Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов и программ расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 8
1.1. Методы расчета условно-постоянных потерь (независящих от нагрузки) 15
1.2. Методы расчета нагрузочных потерь электроэнергии 16
1.3 Порядок расчета потерь, обусловленных допустимыми погрешностями системы учета электроэнергии 33
1.4. Программы расчета потерь электроэнергии 34
Глава 2. Совершенствование методики расчета потерь в сетях 0,4 кВ 40
2.1. Общая характеристика расчета потерь 40
2.2. Исходные данные для расчета потерь в фидерах 0,4 кВ 41
2.3. Вывод основных соотношений 42
2.4 Алгоритм расчета потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ 47
2.5, Теоретически возможная выборка фидеров 0,4 кВ 52
2.6. Исследование чувствительности потерь по отношению к основным параметрам фидеров 0,4 кВ 53
2.7, Анализ влияния параметров воздушных линий 64
2.8. Анализ влияния параметров кабельных линий 66
2.9. Вывод соотношений лля потерь напряжения в фидерах 0,4 кВ 67
2.10. Расчет потерь суммарной выборки сетей 0,4 кВ 69
Глава 3. Совершенствование методики расчета потерь в сетях 6-10-20 кВ 77
3.1.. Исходные данные по фидерам 6-10-20 кВ 77
3.2. Алгоритм расчета потерь электроэнергии в сетях 6-10-20 кВ 79
3.3. Мощность трансформатора, эквивалентного перетоку 89
3.4. Нормативная характеристика потерь в фидере 6-10-20 кВ (НХП)... 91
3.5. Оптимальная энергия отпуска фидера 92
3.6. Соотношения между отпуском энергии и временем расчета при заданном проценте потерь 95
3.7- Ток и плотность тока в голове фидера 6-10 кВ 96
3.8. Анализ чувствительности потерь в фидерах 6-10 кВ к коэффициентам загрузки трансформаторов 91
3.9. Эквивалентная схема замещения фидера 6-10 кВ 100
3.10. Зависимость коэффициента формы графика нагрузки от числа ступеней графика нагрузки 103
3.11. Обосповаїше применения метода расчета потерь в городских сетях 6 -10 кВ на основе выборки 107
Глава 4. Результаты расчета и анализ потерь электроэнергии в распределительных сетях ОАО костромаэнерго 114
4.1, Потери в сетях 0,4 кВ ОАО Костромаэнерго 114
4.2. Потери в сетях 10 кВ 119
4.3, Технико-экономическая эффективность мероприятий, направленных на снижение потерь в сетях 0,4 кВ 124
4.4. Технико - экономическое обоснование перевода фидеров 10 кВ на напряжение 20 кВ 133
Заключение 138
Литература 142
Приложение 152
- Методы расчета нагрузочных потерь электроэнергии
- Исследование чувствительности потерь по отношению к основным параметрам фидеров 0,4 кВ
- Нормативная характеристика потерь в фидере 6-10-20 кВ (НХП)...
- Технико-экономическая эффективность мероприятий, направленных на снижение потерь в сетях 0,4 кВ
Введение к работе
Актуальность темы. Работа посвящена актуальной теме - разработке методик и программ расчета потерь электроэнергии. Придание «оперативности» расчету технических и коммерческих потерь электроэнергии в сетях различного класса напряжения на современном этапе (в условиях хаотичности работы промышленности) является важной электроэнергетической задачей. Разрабатываемые методики расчета потерь должны основываться па показаниях существующих в сетях средств учета и на возможности периодического снятия этих показаний. Периодические расчеты потерь (например, каждый месяц) позволяют; проанализировать структуру потерь и составить балансы по подразделениям; выявить очаги потерь и разработать мероприятия по их снижению.
Целью работы является доработка методик и разработка программ расчета потерь электроэнергии для ЭВМ в распределительных сетях и проведение анализа структуры потерь на примере сетей ОАО Костромаэнерго.
Методы исследования, применяемые в работе, основаны на теории матричной алгебры, вариационного исчисления, теории вероятности, математической статистики, теории электрических цепей и электрических сетей, а также на применении ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Развитие и обоснование методики расчета потерь электроэнергии в
распределительных сетях 0,4, 6, 10, 20 кВ, позволившие сделать ее более
доступной и точной:
2, В методике расчета в сетях 0,4 кВ:
Исследована чувствительность потерь к значениям основных параметров и определены условия их задания экспертным путем ориентируясь на полученные диапазоны их изменения.
Исследована теоретически возможная выборка кабельных и воздушных фидеров, к показателям которой будут стремится очень большие выборки. Показано, к чему стремятся потери в условных возможных больших «выборках» для воздушных и кабельных линий.
Получено аналитическое выражение для потерь напряжения (АС) в фидере 0,4 кВ в зависимости от числа отпаек (п). Показано, что при увеличении (п) коэффициент в формуле AU стремиться к 0,5.
Выведены аналитические соотношения для расчета суммарной выборки по параметрам отдельных выборок, входящих в суммарную выборку.
3. В методике расчета потерь в сетях 6,10,20 кВ:
Предложено учитывать перетоки в другие фидера и высоковольтные нагрузки с помощью эквивалентного трансформатора, для мощности которого получено аналитическое выражение.
Получены выражения для оптимальной энергии фидера.
Обоснованы четыре значения коэффициентов загрузки трансформаторов для их задания экспертным путем.
Для контроля правильности заданных в исходных данных значений времени расчета (Г) и отпущенной энергии (WP)
получены аналитические выражения, позволяющие при заданном проценте потерь определять предельные значения (Т) или (WP).
Показано, что потери в городских сетях с непостоянной схемой
можно рассчитывать на основе статистической выборки.
Практическая ценность. Разработанные методики реализованы в комплексе программ для ПЭВМ по расчету технических и коммерческих потерь в сетях 0,4 кВ; 6, 10, 20 кВ. На основе данных имеющихся в РЭС и
ПЭС заполнены базы данных для предприятий ОАО Костромаэнерго. Это позволяет оперативно проводить расчеты, исследовать структуру потерь, выявлять очаги потерь и разрабатывать мероприятия по их снижению. Составлены базы данных по «выборкам» для предприятий ОАО Костромаэнерго, по которым рассчитаны потери в сетях 0,4 кВ, 6, 10, 20 кВ. Показано, что их разброс по РЭС составляют 1,192-10,27 % от отпуска в сети 0,4 кВ и 5,294-11,348 % от отпуска в сети 6,10 кВ.
Реализация работы.
Основные положения в виде методик, программ и результатов расчета внедрены в предприятиях ОАО Костромаэнерго.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодных межвузовских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» в Костромской ГСХА 2000, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006 г.. А также на международной научно-практической конференции «Проблемы энергообеспечения и энергосбережения» Ижевская ГСХА в 2003г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в восемнадцати печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 151 страницах основного текста и включает: 22 рисунка, 29 таблиц, 2 приложения. Список используемых источников содержит 97 наименований.
Содержание работы распределено по главам следующим образом.
В первой главе рассматриваются существующие методы расчета и нормирования технических потерь электроэнергии, а так же разработанные по этим методикам программы расчета потерь.
Во второй главе усовершенствована методика расчета потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ. На основе «выборки» была рассчитана теоретически возможная большая выборка фидеров 0,4 кВ. Исследована
7 чувствительность по отношению к основным параметрам фидеров 0,4 кВ. Обоснованы их значения при задании экспертным путем. Выведено соотношение для потерь напряжения в фидере 0,4 кВ. Выведены аналитические выражения которые позволяют проводить расчет суммарной выборки по отдельным выборкам.
В третьей главе усовершенствована методика расчета потерь электроэнергии в сетях 6-Ю кВ. Получена мощность трансформатора эквивалентного перетоку или высоковольтной нагрузке. Получены коэффициенты нормативной характеристики потерь фидеров 6-10-20 кВ. Получено выражение для оптимальной энергии отпуска фидера. Выведено соотношение между отпуском фидера и временем расчета при заданном проценте потерь. Для учета реальных нагрузок проведен анализ чувствительности потерь в фидерах 6-10-20 кВ к коэффициентам загрузки трансформаторов и обоснованы их значения. Получены параметры для эквивалентной схемы замещения фидера 6-10-20 кВ. Обосновано применение метода расчета потерь в городских сетях 6-10-20 кВ на основе выборки.
В четвертой главе предоставлены результаты расчета и анализа потерь электроэнергии в распределительных сетях ОАО Костромаэнерго. Экономически обоснованы мероприятия по снижению потерь в сетях 0,4 кВ и в сетях 6,10 кВ.
Методы расчета нагрузочных потерь электроэнергии
Нагрузочные потери электроэнергии за период Т часов (Д дней) могут быть рассчитаны одним из пяти следующих методов в зависимости от объема имеющейся информации о схемах и нагрузках сетей (методы расположены в порядке снижения точности расчета) [27,35,67]; 1) оперативных расчетов; 2) расчетных суток; 3) средних нагрузок; 4) числа часов наибольших потерь мощности; 5) оценки потерь по обобщенной информации о схемах и нагрузках сети.
Потери мощности в сети при использовании для расчета потерь электроэнергии методов 1- 4 рассчитываются на основе заданной схемы сети и нагрузок ее элементов, определенных с помощью измерений или с помощью расчета нагрузок элементов электрической сети в соответствии с законами электротехники.
Потери электроэнергии по методам 2-4 могут рассчитываться за каждый месяц расчетного периода с учетом схемы сети, соответствующей данному месяцу. Допускается рассчитывать потери за расчетные интервалы, включающие в себя несколько месяцев, схемы сетей в которых могут рассматриваться как неизменные. Потери электроэнергии за расчетный период определяют как сумму потерь, рассчитанных для входящих в расчетный период месяцев (расчетных интервалов).
Метод оперативных расчетов состоит в расчете потерь электроэнергии по формуле [63]: и т Д З- -ЭД-Д/, (1.7) 1=\ )=\ где п - число элементов сети; Mi} - интервал времени, в течение которого токовую нагрузку Іц і-го элемента сети с сопротивлением Rj принимают неизменной; т - число интервалов времени. Токовые нагрузки элементов сети определяются на основе данных диспетчерских ведомостей, оперативных измерительных комплексов (далее -ОИК) и автоматизированных систем учета и контроля электроэнергии (далее -АСКУЭ).
Метод расчетных суток состоит в расчете потерь электроэнергии по формуле: где Шсут - потери электроэнергии за сутки расчетного месяца со среднесуточным отпуском электроэнергии в сеть WcpcyT и конфигурацией графиков нагрузки в узлах, соответствующей контрольным замерам; к3 - коэффициент, учитывающий влияние потерь в арматуре ВЛ и принимаемый равным 1?02 для линий напряжением ПО кВ и выше и равным 1,0 для линий более низких напряжений; кфМ - коэффициент формы графика суточных отпусков электроэнергии в сеть (график с числом значений, равным числу дней в месяце контрольных замеров); Д У - эквивалентное число дней в j-м расчетном интервале, определяемое по формуле: к Д„г!,КДЛКР 0-9) где WM t - отпуск электроэнергии в сеть в і-м месяце с числом дней Дмі; WM - то же, в расчетном месяце; Nj -число месяцев Bj-м расчетном интервале. При расчете потерь электроэнергии за месяц Д, =ДМІ Потери электроэнергии за расчетные сутки AW определяются как сумма потерь мощности, рассчитанная для каждого часового интервала расчетных суток.
Потери электроэнергии в расчетном периоде определяются как сумма потерь во всех расчетных интервалах года. В [67] допускается определять годовые потери электроэнергии на основе расчета AW m для зимнего дня контрольных замеров, принимая в формуле (1.9) N. = 12. Коэффициент кфМ определяется по формуле.
Коэффициент кк в формуле (1.12) рекомендуется принимать 0,99, Для сетей 6-20 кВ и радиальных линий 35 кВ вместо значений Pi и Р в формуле (1.13) могут использоваться значения тока головного участка If и 1ср. В этом случае коэффициент кк принимают равным 1,02.
Исследование чувствительности потерь по отношению к основным параметрам фидеров 0,4 кВ
В работе получили развитие методики расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях ОД 6, 10, 20 кВ на основе которых рассчитаны и проанализированы потери в сетях ОАО Костромаэнерго. Основные выводы и результаты работы можно сформулировать следующим образом: 1, Доработана методика расчета потерь в сетях 0,4 кВ на основе экспериментальных измерений в этих сетях с использованием «выборки» в которой: Исследована чувствительность потерь в фидерах 0,4 кВ к значениям основных параметров: числа часов максимальной нагрузки (ТКІАХ)\ несимметрии токовой нагрузки по фазам (ТОК); тангенса угла нагрузки (ig(p)\ потерь напряжения от головы до самого удаленного потребителя (AU); сечение провода (ф); Показано, что если эти параметры неизвестны точно, то их можно задавать экспертным путем с следующими шагами: Тылх - от 1000 до 6000 с шагом 1000 (час) ТОК - от 10 до 200 с шагом 10 (А) ig(p - от 0?1 до 0,6 с шагом 0,1 Щ - от 5 до 30 с шагом 3 (В) 5Ф - известно точно. Составлены и исследованы теоретически возможные выборки воздушных и кабельных фидеров 0,4 кВ, состоящие из 6250 фидеров каждая, в которых использованы все возможные сочетания параметров. Обработка этих выборок показала, что процент потерь в воздушных линиях 0,4 кВ составляет 4,033%, а в кабельных 5,023% при погрешности 1,3%. К этим значениям будут стремиться большие выборки реальных сетей.
Получено аналитическое выражение для потерь напряжения (AU) в фидере 0,4 кВ в зависимости от числа отпаек (п ). Этим выражением можно пользоваться, когда потери напряжения нельзя измерить. Показано, что при увеличении числа отпаек коэффициент в формуле потерь напряжения стремится 0,5.
Для возможности объединения отдельных выборок в одну выведены аналитические выражения для параметров суммарной выборки: потери AWsf математическое ожидание Ms, коэффициент вариации Vs, среднеквадратичное отклонение Ss, погрешность Ds. Это дает возможность не обрабатывать очень большие выборки (несколько тысяч фидеров), а делать измерения и расчеты отдельных выборок. Например можно рассчитывать выборки в отдельных РЭС, а затем их объединять для ПЭС или энергосистемы. Приведены расчеты, подтвердившие правильность полученных выражений. . Доработана методика расчета потерь в сетях 6,10,20 кВ в которой:
Предусмотрена возможность учета перетоков в другие фидера и учета высоковольтной нагрузки, (заданных показаниями счетчика), которые пересчитываются в мощности эквивалентных (перетоку или нагрузке) трансформаторов по полученным в работе аналитическим выражениям.
Получена оптимальная энергия отпуска фидера 6, 10, 20 кВ за расчетное время. Показано, что при оптимальном отпуске суммарные нагрузочные потери в линиях и трансформаторах должны равняться потерям холостого хода в трансформаторах. Таким образом, оптимальные потери равны удвоенному значению потерь холостого хода.
Нормативная характеристика потерь в фидере 6-10-20 кВ (НХП)...
Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях является важной задачей электроэнергетики и входит в общий комплекс энергосберегающих мероприятий. До 1991 года в странах бывшего СССР потребление электроэнергии, а следовательно и потери, подчинялись законам плановой экономики. При этом потери за 197Ы987 гг. составили (9 - 9,4)% от отпуска электроэнергии Б Сеть. После обвала экономики в 90 годах в странах СНГ резко сократился уровень потребления. Это сказалось на величине и структуре потерь электроэнергии. При малых нагрузках выросла составляющая постоянных потерь по сравнению с переменными. Кроме того, хаотичность работы промышленности в 90-х годах не позволяет использовать данные о потерях в виде статистических показателей. Поэтому на современном этапе необходимо разрабатывать методики и программы расчета потерь в сетях, основанные на возможности проведения конкретных замеров (токов, напряжений, отпуска и потребления электрической энергии) в подразделениях сетей различного класса напряжения. Расчет потерь электроэнергии в сетях 0,4, 6, 10, 20 кВ является одним из наиболее трудоемких. Это связано со следующими особенностями: низкая достоверность получаемой информации; большая протяженность и разветвлепность сетей; большой объем информации; непрерывное изменение схемных и режимных параметров сети; неравномерность загрузки фаз в сетях 0,4 кВ; различное исполнение участков сети 0,4 кВ (двухпроводное, трехпроводное и четырехпроводное). Отсутствие счетчиков электроэнергии на трансформаторных подстанциях 10/0,4 кВ в фидера 6-10-20 кВ.
Задача точного расчета потерь электроэнергии может быть решена лишь в случае, если организованны телеизмерения во всех точках сетей 0,4 кВ, 6-20 кВ; 35 кВ и выше. Телеизмерения должны автоматически поступать в вычислительные машины структурного подразделения сетей (РЭС, ПЭС)? а расчет должен вестись путем интегрирования расчетных потерь (каждый час). Это позволяет учесть реальные изменения потоков активной и реактивной мощности в сети.
Даже в развитых странах такое автоматическое ведение режима «в темпе процесса» применяется пока в отдельных случаях и с ограниченным числом точек. Обычно это сети класса ПО кВ и выше и, в редких случаях, сети более низкого класса напряжения. Математический аппарат, специальные измерительные приборы, устройства их сопряжения с вычислительными машинами и средства передачи информации разработаны в разных странах и выпускаются промышленностью. Однако, необходимость большого количества точек учета в сетях ОД 6, 10, 20 кВ делает такие «автоматические» системы очень дорогими- Поэтому их внедрение зависит от сопоставления точности расчета (число точек учета) с затратами, обеспечивающими эту точность,
К настоящему времени разработано достаточно большое количество методов расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях. Следует отметить вклад в решение этой задачи таких отечественных ученых как Железко Ю,С, Будзко И.А,, Левина М.С., Клебанова ЛД, Ленинской Т.Б,Э Маркушевича Н.С, Поспелова ПЕ., Сыч Н.М. и др.[7,12ДЗ,27-37,52,53,68].
Технико-экономическая эффективность мероприятий, направленных на снижение потерь в сетях 0,4 кВ
Работа посвящена актуальной теме - разработке методик и программ расчета потерь электроэнергии. Придание «оперативности» расчету технических и коммерческих потерь электроэнергии в сетях различного класса напряжения на современном этапе (в условиях хаотичности работы промышленности) является важной электроэнергетической задачей. Разрабатываемые методики расчета потерь должны основываться па показаниях существующих в сетях средств учета и на возможности периодического снятия этих показаний. Периодические расчеты потерь (например, каждый месяц) позволяют; проанализировать структуру потерь и составить балансы по подразделениям; выявить очаги потерь и разработать мероприятия по их снижению.
Целью работы является доработка методик и разработка программ расчета потерь электроэнергии для ЭВМ в распределительных сетях и проведение анализа структуры потерь на примере сетей ОАО Костромаэнерго.
Методы исследования, применяемые в работе, основаны на теории матричной алгебры, вариационного исчисления, теории вероятности, математической статистики, теории электрических цепей и электрических сетей, а также на применении ЭВМ. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Развитие и обоснование методики расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,4, 6, 10, 20 кВ, позволившие сделать ее более доступной и точной: 2, В методике расчета в сетях 0,4 кВ: Исследована чувствительность потерь к значениям основных параметров и определены условия их задания экспертным путем ориентируясь на полученные диапазоны их изменения. Исследована теоретически возможная выборка кабельных и воздушных фидеров, к показателям которой будут стремится очень большие выборки. Показано, к чему стремятся потери в условных возможных больших «выборках» для воздушных и кабельных линий. Получено аналитическое выражение для потерь напряжения (АС) в фидере 0,4 кВ в зависимости от числа отпаек (п). Показано, что при увеличении (п) коэффициент в формуле AU стремиться к 0,5. Выведены аналитические соотношения для расчета суммарной выборки по параметрам отдельных выборок, входящих в суммарную выборку. 3. В методике расчета потерь в сетях 6,10,20 кВ: Предложено учитывать перетоки в другие фидера и высоковольтные нагрузки с помощью эквивалентного трансформатора, для мощности которого получено аналитическое выражение. Получены выражения для оптимальной энергии фидера. Обоснованы четыре значения коэффициентов загрузки трансформаторов для их задания экспертным путем. Для контроля правильности заданных в исходных данных значений времени расчета (Г) и отпущенной энергии (WP) получены аналитические выражения, позволяющие при заданном проценте потерь определять предельные значения (Т) или (WP). Показано, что потери в городских сетях с непостоянной схемой можно рассчитывать на основе статистической выборки.
Практическая ценность. Разработанные методики реализованы в комплексе программ для ПЭВМ по расчету технических и коммерческих потерь в сетях 0,4 кВ; 6, 10, 20 кВ. На основе данных имеющихся в РЭС и ПЭС заполнены базы данных для предприятий ОАО Костромаэнерго. Это позволяет оперативно проводить расчеты, исследовать структуру потерь, выявлять очаги потерь и разрабатывать мероприятия по их снижению. Составлены базы данных по «выборкам» для предприятий ОАО Костромаэнерго, по которым рассчитаны потери в сетях 0,4 кВ, 6, 10, 20 кВ. Показано, что их разброс по РЭС составляют 1,192-10,27 % от отпуска в сети 0,4 кВ и 5,294-11,348 % от отпуска в сети 6,10 кВ.
Основные положения в виде методик, программ и результатов расчета внедрены в предприятиях ОАО Костромаэнерго.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодных межвузовских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» в Костромской ГСХА 2000, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006 г.. А также на международной научно-практической конференции «Проблемы энергообеспечения и энергосбережения» Ижевская ГСХА в 2003г.
