Введение к работе
Актуальность работы.
Одной из актуальных проблем Российской электроэнергетики является снижение потерь мощности и электроэнергии в единой энергетической системе. Решение этой задачи возможно путем оптимизации режима работы энергосистемы по уровням напряжения и потокам реактивной мощности. Для решения указанной задачи, необходима разработка системы измерения режимов работы сети сверхвысокого напряжения с учетом потерь мощности на корону.
Потери электроэнергии в воздушных линиях (ВЛ) электропередачи состоят из нагрузочных потерь, потерь на корону и потерь от токов утечки по изоляции, при этом определяющими являются нагрузочные потери и потери на корону, которые в разной степени зависят от уровня напряжения: нагрузочные потери при неизменном значении мощности, сопротивления, а значит и напряжения на стороне нагрузки, обратно пропорциональны квадрату напряжения линии, а потери на корону пропорциональны напряжению линии в пятой степени. Таким образом, оптимальный уровень напряжения в узлах энергосистемы зависит от соотношения потерь на корону и нагрузочных потерь ВЛ. Если в хорошую погоду нагрузочные потери преобладают над потерями на корону, то при плохой погоде (снег, дождь, изморозь) потери на корону увеличиваются на 1-2 порядка. Вот почему создание системы непрерывного измерения потерь на корону ВЛ является необходимой базой для оптимизации режима по напряжению и потокам реактивной мощности. Учет потерь на корону может дать значительный экономический эффект в свете изменившихся принципов расчета тарифов на услуги по передаче и распределению электрической энергии, а также проводимых в последние годы международных программ энергосбережения и снижения вредного воздействия на экологию производства и передачи электроэнергии.
Проблемой измерения и расчета потерь на корону занимались многие отечественные и зарубежные ученные: Пик Ф.В., Хольм Р., Майр О., Попков В.И., Александров Г.Н., Левитов В.П., Тамазов А.П., Емельянов Н.П., Тиходеев Н.Н., Сергеев Ю.Г., Костюшко В.А., и др., а также такие исследовательские центры как: ВНИИЭ, НИИПТ, ЭНИН, ОРГРЭС, МЭИ - ТУ. Работы этих ученых внесли значительный вклад в развитие теории и практики расчетов потерь мощности и электроэнергии на корону.
Развитие информационных технологий и средств автоматизации позволяет подойти к рассматриваемой проблеме с новой позиции. Для определения текущих значений потерь в проводах от тока нагрузки и на корону ВЛ с высокой точностью в ОАО «ЭНИН» разработан универсальный измерительный комплекс (УИК). Для определения потерь на корону комплекс использует данные оперативного информационного комплекса (ОИК). Данный комплекс внедрен в опытную эксплуатацию в ОАО «ФСК ЕЭС», которому будет отведена одна из самых важных задач в системе оптимизации режима по напряжению и потокам реактивной мощности единой национальной энергетической системы (ЕНЭС).
Так как данная разработка является инновационной, появилась необходимость в детальном исследовании погрешностей получаемых в УИК потерь на корону и от токов нагрузки. Числовая оценка этих погрешностей не только даст представление о точности метода, но и позволяет разработать рекомендации по совершенствованию рассматриваемого алгоритма.
Существующие в настоящее время подходы расчета потерь мощности и электроэнергии на корону не могут быть использованы для решения задач оперативного расчета и оптимизации режимов электроэнергетических систем (ЭЭС), так как отсутствует возможность определения текущего вида погоды вдоль линий электропередачи.
Уникальный в своем роде метод определения текущих потерь и их составляющих (на корону и в проводах от токов нагрузки) предложен Тамазовым А.И.. Данный алгоритм основан на использовании телеметрической информации о режимных параметрах линии, выда-
ваемой ОИК. Значения текущих потерь мощности определяются путем вычитания из входящей в линию активной мощности Р1 в её начале активной мощности Р2 в её конце, при этом компенсируется систематическая и случайная погрешность измерения потерь. Рассматриваемый алгоритм заложен в программный комплекс УИК, предназначенный для оценки активной, реактивной мощностей, напряжений и потерь в линии, что позволяет при резком увеличении потерь на корону оперативно проводить мероприятия по их снижению.
Цель работы заключается в исследовании погрешностей и совершенствовании метода определения текущих потерь мощности на корону и в проводах. Данный метод позволит оценивать текущий, среднесуточный и среднегодовой уровень потерь электроэнергии ВЛ, а также разработать технологию учета рассчитанных данным методом потерь мощности на корону в комплексах для расчетов установившихся режимов и путей их оптимизации.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Рассмотрение составляющих потерь электроэнергии в ЭЭС и существующие методы их расчета. Выполнение статистического анализа потерь электроэнергии в проводах ВЛ СВН, рассмотрение влияющих на их значения факторов.
Анализ чувствительности метода при измерении небольших значений потерь электроэнергии на корону (при повышенной влажности воздуха) и в проводах в режиме реального времени.
Исследование методической и инструментальной погрешностей, заложенных в программный комплекс (ПК) УИК алгоритмов определения нагрузочных потерь и потерь на корону в режиме реального времени.
Анализ эффекта снижения потерь электроэнергии на корону и в проводах ВЛ ЕНЭС при регулировании напряжения по данным УИК о текущих значениях потерь электроэнергии.
Определение максимального диапазона регулирования напряжения и возможного эффекта экономии мощности потерь на единичных ВЛ 500, 750 кВ. Определение диапазона регулирования напряжения и возможного эффекта экономии мощности потерь для сети 500 кВ объединенной энергосистемы (ОЭС) Средней Волги и части сети 750, 500 кВ объеденной энергосистемы Центра. Анализ возможности усиления эффекта экономии электроэнергии в результате замены в ОЭС Средней Волги существующих шунтирующих реакторов (ШР) на управляемые ШР.
Методы и средства исследования. При решении поставленных задач использовались методы математического анализа, анализа погрешностей в сложных системах с большим количеством измеряемых величин, методы расчета установившихся режимов и их оптимизации с помощью ПК КОСМОС, а также методы статистической обработки данных при анализе измеренных значений потерь электроэнергии.
Достоверность результатов работы подтверждается использованием проверенных методик, уравнений и программных комплексов, связанных с теорией статистического анализа данных, расчетов погрешностей измеряемых величин, а так же расчетов установившихся процессов и их оптимизации.
Научная новизна заключается в том, что впервые получены следующие новые научные результаты:
Показано, что при расчете нагрузочных потерь в алгоритме УИК целесообразно использовать уравнения, учитывающие волновые свойства ВЛ СВН.
Выявлено, что при определении нагрузочных потерь электроэнергии существенную долю погрешности составляет погрешность определения температуры провода.
Показана необходимость учета влияния на потери электроэнергии от коронирова-ния изменения напряжения вдоль линии для ВЛ, протяжённостью более 250 км.
Доказано, что погрешность определения текущих потерь на корону в плохую по-
году, равна значению инструментальной погрешности определения потерь на корону в хорошую погоду.
В связи с тем, что рассматриваемая методика оказалась нечувствительной к потерям мощности на корону при повышенной влажности воздуха, разработаны поправки в алгоритм ПК УИК, позволяющие интегрально учитывать потери на корону при повышенной влажности.
По данным, полученных с помощью УИК для отдельных ВЛ 500 и 750 кВ, а также сети 500 кВ ОЭС Средней Волги и сети 500 - 750 кВ ОЭС Центра показана эффективность регулирования напряжения для снижения потерь электроэнергии на корону и нагрузочных потерь в проводах фаз ВЛ.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
Анализ погрешностей рассматриваемого метода позволил оценить степень точности алгоритмов, используемых в ПК УИК, и сделать вывод о его применимости в промышленной эксплуатации.
Разработаны рекомендации по доработке ПК УИК с целью повышения точности определения текущих потерь на корону в В Л СВН. В связи с чем алгоритм ПК «УИК» был соответствующим образом доработан.
Результаты исследования показали, что для повышения точности рассматриваемого метода необходимо введение ряда дополнительных измерений, а именно температуры провода и влажности воздуха.
Показана эффективность регулирования напряжения для снижения потерь электроэнергии в реальных сетях энергосистем.
Анализ погрешностей измерений и вводимые уточнения позволяют использовать УИК для мониторинга текущих потерь электроэнергии в В Л 330 кВ и выше, а так же для проведения оперативных расчетов установившихся режимов, что подтверждается успешным использованием данных измерений потерь электроэнергии в ПК КОСМОС.
Основные положения, выносимые на защиту.
Методика определения текущих потерь мощности на корону и в проводах, с учетом чувствительности потерь на корону в период повышенной влажности, распределения параметров линии в схемах замещения, а также изменения напряжения вдоль линий электропередачи, протяженностью более 250 км.
Формулы и графические зависимости для определения погрешностей измерения суммарных потерь в ВЛ и их структурных составляющих по разности измеряемых по концам линии потоков активной мощности.
Результаты исследования погрешности алгоритма определения текущих потерь мощности на корону, заложенного в ПК УИК. Разработанные рекомендации по усовершенствованию алгоритма ПК УИК с целью повышения точности расчета нагрузочных потерь в ВЛ и потерь на корону можно использовать как при проектировании, так и при эксплуатации электрических сетей.
Результаты исследований диапазона регулирования напряжения на одиночных ВЛ 500 и 750 кВ и эффекта экономии потерь мощности по данным УИК.
Результаты исследований возможной экономии потерь мощности регулированием напряжения в однородной сети 500 кВ и сети 500 - 750 кВ при различных погодных условиях вдоль трасс ВЛ, как при использовании существующих средств регулирования, так и при замене шунтирующих реакторов на управляемые шунтирующие реакторы в однородной сети 500 кВ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 135 стра-
