Введение к работе
Актуальность темы, Несмотря на значительную структурную перестройку
народного хозяйства России, около 50% электрической энергии расходуется на
производственные цели. В то же время кардинально изменилась (и, по-
видимому, будет продолжать меняться) и тарифная политика энергосистем в
отношении потребителей. В связи с введением новых принципов расчета
энергосистем с промышленными предприятиями за потребление
электроэнергии, основанных на значительном росте, начиная с 1994 года,
тарифных ставок за активную и реактивігуго мощность (энергию), особую
актуальность приобретает внедрение в системах электроснабжениия (СЭ)
мероприятий, направленных на оптимизацию режимов их работы. В последнее
время весьма существенное влияние на характеристики электрических режимов
предприятий оказывает неполная загрузка их оборудования. В этих условиях
для эффективного применения мероприятий по энергосбережению,
оптимизации состава оборудования, рационального применения различных
мероприятий по компенсации реактивной мощности требуется
специализированное программное обеспечение для ПЭВМ, позволяющее выполнять многовариантные расчеты режимов СЭ с одновременным учетом технических и технологических ограничений и выдачей рекомендации оперативному персоналу. Указанные задачи, в принципе, должны решаться как на стадии проектирования и реконструкции СЭ, так и на этапе эксплуатации. В соответствии со сказанным, алгоритм расчета электрического режима, положенный в основу программного обеспечения, должен учитывать целый ряд факторов, обычно не принимаемых во внимание в типовых программах расчета и анализа режимов электрических систем и систем электроснабжения. В частности, обязательному учету подлежат токи намагничивания трансформаторов, потери на возбуждение синхронных двигателей, потери в конденсаторных батареях, дискретность изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора при переключении отпаек РПН. Обязательному учету подлежат и статические характеристики нагрузок, определяющие изменение потребления активной и реактивной мощности при отклонениях напряжения. Программное обеспечение должно, в идеале, выполнять оптимизацию суточных графиков нагрузки предприятия, сигнализировать о приближении к ограничениям технического и экономического характера, обрабатывать заявки на изменение состава оборудования, согласовывая их с заявленными максимальными значениями активной и реактивной мощностей, входить составной частью в АСУ технологического процесса.
Необходимо отметить, что программы для ЭВМ (ПЭВМ), отвечающие сформулированным требованиям, в настоящее время отсутствуют. Поэтому
представляется весьма актуальной разработка необходимого комплекса математических моделей элементов, создание необходимой программной среды и разработка принципиально устойчивого метода расчета режима для решения указанных задач.
Цель диссертационной работы. В соответствии со сказанным, целью работы являлась разработка профаммного обеспечения для выполнения многовариантных расчетов и оптимизации режимов систем электроснабжения (СЭ) с учетом наиболее значимых факторов, определяющих потребление электрической энергии.
Для выполнения сформулированных целей были решены следующие научные задачи:
разработан "конструктор" электрических схем, то есть фафический редактор для формирования расчетной схемы системы электроснабжения (энергосистемы), автоматически проверяющий правильность соединения элементов и формирующий математическую модель системы в виде матриц соединений для последующего использования этой информации для проведения расчетов;
разработан специальный метод решения уравнений, обладающий высокой устойчивостью получения решения, позволяющий выполнять расчеты нормальных, утяжеленных и аварийных режимов;
разработан набор математических моделей элементов системы электроснабжения, предназначенных для решения предложенным методом. Модели включают синхронный двигатель (генератор) с учетом автоматического регулирования возбуждения, двух- и трсхобмоточный трансформатор с устройством РПН, реакторы, кабельные и воздушные линии, нафузки с учетом статических характеристик;
опыт выполнения проектных и расчетных работ обобщен в виде рекомендаций по созданию рационального человеко-машинного интерфейса, обеспечивающего пользователю психологический комфорт и поддерживающего высокую производительность труда, исключающий ошибки и т.д.;
разработаны методические положения по оценке целесообразности привлечения синхронных двигателей для компенсации реактивной мощности системы электроснабжения.
Научная новизна диссертационной работы определяется разработкой новых принципов организации человеко-машинного интерфейса, позволившего создать эффективную систему расчета, анализа и оптимизации состава оборудования и режимов систем электроснабжения на основе фафической поддержки пользователя, обеспечивающей формирование математической модели системы электроснабжения в виде матриц соединений и парамефов в
табличной форме, разработкой нового метода решения уравнений установившегося режима, обеспечивающего надежную сходимость. Практическая ценность работы определяется следующим:
разработана программа для ПЭВМ, обеспечивающая повышение эффективности и выбор наилучшей структуры электрической сети и состава оборудования в зависимости от ожидаемых режимов работы. Для действующих предприятий обеспечивается анализ режимов с целью оптимизации энергопотребления;
разработана система графической поддержки пользователя на основе применения каталожной базы данных, содержащей изображения элементов энергосистемы, позволяющей эффективно формировать расчетную схему с одновременным составлением модели в виде матриц соединений и таблиц параметров;
выполнено исследование режимов системы электроснабжения и показано, что при рациональном управлении уровнями напряжения можно добиться определенного снижения издержек на оплату электроэнергии при сохранении на заданном уровне производительности механизмов;
выполнено исследование режимов работы электроэнергетической системы Катара; показано, что на существующем уровне развития сети допустимые уровни напряжений в узловых точках могут быть обеспечены без коренной реконструкции сети за счет применения компенсации реактивной мощности и использования простейших средств регулирования напряжения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научных семинарах кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ, на научно-технических конференциях: 9!h International Power System Conference (St.-Petersburg, 4-7 July, 1994), "Фундаментальные исследования в технических университетах" (С.-Петербург, 16-17 июня 1997 г., 25 - 26 июня 1998 г.).
Публикации. По результатам работы опубликовано 3 печатных работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, изложенные на 97 страницах. Содержит 22 рисунка, 19 таблиц, список литературы из 133 наименований. Обший объем работы 134 страницы.
