The Principle of Creating a «Smart» Electricity Meter in Electric Traction Networks with Stochastic Electromagnetic Processes
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine
Abstract
ENG: Voltage and current are sharply variable
random (stochastic) processes in traction networks of
DC electric transport systems. As a result, electronic
and hybrid electricity meters used in electric systems
measure electric power with a large relative error that
significantly exceeds that of their accuracy class. In this
paper the principle of developing smart meters for
accounting the electricity transmitted from traction
substations to electric rolling stock through a traction
network is proposed. Proposed ideas are developed on
the basis of the random processes correlation theory. The
meter operates in real time and monitors not a set of
realizations of random voltage and current processes, but
their deterministic characteristics, that is, time functions
of mathematical expectations and variances which
make up the background of its operating principle.
The experimental implementation of the proposed
principle has been conducted in the feeder zone of an
A-B section of the GisDnieper Railway of Ukraine, where
registration and processing of realizations of stochastic
voltage and current processes obtained in real operation
mode has been done. The ratios obtained for active and
reactive power can be applied not only for traction
power grids, but also for electric networks of external
power supply of DC electric traction systems as the basis
for the “smart meter” design.
UKR: Напруга і струм у тягових мережах систем електричного транспорту постійного струму є різкозмінними випадковими (стохастичними) процесами. Внаслідок цього електронні та гібридні лічильники, які застосовують у таких системах, вимірюють електроенергію з великою відносною похибкою, що істотно перевищує їх клас точності. У цій роботі на основі кореляційної теорії випадкових процесів запропоновано принцип розроблення смарт-лічильників обліку електроенергії, яка передається по тяговій мережі від тягових підстанцій до електрорухомого складу. В основу принципу покладено роботу лічильника в режимі реального часу під час здійснення ним моніторингу не безлічі реалізацій випадкових процесів напруги і струму, а їх детермінованих характеристик – тимчасових функцій математичних очікувань і дисперсій. Експериментальне забезпечення запропонованого принципу продемонстровано на прикладі реєстрації та оброблення реалізацій випадкових процесів напруги і струму, отриманих в умовах реальної експлуатації на ділянці (в фідерній зоні) А-В Придніпровської залізниці України. Отримані для активної та реактивної енергій розрахункові співвідношення, як основа принципу розроблення “розумного лічильника”, застосовні не тільки для тягових електромереж, а й для електричних мереж зовнішнього електропостачання систем електричної тяги постійного струму.
UKR: Напруга і струм у тягових мережах систем електричного транспорту постійного струму є різкозмінними випадковими (стохастичними) процесами. Внаслідок цього електронні та гібридні лічильники, які застосовують у таких системах, вимірюють електроенергію з великою відносною похибкою, що істотно перевищує їх клас точності. У цій роботі на основі кореляційної теорії випадкових процесів запропоновано принцип розроблення смарт-лічильників обліку електроенергії, яка передається по тяговій мережі від тягових підстанцій до електрорухомого складу. В основу принципу покладено роботу лічильника в режимі реального часу під час здійснення ним моніторингу не безлічі реалізацій випадкових процесів напруги і струму, а їх детермінованих характеристик – тимчасових функцій математичних очікувань і дисперсій. Експериментальне забезпечення запропонованого принципу продемонстровано на прикладі реєстрації та оброблення реалізацій випадкових процесів напруги і струму, отриманих в умовах реальної експлуатації на ділянці (в фідерній зоні) А-В Придніпровської залізниці України. Отримані для активної та реактивної енергій розрахункові співвідношення, як основа принципу розроблення “розумного лічильника”, застосовні не тільки для тягових електромереж, а й для електричних мереж зовнішнього електропостачання систем електричної тяги постійного струму.
Description
M. Kostin: ORCID 0000-0002-0856-6397, Т. Mishchenko: ORCID 0000-0001-6336-7350
Keywords
smart meter, voltage, current, power, random process, principle, electricity, stochastic, mathematical expectation, variance function, correlation function, КЕТЕМ
Citation
Kostin M., Mishchenko T., Hoholyuk O. The Principle of Creating a “Smart” Electricity Meter in Electric Traction Networks with Stochastic Electromagnetic Processes. Computational Problems of Electrical Engineering. 2021. Vol. 11, No 1. P. 12–19.