לנוסחאות מנייה נכונות‬
• IEEE Std. 1459–2010, “IEEE Trial-Use Standard
Definitions for the Measurement of Electric Power
Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal,
Balanced or Unbalanced Conditions.”
• DIN 40110–2:2002–11, Quantities Used in
Alternating Current Theory– basic standard + part 11, part 1-2
‫דו"ח אירועי חשמל ‪5-8.12‬‬
‫נקודה ללא פער מנייה‬
‫נקודה עם פער מנייה‬
‫הרמוניות במתח ובזרם – עיוות הרמוני כולל בפאזות‪:‬‬
‫נקודה ללא פער מנייה‪:‬‬
‫נקודה עם פער מנייה‪:‬‬
‫מניית אירועי אי‪-‬איזון מתח בהיקף ‪ 10‬דקות‬
‫עיוות הרמוני כולל מתח בעת שקיעת מתח‬
‫השוואתי בין שתי נקודות מדידה‬
‫נקודה ללא פער מנייה ‪4.1%‬‬
‫נקודה עם פער מנייה ‪7%‬‬
‫מסקנות והמלצות‬
‫• לממיר ‪ PV‬אחד מתוך חמישה בהר‪-‬טוב יש רעש‬
‫גדול משמעותית מהאחרים‪ .‬לארבעה ממירים אין‬
‫רעש בעוצמה כזו‪.‬‬
‫• יש להמנע משימוש במונה ‪ XXX Meter‬באתרי ‪.PV‬‬
‫זהו מונה מדור ישן‪ .‬הדורות המתקדמים מראים בד"כ‬
‫פער מנייה של עד ‪ ,2%‬בגבול דיוק המונה‪.‬‬
‫מסקנות והמלצות – התחשבות‬
‫ברעש ממירים באנרגיות מתחדשות‬
‫• לגבי אישור ממירים ל ‪ .PV‬תקינת ממירים מתייחסת‬
‫כאילו ‪ 100%‬מהזמן נדרש ‪ .THD<5%‬תקינת איכות‬
‫החשמל מכירה בזה שאין ‪ 100%‬מהזמן‪ .‬מוצע לחבר‬
‫לדגם ממיר חדש מנטר לשבועיים‪ ,‬למדידת פרצי‬
‫אנרגיה‪.‬‬
‫• תקינת איכות החשמל מכסה עד ‪ .2 KHz‬רעש הרמוני‬
‫בממירים מגיע עד ‪ .150 KHz‬יש מקום לשקול הרחבת‬
‫תקינת איכות חשמל העולמית לתדר גבוה‪ .‬זה גם‬
‫רלוונטי לתקשורת ‪ PLC‬וגם לממירים נוספים‪.‬‬