В структуре потребления электрической энергии Украины население занимает 2-е место (в 2006 году: 28,3 млрд кВт∙ч или 19,7% от поступления электроэнергии в сети ОЭС) после промышленности (79,8 млрд кВт∙ч или 56,6%).

Население Украины – надежный потребитель. За последние семь лет наблюдается стойкий рост полезного отпуска электрической энергии и мощности населению (таблица 1).


Таблица 1. Динамика полезного отпуска электроэнергии

Год

Полезный отпуск электроэнергии

Всего

Населению

млрд кВт∙ч

млрд кВт∙ч

%

2001

122,5

22,4

18,3

2002

123,4

22,9

18,6

2003

129,1

23,8

18,4

2004

135,1

24,5

18,1

2005

137,9

26,4

19,1

2006

143,5

28,3

19,7


Устойчивый рост спроса населения на электроэнергию объясняется:

  • ростом уровня благосостояния населения Украины;
  • урбанизацией населения: на 01.01.2007 г. городское население достигло 68,4 %;
  • изменением характера и типа застройки городов (жилые массивы многоквартирных многоэтажных (свыше 10 этажей) домов, что влечет за собой переход по требованию пожаробезопасности на схему энергоснабжения домов вводами двух видов энергии: электрической и тепловой);
  • наращиванием установленной мощности и насыщением квартир новым поколением бытовых электроприборов (электрические чайники, холодильники большой мощности, морозильные камеры и т.д.);
  • строительством в городах зданий по индивидуальным проектам с квартирами повышенной площади и комфортности (элитные квартиры) с электрическими плитами большой мощности, кондиционерами, СВЧ и большим количеством прочих приборов малой мощности;
  • широким распространением современной коттеджной застройки с приборами редкого пользования, но значительной установленной мощности (стиральные машины с подогревом воды, джакузи, посудомоечные машины с подогревом воды, электроподогрев полов, электрические сауны в коттеджах).
  • увеличением электрической нагрузки домов на участках садоводческих товариществ.

Требования к достоверности уровня полезного отпуска электроэнергии населению высоки, поскольку он влияет на

  • объем реализованной продукции (электроэнергии), балансовую прибыль и налог на прибыль, отчисляемый в госбюджет, рентабельность энергопередающей компании;
  • лимит отпускаемой Энергорынком электроэнергии;
  • формирование электрических балансов;
  • величину технических потерь электроэнергии при ее передаче (по данным Минтопэнерго при передаче населению 28,3 млрд кВт∙ч технические потери электроэнергии только в сети 0,38 кВ составили 8,55 млрд кВт∙ч);
  • норматив технических потерь электроэнергии;
  • систему розничных тарифов на электроэнергию.

Состояние вопроса

В настоящее время для определения объема потребленной электроэнергии населением используются

  1. Автоматизированные системы учета, контроля и управления электропотреблением бытовых потребителей (АСКУЭ БП).
  2. Программные комплексы «биллинг».
  3. Самообслуживание.

1. Автоматизированные системы учета, контроля и управления электропотребле-нием бытовых потребителей (АСКУЭ БП) [1].

В мировой практике подобные системы обозначаются как «AMR systems» (Automatic Meter Reading – система автоматического считывания показаний счетчиков).

Электронные счетчики системы оснащены устройствами для дистанционного считыва-ния с них показаний на машинные носители информации, а сами контролеры – переносными пультами для осуществления такого считывания. Система позволяет использовать блочные или ступенчатые тарифы в зависимости от объема потребления электроэнергии, зоны суток, дней недели и т.д. При этом потребитель сам должен выбирать наиболее выгодный для него тариф (как это делается в большинстве стран с развитой рыночной экономикой).
В качестве коммуникационной среды для передачи информации используется распределительная сеть низкого напряжения (PLC-технология). Это позволяет списывать показания счетчиков по многоквартирному дому за несколько секунд дистанционно – не входя в помещение, где они установлены. При этом сами контролеры лишаются возможности изменять показания счетчиков.

Электронный счетчик объединяет в себе функции прибора учета, прерывателя цепи и устройства связи с каналом распределительной сети. Счетчик измеряет активную и реактивную энергию, разработан с учетом международных стандартов и имеет следующие основные параметры: класс точности –1, диапазон токов 5–50 А, срок службы 15 лет.

Основные функции АСКУЭ БП:

  • выписка счетов;
  • печатание счетов для каждой квартиры;
  • обоснование счетов;
  • сведение баланса по балансным группам;
  • формирование сводной таблицы потребления за текущий и предшествующие периоды;
  • управление активной и реактивной энергией;
  • автоматического считывания показаний счетчиков;
  • функции управления контрактами по времени использования, времени года;
  • дистанционное подключение/отключение потребителей;
  • определение случаев мошенничества и взлома;
  • информирование потребителя;
  • возможность предварительной оплаты (без карточки);
  • управление максимальной нагрузкой;
  • управление сетью низкого напряжения;
  • управление уровнем обслуживания индивидуального потребителя.

АСКУЭ БП нашли широкое применение в Европе (Италия, Германия и др.), используется в Российской Федерации. В Украине АСКУЭ БП не применяются.

2. Программный комплекс «биллинг».

Программный комплекс «биллинг» предназначен для автоматизации работы с бытовыми абонентами энергоснабжающего предприятия. Внедрение комплекса позволяет получать реальные данные об отпущенной электроэнергии и полученных платежах, исключить возможность злоупотреблений, значительно сократить численность персонала, обеспечить высокое качество обслуживания населения. Комплекс состоит из следующих модулей:

  • Справочники
  • Ввод абонентов
  • Ввод платежей
  • Прием клиентов
  • Контрольные обходы
  • Замена счетчиков
  • Договора
  • Счета. Зонный учет
  • Расчет платы за выявленные нарушения правил пользования электрической энергией
  • Генератор отчетов
  • Администратор системы
  • Трансфер
  • Отчеты

К недостаткам программного комплекса «биллинг» следует отнести наличие «человеческо го фактора». Комплекс достаточно дорог и сложен и лишь начинает внедряться в энергопередающих компаниях (Харьковоблэнерго, Суммыоблэнерго, Прикарпатьеоблэнерго и др.).

3. Самообслуживание

В режиме самообслуживания абонент снимает показания счетчика, а в случае отсутствия приборов учета при наличии разрешения энергопоставщика, использует среднемесячное потребление электроэнергии. Величина среднемесячного потребления электроэнергии определяется за предшествующие 12 месяцев, или по фактическому периоду потребления, если он меньше 12 месяцев.

В программном комплексе «биллинг» и в режиме самообслуживания «слабым звеном» является наличие «человеч еского фактора» (абонента), которому присущи

  • неточность снятия показаний;
  • несвоевременность оплаты;
  • недоплата;
  • несанкционированный отбор электроэнергии;
  • недоучет потребления электроэнергии и т.д.

Перечисленные факторы приводят к тому, что реальный полезный отпуск электроэнергии населению всегда больше оплаченного по счетам.

Постановка задачи

Поскольку в Украине потребления электроэнергии населением определяется по результатам самообслуживания и в перспективе —с помощью программного комплекса «биллинг», которые используют «человеческий фактор» (абонента), то целью работы является создание компютерной программы расчета объема реального потребления электроэнергии населением региона за расчетный период, позволяющей

  1. исключить «человеческий фактор»;
  2. использовать минимальный перечень исходных данных, допустимость и периодичность получения которых регламентируется действующими формами статотчетности и характеризуется низкими трудозатратами;
  3. контролировать качество отпущенной потребителям электрической энергии, надежность электроснабжения, экономичность передачи и распределения электроэнергии;
  4. осуществлять пофидерный, поэлементный расчет потокораспределеиия;
  5. определять места и объемы несанкционированного отбора электроэнергии;
  6. формировать электрические балансы;
  7. планировать лимит отпускаемой Энергорынком электроэнергии.

Понятие социальной нормы электропотребления

В России в 2007 году принят Федеральный закон «О социальной норме потребления электроэнергии». Социальная норма электропотребления должна отражать минимальный, но достаточный для жизнеобеспечения уровень потребления услуг электроснабжения населения, который необходимо обеспечить всем гражданам, исходя из принципа равнодоступности услуг и с учетом социальных гарантий малоимущим.

Объем электроэнергии, принимаемый как социальная норма, складывается из нормированного потребления приборами освещения, необходимыми для поддержания уровня освещенности определенной площади жилища, утвержденного санитарными нормами, потребления минимально необходимым набором электробытовых приборов (холодильник, телевизор, аудиоаппаратура, утюг, стиральная машина, пылесос) установленных параметров, а также в определенных условиях – из потребления приборами электротеплоснабжения, кондиционирования. В домах с централизованно установленными электроплитами требуется учитывать расход электроэнергии на их работу. При оценке потребления электроэнергии всеми указанными группами приборов необходимо принимать во внимание особенности их использования при определении влияния коэффициента семейности.

Применение социальной нормы электропотребления означает переход к установлению так называемых блочных тарифов на электроэнергию для населения, т.е. пониженный тариф для всех категорий населения при оплате электроэнергии в пределах социальной нормы и более высокий тариф при оплате потребленной (сверх социальной нормы) электроэнергии. Подобный подход позволит лимитировать электропотребление, стимулируя энергосбережение, и защитит малообеспеченные слои населения при ликвидации перекрестного субсидирования и доведении тарифа на электроэнергию для населения до экономически обоснованного уровня.

На 1 января 2007 года в Украине проживало 46,5 млн человек и 18 885 125 бытовых потребителей электроэнергии (абонентов) . Если признать, что число семей коррелирует с числом абонентов: , то средний численный состав семьи (коэффициент семейности ) составил

Среднестатистическая семья с коэффициентом семейности с большой вероятностью проживает в 2-х комнатной квартире площадью 70 м2, поэтому двухкомнатную квартиру можно принять в качестве репрезентативной. Номенклатура электробытовой техники современной двухкомнатной квартиры с газовой плитой в типовом здании представлена в таблице 2.


Таблица 2. Номенклатура электробытовой техники двухкомнатной квартиры с газовой плитой в типовом здании

Наименование

Номинальная мощность,

кВт

Среднегодовое число часов

использования,

ч

Годовое потребление электроэнергии,

кВт•ч

Осветительные приборы

1,5

300

450

Радио и пр. аппаратура

0,07

600

42

Телевизор

0,12

1300

156

Холодильник

0,2

2500

500

Стиральная машина с подогревом воды

2,2

80

176

Электропылесос

1,0

50

50

Электроутюг

1,0

100

100

Соковыжималка

0,12

25

30

Итого

1500


Среднемесячное удельное потребление электроэнергии среднестатистической семьи, проживающей в 2-х комнатной квартире с газовой плитой (гп) в типовом здании(m) (социальная норма электропотребления)

кВтч, i=т, j=гп.

Социальная норма потребления электроэнергии должна быть дифференцированой в зависимости от вида жилья, поскольку

  • для квартир с электрической плитой в типовом здании добавляется электрическая плита;
  • для элитных квартир добавляется электрическая плита большой мощности, кондиционер, джакузи, печь СВЧ и большее количество прочих приборов малой мощности;
  • для коттеджей, помимо всех вышеперечисленных приборов и машин, добавляется электрическая сауна, большая осветительная нагрузка и множества приборов малой мощности.

Исходя из удельных электрических нагрузок для среднестатистической семьи в зависимости от вида жилья предлагаются следующие нормы потребления электроэнергии (таблица 3)


Таблица 3. Нормы потребления электроэнергии среднестатистической семьи в

зависимости от вида жилья

Тип жилья

Норма электро-

потребления*,

кВт∙ч/мес

2-х комнатная квартира с газовой плитой в типовом здании

125

2-х комнатная квартира с электроплитой в типовом здании

200

Квартира с электроплитой в элитном

здании

240

Коттедж с газовой плитой

210

Коттедж с газовой плитой и электрической сауной

285

Коттедж с электрической плитой

295

Коттедж с электрической плитой и электрической сауной

370

Домик на садоводческом участке

100

(сезонно)

* Нормы потребления электроэнергии предварительны.


Если численность семьи отличается от среднестатистической (kc =) и/или площадь жилища отличается от базовой, то социальные нормы электропотребления подлежат корректировке. Для коэффициента семейности корректирующий коэффициент имеет вид

.

Корректирующий коэффициент для площади жилища связан с расходом электроэнергии на освещение

,

, i=т, э, к, сад, j =гп, эп, гп+сауна, эп+сауна,

где —текущая и базовая площади -го жилища с -й плитой соответственно.

Реальный объем полезного отпуска электроэнергии населению, проживающему в i-ом жилище с j-ой плитой, рассчитывается по формуле

, i=т, э, к, сад; j =гп, эп, гп+сауна, эп+сауна. (1)

Приближенную оценку годового объема полезного отпуска электроэнергии населению Украины в 2006 году можно получить, предполагая, что все абоненты проживают в среднестатистических двухкомнатных квартирах с газовыми плитами (гп) в типовых зданиях (m)

Это приближенная оценка, однако она полностью совпадает с данными статотчетности Минтопэнерго (таблица 1). В действительности реальный объем полезного отпуска электроэнергии населению Украины должен определяться по формуле (1) и, естественно, он превосходить величину 28,3 млрд кВт•ч.

Расчетная схема

Полученные величины полезного отпуска электроэнерги абонентам, проживающим в квартирах различного вида, используются в расчетах потокораспределения «снизу-вверх», т.е. от потребителей напряжением 0,38 кВ к шинам НН распределительных трансформаторов (РТ). Расчетная схема представлена на рисунке.

Рис. Расчетная схема

Расчеты проводятся пофидерно, поэлементно. Линии 0,38 кВ представляются четырехпроводной схемой замещения, а нагрузка задается средними токами фаз и коэффициентом формы графика нагрузки [3].

Схемы замещения линий 0,38 кВ и способы представления токовой нагрузки следующие:

  • неразветвленные линии с участками одного сечения и равномерно распределенной нагрузкой (обычно это городские кабельные линии, пригородные садоводческие воздушные линии);
  • неразветвленные линии с участками различного сечения и равномерно распределенной нагрузкой (обычно это городские кабельные линии);
  • разветвленные линии с равномерно распределенной вдоль участков нагрузкой (обычно это сельские воздушные линии, в том числе и коттеджные).

К шинам низкого напряжения РТ (центрам питания) подключены также неразветвленные линии с сосредоточенной в конце промышленной нагрузкой.

Если кодирование линий 0,38 кВ не проводилось, используем среднестатические данные. Например, к городской неразветвленной кабельной линии с участками различного сечения, питающей городских абонентов, проживающих в 2-х комнатных квартирах с газовыми плитами в типовых зданиях, подключено, в среднем, абонентов, где общее количество городских абонентов, проживающих в 2-х комнатных квартирах с газовыми плитами в типовых зданиях; —общее количество городских кабельных неразветвленных линий с участками различного сечения, питающих указанных абонентов.

Средний полезный отпуск электроэнергии городским абонентам, подключенным к указанной выше кабельной линии,

,

—социальная норма электропотребления городским абонентом, проживающим в среднестатистической квартире с газовой плитой в типовом здании.

При рассчитанной величине полезного отпуска электроэнергии населению должно быть обеспеченно качество электроэнергии, надежность электроснабжения и экономичность передачи и распределения.

По закону Украины "Про електроенергетику" (редакция от 11.05.2005) потребители электрической энергии имеют право на получение электроэнергии, показатели качества которой определены госстандартами. Среди нормированных показателей качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения установившееся отклонение напряжения на зажимах приемников электрической энергии является одним из важнейших, поскольку оказывает существенное влияние на срок службы бытовой электротехники, световой поток ламп накаливания, моменты вращения, скольжение и уровень потребляемой реактивной мощности асинхронных двигателей и т.д. и т. п.

Объем отпущенной потребителям электроэнергии должен быть таким, чтобы случайная несимметрия токовой нагрузки фаз и износ оборудования не нарушали выполнение требований ГОСТ 13109-97 в отношении допустимости отклонений фазных напряжений у бытовых потребителей:

,

где

, .

Надежность означает согласованное с потребителями число кратковременных отключений Nотк продолжительностью не более Тотк часов в год:

,

,

где , – фактические и заданные числа и продолжительности отключений потребителя соответственно.

Важнейший показатель экономичности передачи и распределения электроэнергии —норматив технических потерь, от которого зависит система розничных тарифов на электроэнергию. Под нормативом потерь понимается показатель экономичности передачи и распределения электроэнергии, определенный в результате компенсации с помощью МСП сверхнормативных потерь электроэнергии при соблюдении согласованного с потребителями уровня надежности электроснабжения и нормированного качества электрической энергии [4].

Чтобы обеспечить контроль показателей надежности, качества и экономичности полезного отпуска электроэнергии населению, расчет потокораспределения в фидерах (рис.) проводится с учетом

  • случайной несимметрии нагрузки фаз линий 0,38 кВ, вызванной беспорядочной застройкой городов, непредсказуемым и неконтролируемым ростом нагрузок жилья [3];
  • износа оборудования: большая часть линий 0,38 кВ пришли в технически непригодное состояние, характеризуются высокой аварийностью, потому представляют угрозу для людей и окружающей среды, требуют значительных возрастающих с каждым годом затрат на техническое обслуживание и ремонт; значительная часть распределительных трансформаторов исчерпали свой нормативный ресурс, имеют большие потери, недостаточную надежность, потому требуют замены;
  • несанкционированного отбора электроэнергии;
  • недоучета потребления электроэнергии из-за погрешностей измерительного комплекса: фактически объем электроэнергии всегда больше объема, зафиксированного счетчиками, на величину систематической отрицательной погрешности измерительного комплекса, который определяется с помощью номограммы, полученной при изменении нагрузки первичной обмотки ТТ от 0 до 100 % и изменении нагрузки вторичной обмотки ТН от 0 до 300 % [2];
  • нескомпенсированных потоков избыточной реактивной мощности.

Программные средства реализации модели

Компьютерная программа, помимо набора расчетных модулей, обладает возможностью графического редактирования схем электросетей и способностью к взаимодействию с системами управления базами данных. Логическая структура данных программы позволяет накапливать различную техническую информацию об элементах электросети и характере потребления, а также статистическую информацию о показаниях счетчиков электроэнергии на разных уровнях напряжения и об изменениях нормального режима работы электросети. В качестве источников исходных данных для расчетов можно использовать системы автоматизации энергосбытовой деятельности и систем автоматизированного диспетчерского управления, которые уже имеются в расположении практически любого крупного предприятия отрасли. Функциональность программы в плане визуализации результатов расчета (показ проблемных участков электросети), а также предоставление исходной и расчетной информации позволяет удобно анализировать и устанавливать причины сверхнормативных потерь электроэнергии.

Программный комплекс состоит из следующих модулей:

  1. справочники основного оборудования;
  2. графический редактор схем электрических сетей;
  3. расчетная программа, состоящая из следующих подпрограмм:
  • расчета установившегося режима с учетом случайной несимметрии нагрузки фаз линий; износа оборудования; избыточных потоков реактивной мощности;
  • недоучета потребления электроэнергии из-за погрешностей измерительного комплекса;
  • расчета реальных объемов потребленной населением электроэнергии;
  • проверки качества электроэнергии (по напряжению) и отсутствия нарушений электроснабжения потребителей по вине электропоставщика;
  • расчета объема несанкционированного отбора электроэнергии;
  • выявления фидеров, в которых предполагается несанкционированный отбор электроэнергии, вызванный неучетом, неоплатой, хищениями электроэнергии;
  • нормирования потерь электроэнергии;
  • статистической обработки результатов расчетов.

ВЫВОДЫ

  1. Благодаря своей структуре и многочисленным критериям компютерная программа позволяет определять ожидаемое электропотребление населения в условиях отсутствия полной информации.
  2. Не нужна огромная команда контролеров, поскольку известно сколько должен платить абонент исходя из его социальной нормы электропотребления.
  3. Результаты расчета можно использовать при установке лимита отпускаемой Энергорынком электроэнергии.

ЛИТЕРАТУРА

Тубинис В.В. АСКУЭ бытовых потребителей. Преимущества РLC-технологии связи // Новости электротехники. – 2004. – № 2.

Лях В.В., Квицинський А.О. Оцінка втрат електроенергії при влаштуванні обліку з використанням вимірювальних трансформаторів//Новини енергетики.-2002.-№ 7.

Дерзкий В.Г,. Скиба В.Ф. Моделирование несимметрии нагрузки фаз линий в расчетах потерь электроэнергии при ее передаче в условиях неопределенности//Энергосбережение Энергетика Энергоаудит.- 2007.- № 6.

Дерзкий В.Г, Скиба В.Ф. Обоснование уровня нормативных потерь электроэнергии в распределительных сетях //Энергетика и электрификация.-2007.-№ 12.