השפעת איכות החשמל על דיוק מנית אנרגיה חשמלית

1. השפעת איכות החשמל על דיוק מנית אנרגיה חשמלית

2. 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 מתחדשותPV, טורבינות 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 PTB גרמניה (מת"י גרמניה), צוות מחקר בברזיל ועוד, נמצא כי חלק מהמונים בעולם לא מדייקים במידה זו או אחרת, בסביבת עתירת הרמוניות וכי סביבת PV מייצרת 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 PV. המונה 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.

3. 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 2 מערכות תקינה עולמיות זהות זו לזו, שפרסמו את רוב נוסחאות המניה הבאות בחשבון: IEEE 1459, DIN 40110. קיים ספר שמציג את התקנים לעומק. יצרן מונים מודרני חייב לעקוב את אחת הנוסחאות השקולות. הנוסחאות מוסכמות.

4. סוגי ההספקים בממיר PV ובכלל: • 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 בזהולכן מתקיים משפט פיתגורס להספקים. S D P Q

5. סוגי ההספקים בממיר PV ובכלל: • הספק פעיל P. ההספק שמגיע מהמקור ונותר בעומס. • הספק ריאקטיבי Q.הספק שבו מתקיים הפרש פאזה 90° בין המתח לזרם. מתקיים בקבלים ובסלילים ובתופעות מעבר. • הספק עיוות (distortion power) Dנובע ממעבר אנרגיה בין הרמוניות לא זהות במתח ובזרם. כל שאר ההרמוניות הרמוניות עיקריות

6. בנקודת מדידה בעייתית הספק עיוותגדול יותר בחקר הר-טוב נתגלה כי בממיר עם פער מניה נכנס הספק העיוות Dכגורם חדששלא 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.

7. 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 samples/cycle) Distortion power ממיר 2% SECURE 464 (8-16 samples/cycle) 3.8% XXXX METER

8. גל זרם המורכב מהרמוניות 1,3,5,7,9 הרמוניות מרכיבות 1 3 5 7 9 הזרם הכולל

9. מה קורה בכל מונה? S הספק כולל XXX METER D P PRI 464 SATEC EM720 • מונה XXX METER מודד הספק עם אלמנט הול. מכאן נובע שהוא מכניס הספק D כהספק פעיל. הוא מודד את ההספק הכולל כאילו היה הספק פעיל. זה קירוב נכון לכל צרכן אחר מלבד ממיר PV רועש ספציפית. • מונה SECURE METERS מכניס אי-דיוק גם בגלל תדר הדגימה שלו. הוא נמצא בתוך אי הדיוק הנקוב למונה: 2%. • מונה SATEC מחשב לפי נוסחת מנייה נכונה אבסולוטית. אלמנט הול

10. מדוע ממירי PV מכניסים הספק עיוות גדול לעתים? • האם רק בחלק קטן מממירי PV נכנס הספק עיוות כה גדול? לכאורה יש הרבה התקנים רועשים. • תשובה: מדידתית בממיר רועש נכנס הספק יותר גבוה. נוצר הספק רעש בפרצים (bursts) תכופים. • ידע: לממיר תדר עבודה כ 16kHz. המונה תוכנן לעבוד בתדר יסוד 50Hz ולא תמיד יש מסנן בכניסה. הממיר מכניס הרמוניות בתדרים עד 100kHz. המונה תוכנן עד 200Hz. • SATEC רואה עד 2KHz. חלק גדול מהרעש הוא אולי לא רואה. סקופ עם CLAMP זרם רואה את הרעש.

11. שקף רשות. לסקרנים בלבד: מהן נוסחאות המנייה המשוערות? S הספק כולל XXX M D P PRI 464 SATEC EM720 • XXX METERמתוך התנהגות בשטח ומתוך אלמנט הול הידוע מהיצרן: • SECURE 464. מוצהר מדידתית הוא מתנהג קרוב ל XXX METER. • SATEC EM720: זו נוסחה מדויקת באופן מוחלט

12. מניין לנו שהממיר מכניס את הרעש? מה רואים: הזרם (=עומס) מראה הרמוניות חדשותשלא באו מהרשת (=מתח) ויותר חזקות מהמתח. עיוות מתח 2.1% עיוות זרם 4.2% עיוות זרם 4.7% ספקטרום של זרם ושל מתח בממיר ה PV כפי שתועדה במונה SATEC EM720

13. 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.

14. מה אומרת התקינה על פערי מנייה • ישנם שני פערים בין המונים: נוסחאות המניה ותדר 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 1-1, part 1-2

15. דו"ח אירועי חשמל 5-8.12 נקודה ללא פער מנייה נקודה עם פער מנייה

16. הרמוניות במתח ובזרם – עיוות הרמוני כולל בפאזות: נקודה עם פער מנייה:נקודה ללא פער מנייה:

17. מניית אירועי אי-איזון מתח בהיקף 10 דקות

18. עיוות הרמוני כולל מתח בעת שקיעת מתח השוואתי בין שתי נקודות מדידה נקודה עם פער מנייה 7% נקודה ללא פער מנייה 4.1%

19. מסקנות והמלצות • לממיר PV אחד 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.

20. מסקנות והמלצות – התחשבות ברעש ממירים באנרגיות מתחדשות • לגבי אישור ממירים ל PV. תקינת 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 KHz. רעש הרמוני בממירים מגיע עד 150 KHz. יש מקום לשקול הרחבת תקינת איכות חשמל העולמית לתדר גבוה. זה גם רלוונטי לתקשורת PLC וגם לממירים נוספים.