Содержание к диссертации
Введение
1 Глубокий ввод высокого напряжения как элемент системы электроснабжения 10
1.1 Системы электроснабжения городов и задачи их проектирования 10
1.2 Особенности глубоких вводов высокого напряжения 14
1.3 Методы оптимизации параметров элементов систем электроснабжения городов 19
1.4 Оптимальные параметры глубоких вводов высокого напряжения и их реализация 24
1.5 Обоснование перехода к многокритериальной постановке задачи с учетом неопределенности исходной информации 29
Выводы по главе 34
2 Постановка задачи многокритериальной оптимизации параметров глубоких вводов высокого напряжения с учетом неопределенности исходной информации 35
2.1 Современное состояние науки в области решения оптимизационных задач в многокритериальной постановке с неопределенной исходной информацией 35
2.2 Алгоритм выбора оптимального решения по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации 42
2.3 Варианты развития системы электроснабжения города с применением глубоких вводов высокого напряжения 47
2.4 Исполнение глубоких вводов высокого напряжения 52
Выводы по главе 56
3 Оптимизационная модель глубоких вводов высокого напряжения 57
3.1 Формирование и обоснование системы частных критериев 57
3.2 Топологическая модель системы электроснабжения города с применением глубоких вводов высокого напряжения и ее параметры 66
3.3 Аналитические модели показателей потерь электроэнергии и суммарной длины кабельных линий 10 кВ 71
3.4 Аналитическая модель показателя дисконтированных затрат 77
Выводы по главе 82
4 Развитие электрических нагрузок систем электроснабжения как фактор неопределенности 83
4.1 Неопределенность исходной информации в оптимизационных задачах систем электроснабжения городов и способы ее снижения 83
4.2. Методы прогнозирования 86
4.3 Статистический анализ и обработка данных по развитию нагрузки глубоких вводов высокого напряжения 92
4.4 Математическая модель нагрузки глубоких вводов высокого напряжения. 98 Выводы по главе 104
5 Многокритериальная оптимизация параметров глубокого ввода высокого напряжения 105
5.1 Приведение многокритериальной задачи оптимизации к однокритери-альной 105
5.2 Выбор рациональных параметров с учетом неопределенности исходной информации 116
5.3 Рациональные параметры глубоких вводов высокого напряжения 124
5.4 Анализ значений рациональных параметров глубокого ввода 132
Выводы по главе 137
Заключение 139
Список литературы 141
Приложение
- Методы оптимизации параметров элементов систем электроснабжения городов
- Алгоритм выбора оптимального решения по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации
- Топологическая модель системы электроснабжения города с применением глубоких вводов высокого напряжения и ее параметры
- Статистический анализ и обработка данных по развитию нагрузки глубоких вводов высокого напряжения
Введение к работе
В XX веке, особенно в его второй половине, наблюдается интенсивный рост количества городов и городского населения, сопровождающийся интенсивной электрификацией коммунального-бытового хозяйства и промышленно-производственной сферы. При этом происходит существенное увеличение электрических нагрузок и электропотребления в жилых и административных районах городов, а также в промышленных зонах. Мировая статистика развития электроэнергетики показывает, что потребление электроэнергии в развитых странах мира в среднем удваивалось каждые десять лет. Указанные темпы роста обуславливаются с одной стороны - увеличением этажности застройки, являющейся следствием более рационального использования занимаемых и осваиваемых территорий, и с другой стороны - увеличением насыщения быта традиционными электроприемниками и появлением новых типов коммунальных электроприемников.
Так, в Москве в период с 2004 по 2010 год прогнозируется рост потребления мощности на 3,9 ГВт [119] (примерно на 35 % от уровня 1991 года). В 90-х годах XX века наблюдался в целом спад потребления электроэнергии. В последние годы XX века и первые годы XXI наметился рост потребления электроэнергии в непромышленной сфере (из-за изменений в экономике, стимулирующих развитие торговли, малого бизнеса и сферы услуг), в бытовом секторе за счет развития строительства жилых домов и загородных коттеджей и оснащение их энергоемкой техникой, а также за счет хищений электроэнергии [91]. В новых районах с жилой многоэтажной застройкой (20-25 этажей) крупнейших городов Российской Федерации поверхностные плотности нагрузок на шинах городских трансформаторных подстанций напряжением 10/0.4 кВ дос-тигают 30 МВт/км и более [41]. Для некоторых крупных городов Европы перспективные исследования ведутся с учетом электрических нагрузок до 100 МВт/км [141]. Развитие городов, как правило, сопровождается сооружением новых жилых районов, промышленных зон и т.п., что приводит к существенному росту городских территорий. Следствием чего является непрерывное увеличение мощностей отдельных агрегатов и суммарной мощности электростанций, повышение номинальных напряжений и пропускной способности линий электропередачи, совершенствование электрооборудования и интенсификация его эксплуатации.
При развитии системы электроснабжения городов определяющим являются величины нагрузок, перспективы и требования к качеству электроэнергии и надежности электроснабжения потребителей. В последнее время стали предъявляться также жесткие требования к экологическому фактору и технической эстетичности электроустановок.
Обеспечение развития комплексов потребителей требует строительства новых источников питания электроэнергией, располагающихся как вне территории городов, так и непосредственно в их центральных районах. В соответствии с требованиями современного градостроительства, а также с точки зрения санитарно-гигиенических условий, мощные электростанции не должны сооружаться на территориях крупных городов. Отметим, что требование сохранения биосферы и борьба с загрязнением атмосферы является одной из важнейших причин создания полностью электрифицированных районов города и выноса крупных теплоэлектроцентралей на окраины и за пределы городов [26, 137]. Таким образом, к крупным городам уже в настоящее время и особенно в будущем должно передаваться весьма большое количество электроэнергии от удаленных источников. По этой причине строительство линий электропередачи 10 (20) кВ от границ территорий до центральных районов города (сотни многокилометровых линий) не представляется возможным. При этих ограничениях возрастает роль источников питания в виде глубоких вводов высокого напряжения, реализуемых в большинстве случаев сооружением линий и подстанций в реконструируемых, существующих и вновь возводимых районах развивающихся городов [39, 111].
В первом десятилетии XXI века планируется построить на территории Москвы 13 подстанций глубокого ввода напряжением ПО кВ, 4 - 220 кВ, 2 -220/110/10 кВ. Из них ряд подстанций в связи с программой ввода жилья в Москве и на присоединяемых территориях будут построены на основе совместного финансирования (города и потребителей) [129].
Приведенные сведения позволяют сформулировать тезис о том, что осуществление глубоких вводов высокого напряжения является принципиально необходимым и перспективным направлением развития систем электроснабжения крупных городов, входящих в состав объединенных электроэнергетических систем. А, следовательно, возникает необходимость определения рациональных параметров глубоких вводов высокого напряжения.
Актуальность проблемы. В условиях существенного увеличения электрических нагрузок и электропотребления в городах возрастает роль источников питания в виде глубоких вводов высокого напряжения в связи с требованиями современного градостроительства и санитарно-гигиеническими правилами и невозможностью строительства линий (сотен многокилометровых линий) 10 (20) кВ от границ территорий до центральных районов города. Требование сохранения биосферы и снижения загрязнения атмосферы являются важнейшими причинами выноса крупных теплоэлектроцентралей на окраины и за пределы городов.
До последнего времени задачи оптимизации структур и параметров систем электроснабжения решалась по критерию минимума приведённых затрат без учёта динамики и неопределённости исходной информации в перспективе.
В последнее время наметилась тенденция усложнения задач оптимизации систем электроснабжения, основанная на достаточно полно разработанной теории принятия решений, которая позволяет осуществлять более обоснованный выбор по нескольким критериям в условиях неопределённости части исходной информации. Новая методика технико-экономической оценки инвестиционных проектов, утверждённая Минфином, Минэкономики и Госстроем РФ, также
предполагает осуществлять выбор лучшего решения по нескольким критериям с учетом неопределенности исходной информации и получить благодаря этому дополнительный эффект.
Система электроснабжения города - это большая система кибернетического типа с характерными для таких систем свойствами: динамикой развития, управляемостью, множеством целей функционирования и неопределенностью части исходной информации, для исследования которой требуется системный подход с учетом развития системы. Эти свойства подразумевают решение задач оптимизации для систем электроснабжения по многокритериальной модели с учетом неопределенности информации о влияющих факторах.
Задача оптимизации параметров элементов систем электроснабжения городов по многокритериальной модели с учётом неопределённости развития электрических нагрузок не решалась.
Цель работы заключается в разработке методики многокритериального выбора параметров глубоких вводов в системах электроснабжения городов с учётом неопределённости развития электрических нагрузок и получении на такой основе рациональных значений параметров глубоких вводов.
Реализация поставленной цели потребовала решения задач:
1. Разработки алгоритма многокритериальной оптимизации параметров систем электроснабжения городов с учётом неопределённых факторов.
2. Выбора и обоснования частных критериев оценки глубоких вводов, получение их аналитических моделей.
3. Анализа неопределенности развития электрических нагрузок глубоких вводов, обработки статистических данных по развитию нагрузок подстанций глубоких вводов и прогнозирования развития нагрузок.
4. Обоснования способа свёртки частных критериев в единый оценочный функционал и критерия выбора рациональных решений.
5. Анализа влияния многокритериальной постановки задачи с учетом неопределенности развития нагрузок, устойчивости и чувствительности рациональных решений к изменениям в исходных данных.
Методы исследования, используемые в работе, включают в себя методы теории вероятностей и математической статистики; методы теории принятия решений и исследования операций; методы теории статистических решений; методы теории систем.
Научная новизна работы:
1. Разработана методика многокритериального выбора параметров глубоких вводов в системах электроснабжения городов с учётом неопределённости развития электрических нагрузок.
2. Представлен алгоритм многокритериальной оптимизации параметров систем электроснабжения городов с учётом неопределённых факторов.
3. Выбраны и обоснованы частные критерии оценки глубоких вводов: минимум дисконтированных затрат, минимум потерь электроэнергии, минимум длины линий 10 кВ; получены их аналитические модели.
4. Проанализированы статистические данные по электрическим нагрузкам подстанций глубокого ввода в предшествующий период; в результате чего спрогнозировано развитие электрических нагрузок по линейному закону.
5. Получены рациональные значения параметров глубоких вводов при различных значениях поверхностной плотности нагрузки и расстояниях между опорной подстанцией, питающей глубокий ввод, и районом питания подстанции глубокого ввода, а также оценена их устойчивость и чувствительность к изменению влияющей информации.
Достоверность разработанной методики, полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается результатами вычислений на ПЭВМ, корректным использованием современного статистического материала, методов исследования и расчетом на конкретном примере.
Практическая ценность работы. Разработанная в работе методика позволяет обоснованно определять параметры глубоких вводов по многокритериальной модели с учетом неопределенности развития электрических нагрузок. Результаты выполненных исследований могут использоваться при проектировании систем электроснабжения городов и разработки нормативных материа ЛОВ.
Реализация результатов работы. Разработанная в работе методика многокритериального выбора параметров глубоких вводов в системах электроснабжения городов с учётом неопределённости развития нагрузки, а также полученные результаты и сформулированные рекомендации относительно рациональных значений параметров приняты и используются в ОАО "РОСЭП" при решении задач развития систем электроснабжения и их проектировании, что подтверждается актом внедрения от 14.03.05.
Апробация работы. Основные положения, теоретические и практические результаты работы докладывались и обсуждались на IX, X и XI международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, МЭИ (ТУ), соответственно 4-5 марта 2003 года, 2-3 марта 2004 года, 1-2 марта 2005 года) и на техническом совете в ОАО "РОСЭП" (28 февраля 2005 года).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в одной монографии, двух статьях, одном отчете о НИР и трех сборниках тезисов докладов.
Структура диссертации и её объём. Диссертация состоит из введения, пяти глав (с выводами по каждой главе), заключения, списка литературы и шести приложений. Работа изложена на 206 страницах. Основная часть 154 страницы, 2 таблицы, 16 рисунков. Библиография включает 172 наименования. Приложения содержат 52 страницы.
Методы оптимизации параметров элементов систем электроснабжения городов
Оптимизационные задачи рационального построения и развития любой системы электроснабжения можно решать двумя типами методов. В первом случае наилучшее решение находится сравнением показателей конкретных вариантов построения системы или отдельных ее элементов. Во втором случае наилучшее решение находится путем оптимизации системы в целом или ее отдельных элементов в общем виде на основе обобщенных аналитических моделей. Такой подход требует предварительного выявления закономерностей построения системы или формирования показателей ее отдельных элементов для определения обобщенных условий их построения и формирования.
При оптимизационных исследованиях систем электроснабжения в предыдущие годы в основном в качестве критерия оптимальности того или иного решения использовался минимум приведенных затрат. Для схем с различной степенью надежности затраты преобразуются в комплексный критерий с учетом ущерба от недоотпуска электроэнергии. Данный критерий комплексно учитывает затраты на сооружение и эксплуатацию энергетических объектов, универсален, достаточно разработан и широко применяется в практике проектирования [58, 74, 162]. Его математическая модель имеет следующий вид: где Ен - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; К - капиталовложения без учета их разновременности, И - ежегодные расходы; У -ежегодный ущерб от перерывов электроснабжения.
На основе данного критерия был проведен ряд оптимизационных исследований структур и параметров систем электроснабжения городов.
Метод первой группы - метод сравнения вариантов, часто используемый в практике проектирования, учитывает проектный опыт и инженерную интуицию. Данный метод позволяет учесть все специфические условия сравниваемых вариантов и в процессе решения дает практически необходимый результат при выполнении условия:
Недостатком данного метода является большая трудоемкость при расчетах, а также затруднение обобщения полученных результатов для других условий задачи. Число вариантов из-за трудоемкости расчетов принимается всегда ограниченным, и нет гарантии, что среди рассматриваемых вариантов учтен оптимальный. Методы второй группы - аналитические - представлены более широко.
Метод частных производных заключается в математическом описании зависимостей, отображающих физико-техническую и технико-экономическую сущность действительных взаимосвязей между параметрами электрической сети [41]. Составленные математические зависимости позволяют получить количественную связь параметров системы электроснабжения в самом общем виде. Функция приведенных затрат выглядит следующим образом: где АІ - константы, Я,- - параметры исследуемой сети.
Согласно данному методу, для определения минимума затрат находятся частные производные функции затрат, относительно оптимизируемых параметров: і = 1 ...m,m - количество оптимизируемых параметров.
Результаты обычно представляются в графическом виде, позволяющем наглядно иллюстрировать оптимальные значения параметров.
Данный метод является громоздким и сложным с точки зрения его математического решения. Поэтому в нём прибегают к некоторым допущениям, которые влияют на достоверность решения.
Ряд работ по оптимизации систем электроснабжения городов базируется на использовании метода критериального анализа [8, 40, 45, 71, 160]. Достоинствами метода являются возможность многопараметрической оптимизации, учета ограничений непосредственно в составе целевой функции и анализа тех нико-экономических показателей без конкретизации исходных данных. В качестве критерия оптимизации в этом методе используют приведенные затраты. Используя данный метод, возможно решить следующие задачи: 1. определить оптимальные параметры; 2. исследовать экономическую устойчивость затрат; 3. провести анализ чувствительности параметров к изменению исходных данных; 4. найти оптимальный вариант с учетом технических ограничений.
В качестве исходной применяется обобщенная целевая функция суммарных приведенных затрат
Алгоритм выбора оптимального решения по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации
Необходимость принятия решений всегда определяется наличием целей, которые должны быть достигнуты [10]. Одной из основных целей данного исследования является определение рациональных параметров глубоких вводов высокого напряжения.
Определив цели, лицо, принимающее решение (ЛПР) приступает к процессу принятия решения. Под ЛПР часто понимают различных людей, участвующих в процессе принятия решений: "владельца проблемы" (лицо, которое должно решать задачу и ответственное за принимаемое решение); лицо, принимающее решение, но не несущее ответственность за принимаемое решение; консультанта (аналитика, исследователя операций, операциониста) по принятию решений. Более обширная характеристика этих лиц, их отличие друг от друга подробно описаны в соответствующей литературе [84, 135 и др.]. В данном исследовании под ЛПР будет пониматься автор работы, выступающий в роли аналитика.
ЛПР можно охарактеризовать как человека или группу лиц, имеющих свои интересы и цели, которые служат мотивом для принятия решения. Основная роль аналитика в принятии решений - помощь лицу, принимающему решение, путем предоставления количественных или качественных оснований для принятия решения. Суть работы аналитика заключается в изучении существа и специфики решаемой проблемы, определении набора альтернатив, оценке их качества и сравнения между собой. Его работа завершается научно обоснованными рекомендациями по выбору наилучшей альтернативы. Само же решение будет принимать ответственное за это лицо.
Рассмотрев в совокупности литературу в области принятии решений и исследовании операций и учитывая опыт применения теории решения на практике, можно предложить следующий алгоритм решения оптимизационных задач в сфере электроснабжения по многокритериальной модели с неопределенными исходными данными. Охарактеризуем кратко на содержательном уровне основные этапы алгоритма выбора оптимального решения.
Альтернативные (как правило, взаимоисключающие варианты) решения рассматриваются как различные средства достижения целей. Альтернативы являются неотъемлемой частью задачи принятия решения. Следовательно, для существования самой задачи принятия решений необходимо иметь хотя бы две альтернативы. Иногда возможна альтернатива, заключающаяся в том, чтобы вообще не принимать никакого решения ("нулевое решение").
Может оказаться, что лучшее решение проблемы связано с новым взглядом на нее, т. е. с поиском новой альтернативы. Проблема выработки наиболее полного множества альтернативных вариантов является также одной из сложных проблем в процессе принятия решений.
Учитывая, что система электроснабжения имеет динамический характер, необходимо учитывать при рассмотрении вариантов развитие системы электроснабжения.
После данного этапа в распоряжении ЛПР оказывается матрица множества взаимоисключающих решений = {(pi, ..., р„,}, одно из которых ему необходимо принять.
Для каждой системы можно сформировать некоторое множество целей, достижение которых должна обеспечивать система. Оценка степени достижения принятых целей при принятии каждого из рассматриваемых в задаче вариантов производится на основе некоторых, заранее определенных критериев (мерил оценки), допускающих как количественное, так и качественное выражение. Всякая попытка формализованного анализа решения сложной проблемы требует обоснования критериев, применяемых для оценки степени достижения цели.
С учетом того, что задача выбора рациональных параметров систем электроснабжения принципиально является многокритериальной, и этот выбор не может быть произведен на основе лишь одного критерия.
К сожалению, приступая к анализу, ЛПР не получает готовый набор критериев. Процедуры определения критериев имеют по своей природе творческий характер. Поэтому невозможно установить такую процедуру, которая шаг за шагом вела бы к нужному набору критериев. И как показывает немногочисленный опыт решения оптимизационных задач в многокритериальной постановке, одним из самых важных вопросов является выбор и обоснование частных критериев оценки.
Как правило, оценка объектов системы проводится на основе моделей при некоторых обоснованно принятых допущениях. В результате удается создать математические модели частных критериев, позволяющие формализовать процесс принятия решений. В качестве частных критериев могут быть дисконтированные затраты, показатели надежности электроснабжения, качества электроэнергии и т.д.
Средой (или совокупностью состояний природы) является множество явлений и параметров, влияющих как на функционирование системы, так и на выбор решения. Как правило, они носят неопределенный характер. К одному из параметров, отражающих состояние среды, можно отнести электрическую нагрузку, которая увеличивается или уменьшается в соответствии с изменением процессов в обществе. После анализа неопределенности среды можно получить граничные значения интервалов и разбить их на подинтервалы. Таким образом, в распоряжении ЛПР оказывается матрица множества взаимоисключающих состояний 0 = {ви , 0п}, однако неизвестно, в каком конкретном состоянии находится (или будет находиться) среда или вероятность того или иного состояния природы.
Топологическая модель системы электроснабжения города с применением глубоких вводов высокого напряжения и ее параметры
Под топологической моделью города или его районов понимается схематическое изображение этих территорий с указанием расположения, формы, и размеров зон различного назначения, жилых районов и т.п. Топологическая модель систем электроснабжения городов или его зон, районов представляет собой схематическое изображение расположения источников питания электроснабжения, основных узлов (глубоких вводов, распределительных пунктов, трансформаторных подстанций и т.п.) и участков электрических линий, нанесенных на топологическую модель территории города.
Основным составом технической информации, которую можно получить из топологической модели системы электроснабжения города, являются характеристики [39]: - расположение источников питания; - расположение всех потребителей электроэнергии и электроприемников; - протяженность питающих и распределительных линий и сетей в целом. Указанные технические характеристики определяют капиталовложения в узлы и участки линий, потери электроэнергии и др., и поэтому существенно влияют на оптимальные параметры систем электроснабжения городов.
Вместе с тем реальные топологические модели городов и их систем электроснабжения обычно не могут быть непосредственно применены при обобщенных исследованиях целесообразного построения систем электроснабжения городов на основе математических моделей. Это связано с тем, что неправильные геометрические формы территорий не позволяют сформировать аналитические модели систем электроснабжения. Данные обстоятельства приводят к необходимости создания идеализированных топологических моделей территорий городов и их систем электроснабжения.
При построении идеализированной топологической модели электроснабжения города с применением глубокого ввода за первичную ячейку принимает ся район электроснабжения одной подстанции глубокого ввода. Форма и размеры идеализированной модели устанавливаются в соответствии с оригиналом и применением топологического эквивалентирования. В значительной части исследований топологическая модель района электроснабжения одной подстанции глубокого ввода принималась в форме квадрата [41, 42, 45, 143], реже прямоугольника или круга [40]. Помимо этого вводится еще одно существенное допущение - считаем, что по территории района электроснабжения нагрузка распределена равномерно с некоторым значением поверхностной плотности а [МВт/км , MB А/км ]. Как показали исследования предыдущих авторов, такое допущение справедливо. На этой основе принимается и то, что подстанции глубокого ввода распределены равномерно по территории города в соответствии с поверхностной плотностью нагрузки [40].
При переходе от реальной топологической модели к идеализированной должны соблюдаться условия: - равенство суммарных электрических нагрузок реальной и идеальной топологической моделей; — одинаковая протяженность линий сетей высшего, среднего и низшего напряжения.
Как показано в первой главе работы, значения параметров сетей одного напряжения существенно влияют на оптимальные параметры сетей другого. Особенно сильно влияние на элементы, связывающие сети различных напряжения. К таким элементам относятся и подстанции глубокого ввода. Но учет всех элементов в топологической модели существенно усложняют задачу оптимизации. В исследованиях, связанных с комплексной оптимизацией параметров систем электроснабжения [39], предлагается воспользоваться декомпозицией поставленной задачи. Под декомпозицией задач подразумевается сведение их к более простым задачам или элементам ранее решенных задач. Согласно данному принципу при фиксации параметров связи сетей различного напряжения система электроснабжения распадается на независимые подсистемы, чем и обеспечивается возможность оптимизации. Так, зафиксировав на оптимальном уровне значение мощности трансформаторных подстанций (элемент связи сетей среднего и низкого напряжения), включим в топологическую модель: сеть высшего напряжения (от источника питания до глубокого ввода), саму подстанцию глубокого ввода и сеть среднего напряжения (от глубокого ввода до трансформаторных подстанций).
На рисунке 3.1 представлена топологическая схема системы электроснабжения района города, получающего питание от подстанции глубокого ввода высокого напряжения.
Источник питания (как правило, районная подстанция) обычно находится на границе района или на некотором удалении L0, км, от нее.
Для городской системы электроснабжения, выполненной посредством глубоких вводов высокого напряжения (Ue), как уже упоминалось, считаем, что подстанции глубокого ввода равномерно размещены по площади города и пи-тают район площадью Fp, км , имеющего форму квадрата [45], и находятся на расстоянии около 30 % длины района от ближайшей к источнику питания стороны района [41]. Формой квадрата целесообразно воспользоваться, как наиболее простой геометрической фигурой. Подстанции глубокого ввода соединяются с источником питания кабельными линиями высокого напряжения.
Распределение электроэнергии от глубоких вводов производится магистральными кабельными линиями среднего напряжения (Uc), причем каждая линия питает одно и то же число трансформаторных подстанций, которые в свою очередь имеют одинаковые мощности и также равномерно распределены по территории района. Сеть низкого напряжения также выполняется однородной [45].
Согласно [74, 63] для кабельных линий ПО кВ всех сечений основным критерием выбора сечения являются условия нагрева кабельной линии в нормальном и послеаварийных режимах. Это объясняется завышенным значением экономической плотности тока, приведенной в ПУЭ [114], для напряжения ПО кВ и выше. В результате экономическая мощность больше допустимой по условиям нагрева.
Статистический анализ и обработка данных по развитию нагрузки глубоких вводов высокого напряжения
На основе первичной обработки предположений экспертов о развитии нагрузки глубоких вводов получено, что нагрузка подстанций глубокого ввода растет по зависимости близкой к -образной функции и достигает расчетного значения за 5 - 7 лет. Для исследования развития электрической нагрузки источников питания в виде подстанций глубокого ввода проведена систематизация статистических данных о динамике нагрузок одного из крупных городов России. При сборе информации по нагрузкам глубоких вводов необходимо было выбрать количество рассматриваемых подстанций из общего числа подстанций глубоких вводов, питающих потребителей города. Эксплуатируемые подстанции глубокого ввода имеют различные параметры: высшее напряжение ПО кВ, 220 кВ; среднее напряжение 110 кВ, 35 кВ или отсутствует; низшее напряжение 6 кВ и 10 кВ одновременно или только 10 кВ; мощности трансформаторов от 16 МВА до 63 МВА (при 110 кВ) и до 200 MB А (при 220 кВ). В результате анализа данных по подстанциям глубоких вводов можно заключить, что: - подстанции глубокого ввода с высшем напряжением 220 кВ работают, как правило, в режиме передачи мощности с высшего напряжения на среднее напряжение (110 кВ); нагрузка на стороне низшего напряжения у таких подстанций, как правило, относительно невелика (менее 20 %); - число таких подстанций менее 10 % от общего количества (чему есть разумное объяснение - высшее напряжение глубокого ввода 220 кВ может оказаться целесообразным при плотностях нагрузки (на шинах подстанций 10/0,4 кВ) 25 МВт/км и радиусе города не меньше 10 км [39]); - подстанции с трансформаторами мощностью менее 63 МВА достаточно старые (построены до 1975 года) и требуют реконструкции, в результате которой возможен перевод нагрузки на другие подстанции; - подстанции с двумя низшими напряжениями (6 кВ и 10 кВ) в основном про ектировались до 1980 года и с учетом общей тенденции перевода сети 6 кВ на напряжение 10 кВ, часть нагрузки таких подстанций может быть подклю чена к вновь сооружаемым подстанциям, то есть в современных условиях у таких подстанций нет закономерностей в развитии нагрузок.
Вышеприведенные сведения позволяют сформулировать следующие критерии отбора подстанций для данного исследования: - высшее напряжение 110 кВ; - низшее напряжение 10 кВ (подстанция 110/10 кВ); - трансформаторы мощностью 63 МВА, преимущественно применяемые в системах электроснабжения крупных городов. В результате использования этих критериев было отобрано 36 подстанций. Замеры нагрузок подстанций в период зимнего максимума (конец декабря месяца каждого года) приведены в Приложении 1 (таблица П1.1). Для наглядности анализа развития нагрузок глубоких вводов в Приложении 1 (рисунки П1.1 - П.1.11) приведены графики изменения мощности по годам. На статистический анализ возлагались ответы на следующие вопросы: 1. Есть ли закономерности в развитии нагрузок глубоких вводов? 2. Как изменяется загрузка подстанций с течением времени (развитие нагрузки)? 3. Когда достигается проектный уровень нагрузки 4. Через какое время после ввода в эксплуатацию начинает загружаться подстанция? 5. Как влияет характер нагрузки на ее развитие? Подстанции, которые начали набирать нагрузку в 2002 году, при статистическом анализе не учитывались. Нагрузки измеряются один раз в год в какое-то мгновение, в связи, с чем замер несет в себе большую субъективность (большая случайная погрешность). К тому же ранее было сказано, что на изменение нагрузки систем электроснабжения влияют множество социально-экономических факторов. Имея в распоряжении замеры нагрузки хотя бы за три года можно говорить о каких-то тенденциях. По двум замерам (2002 и 2003 годы) судить о каких-то закономерностях не представляется возможным. Как видно из статистического материала динамика нагрузки глубоких вводов различна.
Если определять кривые, аппроксимирующие развитие нагрузки для каждой конкретной подстанции в отдельности, то невозможно определить общие закономерности в развитии нагрузок и построить обобщенную математическую модель динамики нагрузки. В связи с этим предлагается при поиске закономерностей в развитии нагрузок все подстанции глубокого ввода разбить на несколько групп со схожими тенденциями набора нагрузки: - 1 группа - подстанции со спадом нагрузки: №№ 1 , 3, 6, 14. - 2 группа - подстанции с "быстрым темпом" развития нагрузки: №№ 4, 7, 8,9,10,24,33; - 3 группа - подстанции со "средним темпом" развития нагрузки: №№ 2, 3,13,15,19,24,29,31,32; - 4 группа - подстанции с "медленным темпом" развития нагрузки: №№ 5, 6,7, 11, 12, 16, 18,21,22,25,27,30; - 5 группа - подстанции с "нулевым" развитием нагрузки: №№ 17, 23, 26, 28, 34; - 6 группа - подстанции, начавшие набирать нагрузку после долго "нулевого" развития нагрузки: №№ 9, 20.
По типу нагрузки глубоких вводов выделены следующие группы: - с преобладанием промышленной нагрузки: №№ 6, 10, 14, 19, 24, 28; - со смешанной нагрузкой: №№ 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18,31,32,33,34,35; - с коммунально-бытовой нагрузкой: №№ 20, 21, 22, 23, 25, 26, 27, 29, 30, 36 Развитие нагрузки у некоторых подстанций можно разделить на несколько этапов. Так у подстанции № 9 был этап продолжительного отсутствия роста нагрузки и затем этап "среднего роста" нагрузки, у подстанции № 7 - "медленный рост" нагрузки и затем "быстрый рост" нагрузки, у подстанций № 3 и № 6 -рост нагрузки и затем спад нагрузки. Поэтому статистические данные этих подстанций учитываются в нескольких группах.
