Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие положения. Обзор публикаций по теме диссертации 13
І.1. Взаймосвязанные электромагнитные процессы в энергосистеме 13
1.2.Контроль КЭ при обязательной сертификации электроэнергии 18
1.3. Тенденции развития инструментального контроля КЭ 20
1.4.Системы автоматизированного мониторинга КЭ в Российской Федерации 27
1.5. Обеспечение КЭ системами сплошного мониторинга в зарубежных странах 33
1.6. Перечень и нормы ПКЭ при периодичном и непрерывном мониторинге КЭ 35
1.7. Выводы по главе 1 36
Глава 2. Оценка КЭ в энергосистеме 38
2.1. Методы оценки КЭ 38
2.2. Оценка КЭ в технологическом аспекте 39
2.3. Математические методы оценки. КЭ 41
2.3.1 Метод оценки КЭ в симметричной схеме при не линейно подключенной нагрузке 41
2.3.2.Метод оценки КЭ с несимметричными и несинусоидальными нагрузками 43
2.3.3. Метод оценки КЭ при определении допустимого влияния потребителя в ТОП. 44
2.3.4. Оценка КЭ через прирост потерь мощности 44
2.4. Экономические аспекты оценки КЭ 45
2.5. Выводы по главе 2 47
Глава 3. Исследование КЭ в электросетях высокого, среднего и низкого напряжения 48
3.1. Испытания КЭ в сопредельных электрических сетях разных субъектов энергетики по ходу передачи энергии от 220кВ до 0,4кВ 49
3.2. Контроль КЭ на шинах подстанций, питающихпромышленных потребителей 54
3.2.1. Контроль качества электроэнергии на высоком напряжении 54
3.2.2. Контроль качества электроэнергии на среднем напряжении 56
3.2.3.Контроль качества электроэнергии на низком напряжении 58
3.3. Взаимосвязь процессов происходящих в электросети высокого напряжения и влияние их на сети среднего и низкого напряжения 66
3.4. Нарушение КЭ, зарегистрированные в контрольных точках электросетей НН 68
3.4.1. Отклонение частоты 68
3.4.2. Установившееся отклонение напряжения 68
3.4.3. Несимметрия 69
3.4.4. Несинусоидальность 71
3.4.5. Провалы напряжения 72
3.4.6. Перенапряжение 75
3.5. Выводы по главе 3 77
Глава 4. Методика обеспечения качества электроэнергии от напряжения 0,4 кВ до 220 кВ yg
4.1. Теоретические положения разрабатываемой методики 78
4.2. Категории сечений контроля КЭ 81
4.3.Расстановка технических средств контроля КЭ по сечениям 86
4.4.Организация региональной автоматизированной системы контроля КЭ с входящими локальными системами go,
4.5 . Дифференцирование норм ПКЭ по сечениям и определение перечня контролируемых ПКЭ в сечениях 93
4.5.1.Перечень ПКЭ и их допустимые значения в Сечении 1 93 4.5..2.Перечень ПКЭ и их допустимые значения в Сечении 2 95 4.5.3.Перечень ПКЭ и их допустимые значения в Сечении 3 97
4.5.4.Переченъ ПКЭ и их допустимые значения в Сечении 4 100
4.5.5.Перечень ПКЭ и их допустимые значения в Сечении 5 100
4.5.6.Перечень ПКЭ и их допустимые значения в Сечении 6 101
4.5.7.Перечень ПКЭ и их допустимые значения в Сечении 7 103
4.6.Пределы допустимых погрешностей АСККЭ 103
4.7. Экономическая эффективность АСККЭ 104
4.8.Преимущества и недостатки предложенной методики 104
4.9. Выводы по главе 4 105
Заключение 107
Список использованной литературы 109
Приложения 118
- Взаймосвязанные электромагнитные процессы в энергосистеме
- Оценка КЭ в технологическом аспекте
- Теоретические положения разрабатываемой методики
- . Дифференцирование норм ПКЭ по сечениям и определение перечня контролируемых ПКЭ в сечениях
Введение к работе
С выходом Постановления Правительства Российской Федерации № 526 «О реформировании электроэнергетики Российской Федерации» от 11 июля 2001 года, прошла реструктуризация ОАО РАО «ЕЭС России» с разделением вертикально интегрированной отрасли на естественно-монопольные независимые компании, осуществляющие на рынке электрической энергии и мощности в России деятельность по одному или нескольким направлениям.
На региональном уровне произошло дробление АО-энерго на части. Разделились электросетевые организации (ЭСО) по уровням напряжения: Федеральная сетевая компания, Территориальная сетевая компания, Муниципальные электрические сети. Организовалась биржа оптового рынка электроэнергии - Администратор торговой сети. Отошли от АО-энерго диспетчерские, сбытовые и ремонтные услуги. Региональные энергосистемы — это естественные монополии в пределах административных территорий, на которые возложена вся ответственность за энергоснабжение. Разделение региональной энергосистемы на виды бизнеса - это потеря единства контроля и управления [92].
До реорганизации энергетики ответственность за бесперебойное и
качественное электроснабжение лежала на энергокомпаниях, управляющих
централизованной передачей и распределением энергии [2]. После
реформирования ответственность за качество электроэнергии (ЭЭ) перешла к многочисленным субъектам рынка, которые имеют, как правило, частную форму собственности. При этом в соответствии с федеральным законом «О техническом регулировании», контроль за безопасностью товара остается за государством [3].
Электрическая энергия, поставляемая потребителям по договорам, выступает как товар, который при его использовании может быть опасным для энергетического, промышленного, бытового оборудования и может причинить вред окружающей среде, жизни и здоровью потребителя [4,8].
До недавнего времени со> стороны энергоснабжающих организаций, вопросам контролюй обеспечения*качества электрической энергии достаточного-внимания» не уделялось. Причина. - монополизм при поставках электрической энергии и отсутствие законодательной базы для эффективного применения механизма взаимоотношений. На данный момент, система взаимоотношений* между субъектами, оптового* w розничного рынка, а также нормативные- и методические документы, договорная1 база не обеспечивают стимулирование процессов отслеживания параметров качества электрической энергии (ИКЭ), и управления ими*от места генерации до промышленного потребителя^ [2^8].
Все технологические события-связаны в единой энергосистеме. Субъекты
оптового рынка поставляют достаточно' качественную- электроэнергию в
пределах норм* по частоте, напряжению, синусоидальности и симметрии* [1]. И
сетевые организации вносят незначительные искажения в показатели качества
электроэнергии * (ПКЭ). Однако, они, вместе с электроустановками
промышленных и прочих потребителей являютсяшзаимозависимыми элементами энергосистемы^ [6].
В процессе реструктуризации, должны были быть, построены взаимоотношения^ между субъектами* рынка электрической энергии и мощности с учетом- надежного и бесперебойного энергоснабжения электропотребителей, обеспечения > баланса между исполнением- интересов собственников компании, государства и промышленных потребителей электроэнергии [7,8]. Однако, на данном этапе реформирования энергетики», остался нерешенным целый комплекс организационных, методических и режимных проблем взаимодействия вновь созданных субъектов энергетики и промышленных потребителей.
По результатам периодических (единичных, сертификационных,
инспекционных) измерений- в ограниченных контрольных точках
разветвленной электросети за ограниченное время, невозможно обеспечить стабильности КЭ и достоверности о соответствии качества в системах электроснабжения.
Контроль КЭ счетчиками в- автоматизированных информационно -измерительных системах контроля и учета электроэнергии (АИИС, КУЭ), не позволяет сопоставить результаты измерений с требованиями ГОСТ 13109-97.
Наблюдение за КЭ в непрерывном режиме специальными приборами показалось полезным, только единичным, ЭСО, а в большинстве,, небольшим промышленным потребителям (1111). При этом автоматизированные системы на приборах КЭ;:выполненные на одном типе прибора с определенными функциями; совмещаются с системами- учета (АИИЄ КУЭ)',. либо с системами управления; производством (АСУТП). Эти системы организовываются без обмена информацией по ПКЭ с сопредельными электросетями.
Результаты измерений- КЭ в отдельно взятом; субъекте часто показывают нарушение установленных требований. Но помехи: не . имеют локального характера;, и полученная измерительная информация остаются; бесполезной. Эти методы контроля; не ' достигают цели контроля, не: гарантируют стабильности КЭ ни у самого объекта контроля; и тем более, в* сопредельных ЭС.
Проблема отсутствия- непрерывного контроля КЭ . усугубляется
обострением технологических взаимоотношений по регулированию режимов, при отсутствии разграничений прав, обязанностей и ответственности за поддержание обоснованных ПКЭ*в единой системе: электросетевые организации всех уровней напряжения - промышленный потребитель.
Контроль и- анализ ПКЭ специализированными техническими' средствами, а
также определение виновной стороны с, помощью автоматизированных систем,
является наиболее актуальной и вместе с тем отстающей от потребностей рынка
электроэнергии. [93]., ; .
Актуальность проблемы качества электроэнергии обуславливается
получением непрерывной оперативной информации текущих ПКЭ
диспетчерскими службами любого уровня для контроля и управлениярежимом и КЭ в регионе. Кроме того, актуален контроль товарной ценности энергии, как продукции, при обращении ее на оптовом и розничном рынке осуществлять в постоянном режиме. Особенно важно контролировать ПКЭ5 в точке отчуждения
8 энергии, так как ее параметры влияют на достоверность его количественного учета.
Решение этой проблемы видится в разработке технологии обеспечения КЭ в сопредельных электросетях в регионе от напряжения 0,4 кВ до 220 кВ, с обеспечением^ одновременного непрерывного контроля и управления ПКЭ в масштабе реального времени.
Организация одновременного мониторинга и управления КЭ обеспечит субъектов оптового и> розничного рынка полной и своевременной информацией о качестве ЭЭ, о достоверности его количественного учета, об электромагнитной совместимости электросетей с промышленным и бытовым оборудованием. А также будет способствовать разграничению ответственности за уровень вносимых помех, в нарушение требований технических регламентов, стандартов или договорных условий.
Актуальность темы
Некачественная энергия* создает серьезные проблемы в электроэнергетике России. Ухудшение качества электрической энергии приводит к нарушению функционирования технических средств, подключенных к электрической сети, и определяется соотношением между уровнями электромагнитных помех, возникающих из-за отклонения напряжения, частоты и формы синусоидальности кривой напряжения в сети от установленных значений и уровней устойчивости технических средств к электромагнитным помехам. Энергоемкость ВВП России выше уровня развитых стран в 2,5 - 3 раза при снижении рентабельности [2]. В то же время происходит отрицательное воздействие на экологическую обстановку.
Процессы в энергосистеме стали более взаимосвязанными. Искажения ПКЭ
распространяемые промышленными потребителями в электросети с одной
стороны и выход из строя любого компонента энергосистемы с другой стороны-
становится очень серьёзным нарушением работы всей системы. Приходит время
энергопредприятиям опасаться непредсказуемых развитии аварий в
электрической сети от мощного влияния неоднозначных нагрузок промышленных
потребителей. Электромагнитная ситуация.в единой ЭС в полной мере влияет на увеличение потерь в элементах сетей у всех субъектов-оптового и розничного рынка. При этом уменьшается срок службы оборудования; увеличиваются количество и тяжесть аварий, травматизм, снижается надежность и-экономичность работы, и как результат, понижается эффективность производства [42].
Одновременный автоматизированный мониторинг в разных субъектах
региона - это шаг для первого знакомства с проблемой КЭ и описание состояния
единой системы-' энергоснабжения и потребления, выявления тенденции
изменения, контрольных параметров во<> времени, обеспечивающий-
предупредительныйлрогноз для электроустановок^всех напряжений-[47].
Организация единой системы АСККЭ^ на* всех субъектах региональной энергетики при раздельной ее* организации, сможет обеспечить упреждающую эксплуатацию, уменьшить вероятность техногенных аварийшо. непредсказуемым сценариям [47]. Одновременным решением-коммерческих и' производственно — технологических задач возможна организация и управление субъектами рынка электроэнергии.
Обзор научных публикаций по выбранной тематике показал, что эти вопросы решены только в части автоматизированного контроля'КЭ'в»единичных электросетевых и промышленных организациях* без внедрения контроля и управления, в сопредельные сети. Поэтому разработку методики обеспечения качества электроэнергии от 220 кВдо 0,4 кВ следует признать актуальной.
Цели и задачи диссертации
Основной целью диссертации является разработка методики и модели единой АСККЭ В'регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением ПКЭ.
Достижение конечной цели диссертации осуществляется путем последовательного решения следующих задач:
Проведение исследования КЭ на объектах энергетики и в электросетях промышленных предприятий в разных регионах страны.
Разработка методики и модели единой АСККЭ в регионе с одновременным, непрерывным контролем и управлением ПКЭ на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ.
Определение сечений контроля КЭ, объединенные общими требованиями, перечня ПКЭ и их значений в контролируемых сечениях.
Выбор и расстановка технических средств, при одновременном мониторинге КЭ в сопредельных электросетях, исходя из необходимых метрологических требований и уровня достаточности контроля.
Определение области возможного применения разработанной методики, разработка четких инструктивных материалов по ее использованию при проектировании и организации мониторинга КЭ в сопредельных электросетях.
Положения, выносимые на защиту
Методика определения сечений контроля КЭ в сопредельных электросетях, объединенных общими требованиями.
Модель единой автоматизированной системы контроля качества электроэнергии (АСККЭ) в регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением ПКЭ, с расстановкой технических средств контроля КЭ.
Методика определения перечня ПКЭ и их значений в контролируемых сечениях.
Научная новизна
Разработана методика определения сечений контроля КЭ в регионе, объединенных общими требованиями.
Разработана модель единой автоматизированной системы контроля качества электроэнергии (АСККЭ) в регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением ПКЭ, с расстановкой
технических средств контроля КЭ.
3. Разработана методика определения минимально достаточного перечня ГЖЭ и их значений в контролируемых сечениях.
Практическая ценность работы и ее реализация
Разработанная методика может быть рекомендована для пилотного регионального проекта мониторинга КЭ одновременно в электросетях энергопредприятий и промышленных электросетях либо бытовых потребителей от напряжения от 0,4 кВ до 220 кВ.
Результаты непрерывного мониторинга КЭ в сопредельных электросетях могут быть использованы для решения задач оперативного управление КЭ и выявления источников искажений в реальном времени.
Товарную ценность энергии, как продукции, при обращении ее на оптовом и розничном рынке, можно будет контролировать в непрерывном режиме и тем более осуществлять контроль в месте ее отчуждения.
Достоверность результатов
Достоверность результатов базируется на фундаментальных положениях общей теории электротехники, с учетом практического опыта эксплуатации объектов электроэнергетики, теории кондуктивных помех в полосе частот от 0 до 150 кГц. Достоверность результатов подтверждается корректностью исходного материала, корректным использованием апробированных методик.
В процессе исследований использовались: методы расчета и анализа установившегося режима электросетей; теории электрических цепей, теория математического моделирования.
Публикации и апробация работы Научные и практические результаты и основное содержание работы отражены в 6 публикациях в научно-технических журналах и материалах
12* конференций,- а также докладывались и обсуждались на научных- семинарах^ кафедры, электроснабжения промышленных предприятий МЭИ (ТУ)-
Структура и объем работы-
Диссертационная работа состоит из введения; 4 глав, заключения,1 списка литературы и приложений. Общий- объем 117 страниц основного1 текста, 42 иллюстраций, 22 таблицы. Список использованной литературы включает в себя* 93 наименований:
Во, введении обосновывается актуальность работы, сформированы цели- и задачи диссертации; охарактеризована ее структура, показана научная новизна работы и ее практическая ценность, представлены основные положения, выносимые на-.защиту.
В первой, главе ' приведены общие положения и^ обзор технической литературы по теме диссертации. Проведен анализ существующих методов и, технических средств контроля' качества электроэнергии.
Во второй главе определены оценки-- технологических, математических, экономических аспектов качества электроэнергии.
В- третьей главе Проведен анализ измерений КЭ, проведенных в сопредельных электрических сетях разных субъектов- энергетики» по ходу передачи напряжения от 220 кВ до,0,4 кВ. Установлено влияние искажений ПКЭ при. подключении средних и мелких примышленных потребителей на электромагнитную совместимость электросетей высокого» среднего- и низкого напряжения:
В четвертой-главе приведена и описана методика-единой АСККЭ в регионе на напряжение* от 0,4 кВ до 220 кВ1 с одновременным и непрерывным контролем-, и управлением ПКЭ. Введены категории сечений, контроля КЭ и обоснована расстановка технических средств измерения по сечениям. Разработана модель многоуровневой < структурной схемы АСККЭ. Произведено дифференцирование норм ПКЭ по сечениям и определены перечни и значения контролируемых ПКЭ в сечениях.
В заключении сформулированы основные выводы и результаты.
Взаймосвязанные электромагнитные процессы в энергосистеме
Качество электрической энергии (КЭ), характеризуется электромагнитной совместимостью для кондуктивных электромагнитных помех электросетей субъектов оптового розничного рынка и оборудования промышленных потребителей, При передаче электроэнергии как товара, от продавца к покупателю должно обеспечиваться соответствие установленных технических регламентов и стандартов масштабе реального времени [4].
В1-Европейском Союзе (ЕС) был принят ряд директив, устанавливающих обязательность-выполнения- требованшгэлектромагнитной совместимости (ЭМС). В результате выполнения этих- директив в ЕС за 15 лет были приняты нормативные документы в области ЭМС (стандарты EN). Европейский стандарт 50160 определяет качество напряжения как «характеристики питающего напряжениЯ Относительно частоты, амплитуды, формьъ сигналами симметрии фаз». Обычно качество напряжения определяется на стороне потребителя [4, 12:14].
Для сети общего назначения установлено [1] одиннадцать контролируемых параметров качества электроэнергии (1ЖЭ) и шесть вспомогательных параметров электрической энергии. Часть ПКЭ полностью зависят от энергосистемы. Например, отклонение частоты является системным показателем и поддерживается средствами регулирования частоты № мощности на электрических станциях и соблюдается в Единой энергетической системе согласно [15; 49] даже жестче, чем требования [1]. Однако на этот показатель особое влияние может оказать мощная нагрузка промышленного потребителя, аварийное включение и отключение которой может раскачать энергосистему [7].
Установившееся отклонение напряжения является локальным показателем КЭ. Регулирование уровня данного показателя может осуществляться как на электрических станциях при производстве (изменение тока возбуждения), так и на энергопредприятиях при транспортировке и распределении электрической энергии (изменение коэффициента трансформации, силовых трансформаторов, с помощью ВДТ, линейных регуляторов). Однако, и потребители электроэнергии» (ЭЭ), располагающие средствами регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности, могут оказывать воздействие на режим напряжения в электрической сети [18-20,44]. В"рыночных условиях контроль напряжения, сети является5 сложной- задачей в связи с размыванием ответственности между организациями: генерирующими, передающими, торговыми и регулирующими, потребляющими [10,23].
Бесспорно, основные проблемы с отклонениями напряжения возникают в распределительных сетях, которые, как правило, являются муниципальными, (городскими, коммунальными). При этом режим напряжения обеспечивается сезонно переключением без возбуждения (ПБВ) трансформаторов 6 - 10/0,4 кВ, с заведомо завышенным уровнем для «запаса» [9]. Это приводит к увеличенному потреблению активной и реактивной мощности и увеличенному расходу энергии без1 повышения объема выпускаемой продукции и улучшения условий труда.
Суточное регулирование напряжения возможно только в центрах питания (ЦП), где производится регулирование напряжения с помощью РПН для всей присоединенной сети. Проблема и в том, что ЦП принадлежат разным субъектам энергетики, а подключенные к ЦП трансформаторные подстанции и фидеры, имеют разную5 ведомственную принадлежность и собственников. А промышленные потребители управляют средствами регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности без учета электромагнитной ситуации в сопредельных электросетях [10].
Существующая в настоящее время система взаимоотношений между разными субъектами энергетики не обеспечивает стимулирования процессов регулирования напряжения для конечного потребителя [2,9]. Поэтому заставить смежные сетевые организации взаимодействовать в поддержании определенного режима напряжения для всей присоединенной сети достаточно проблематично. Искажения остальных ГЖЭ, создаваемые синхронными генераторами и силовыми трансформаторами, другими элементами электросетей, малы и не оказывают существенного влияния на систему электроснабжения.
Основными виновниками, искажающими КЭ в общей системе электроснабжения, такими как размах колебания напряжения и частоты, коэффициент несинусоидальности формы кривой напряжения, коэффициенты несимметрии напряжения основной частоты, являются потребители, электроустановки которых являются источниками электромагнитных возмущений и искажают параметры напряжения и тока [6].
Главной причиной искажений кривой напряжения являются промышленные приемники: вентильные преобразователи, электродуговые сталеплавильные и рудотермические печи, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, индукционные печи, электронные технические средства, газоразрядные лампы [22,62]. Требование более высокого к.п.д. оборудования промышленных предприятий привело к увеличению числа регулируемых электроприводов и шунтирующих конденсаторов.
Колебания напряжения вызываются резким изменением промышленной нагрузки на отдельном участке электрической сети. Источниками колебаний являются мощные электроприёмники с импульсным, резкопеременным характером потребления активной и реактивной мощности: дуговые и индукционные печи; электросварочные машины. Включение асинхронных двигателей (например, привод реверсивных прокатных станов) с большой кратностью пускового тока, при пуске, сопровождаются толчками активной и реактивной мощности. Тиристорные преобразователи для печей сопротивления, дуговые сталеплавильные печи (ДСП) имеют частые отключения, число которых достигают десяти и более в течение одной плавки, при этом возникают эксплуатационные толчки тока [22, 83].
Оценка КЭ в технологическом аспекте
Целым рядом авторов технологические аспекты оценки качества ЭЭ представляются ухудшением эксплуатационного состояния отдельного взятого оборудования в результате накопления разрушающих факторов при некачественной энергии по каждому показателю качества электроэнергии отдельно [20,22,23,26]. Влияние КЭ на некоторое технологическое оборудование, представлено в следующих примерах:
Недостатком; технологического? аспекта, оценки КЭ? через; расчеты по ухудшению эксплуатационного состояния отдельного взятого оборудования является- то; что в результате получаем чисте теоретические заключения; Практически в условиях производстваданныш метод не дает никакой информации на любой?момент времени?о фактическом состоянии:оборудования:и поэтому- не: целесообразен.;
Математические методы оценки КЭ? , 2.3Ш. Метод І оценки? КЭ в симметричной схеме при нелинейно подключенной нагрузке Математический метод, оценки КЭ при нелинейной? нагрузке в. системе энергоснабжения: [90]? рассматривается при- использовании активных преобразователей» частоты и установлении зависимости ПКЭ от характеристик и режима- двигательной нагрузки. Решение задачи- обеспечениям необходимых, энергетических показателей; сводится к определению; полной МОЩНОСТИ; , подсистемы. . Мгновенная- мощность подсистемы определяется? произведением мгновенных; значений? напряжения и тока на; входе системы,, равна- скорости поступления электромагнитношэнергии-вгданный момент времени ис изменяется в, течение периода; переменного тока по амплитудеи знаку. В общем-случае полная мощность: 8 = Щ;1:Л (2.8:) : Полная (кажущаяся) мощность больше фактически, передаваемой; нагрузке активной мощности,, из-за существования неактивных составляющих мощности, которые не: создают полезного эффекта и приводят к увеличению потерь в питающей сети. Представлены;три;неактивные составляющие полной/мощности: реактивная мощность (Q); или мощность сдвига;, мощность искажении; (Т) и : мощность несимметрии (Н). Полная мощность S и мощность искажений
Реактивная мощность или мощность сдвига Q; связывается со сдвигом по фазе основной гармоники тока относительно напряжения питающей сети. Вследствие сдвига основной гармоники тока появляется реактивная составляющая тока, которая не участвует в передаче активной мощности нагрузки, так как среднее значение мгновенной мощности за период, обусловленное этой составляющей тока, равно нулю. Мощность искажений Т, авторами считается составляющей реактивной мощности, обусловленной высшими, гармониками тока. В симметричной системе мощность несимметрии равна нулю.
При изменении нагрузки потери изменяются пропорционально квадрату нагрузки. Коэффициент полезного действия (КПД) подсистемы характеризуется потерями активной составляющей полной и кажущейся мощности S и определяется, как отношение активной мощности отдаваемой в нагрузку Р,шгр к потребляемой активной мощности от сети Р: КПД = - (2.11) Преимуществом является то, что при корректном создании расчетной модели, можно оценить влияние преобразователей частоты на ПКЭ в ограниченной части электросети с возможностью управления потоком электроэнергии от источника к искажающему приемнику. Недостатком метода является то, что требуется трудоемкий расчет во временной и частотной областях с анализом составляющих полной кажущейся мощности. Для реализации этих расчетных моделей необходимы специализированные интегрированные пакеты и специальные разработанные измерительные схемы. При этом ПКЭ будут определяться только в трехфазных симметричных системах. 2.3.2. Метод оценки. КЭ с несимметричными и несинусоидальными нагрузками Метод оценки энергетических характеристик произведен для электроприемников, применяемых в черной металлургии, в машиностроении, сельском хозяйстве, в химической и легкой промышленности [90]. Данный метод применен для электросетей, питающих электротермические установки (ЭТУ), работающие в несимметричных режимах. Несимметричную трехфазную систему токов Ід І в 1с раскладывается на симметричные составляющие токов прямой обратной и нулевой последовательности. Установки ЭТУ работают без нулевого провода, нулевая составляющая отсутствует. Тогда полная S и искажающая мощность D в трехфазной трехпроводной системе имеет вид: Преимущество методики то, что методику расчета применяют как для одиночных несимметричных и несинусоидальных электроприемников, так и для групп при точном знании характеристик нагрузок, гармонического состава токов, потребляемой мощности и места их подключения. Представленная точность моделирования достаточна для задач оперативного управления. Недостатком является моделирование сложных систем электроснабжения, и разработка специальных приемов анализа задач большого объема информации, используя идеи упрощенного моделирования
Теоретические положения разрабатываемой методики
Промышленные предприятия (покупатели), получающие электроэнергию, как физическуюсубстанцию,; и» одновременно,, кактовар от субъектов оптового и розничного- рынка (продавцов) должны; получать, информацию о качестве электроэнергии (КЭ), соответствии ее установленнымгтехническим. регламентам; и. стандартами в- масштабе; реального времени на: основе оперативных, данных-поступающих от автоматизированных измерительных систем- посредством единошбазьг данных.энергосистемы: всех напряжений:. Вгработе(ГлаваЗ)1 приведены: результаты исследования-, двух, уровней:: распределительные сети: высокого напряжения т: сети внешнего электроснабжения потребителей; на; среднем: и низком напряжении: К поддержанию- параметров электросети: на; уровне ВШ относится требование динамической и статической устойчивости;: независимо-от режима; работы; и, воздействия: внешних условий? [1;5Ц;6,49];. На напряжение- 220 кВЕи ПО кВ питаются;! крупные промьішленньїе предприятия: Изменение; конфигурации ш степени резервирования? сетей электроснабженияша;СНш НЩ вносимые:искаженияшриемниками потребителей воздействуют на уровень,надежностиеэлектроснабженияш: КЭ локальной-группы потребителей:в-данномфайоне, пункте и конкретно каждого потребителя. Анализ: электрических сетей обоих уровней; показал, что общее число контрольных;, пунктов на; которых должно быть» организован контроль КЭ . значительно меньше вэлектросетиВЩ чем в электросетях более низких классов: напряжения: . .. -Для: создания и- работы, системы . автоматизированного мониторинга, организуем; её сквозной по ходу передачи- энергии;, по контрольным пунктам 220(410) кВ в; сети: высокого напряжения; далее в: сети среднего напряжения; 35(20;10;6,3) к&1 / на, шинах 0,4VKB! подстанций и на характерных, контрольных пунктах: в сети 0;38кВ. При; организации системы автоматизированного; контроля; качества электроэнергии; (А(ЖКЭ одновременно в разных субъектах энергетики, и/ промышленности вютдельном. регионе важным:является выполнение двух,задач: коммерческий: и технологический контроль КЭ; В; общем случае коммерческий ні технологический контроль КЭ« это маршрутизация;информациишо назначеник доступа: и: ее использования. Коммерческий контроль КЭ - это контроль постоянном режиме товарной? ценности? энергии, как, продукции,, при обращении»; ее на оптовом и розничном? рынке- ш в: месте" ее: отчуждения; в; точках: поставки, так-как: параметры электроэнергии, влияютна достоверность ее:количественного учета; Результаты коммерческой» информации; АСККЭ могут учитываться; при1 скидках: ишадбавкам; за электроэнергиюишредъявлятьсякак. претензии.
Коммерческий контроль; КЭ предлагается- строить, в соответствии с устоявшейся схемой электросетей и относительное небольшихколичествахточек контроля; как правило; это: точки! поставки электроэнергии и в фидерах электропитания?субабонентов;:. : Технические: средства , контроля» КЭ, устанавливаемые в. этих пунктах, потребуют ограниченного перечня1, функций, определяемых предпроектным исследованием- и по результатам: контрольных измерений. При организации коммерческого контроля; требуются? повышенные. метрологические характеристики, всех элементов,! системы: масштабных преобразователей (ТТ ш ТМ) приборов: КЭ, сетей передачи данных иустройствюбработки-информации.. Вопрос легитимности; иг достоверности; получаемой: на; основе измерений. информации коммерческого контроля,. станет определяющим в, выборе тех или иных технических средств контроля КЭ; поскольку такая? информации должна; лечь в основу определения стоимости обращаемой: и отчуждаемой энергии между субъектами энергетики, в том числе для промышленного предприятия. Технологический контроль: КЭ - это контроль технологических показателей качества; электроэнергии (ПКЭ); в том числе по критичным параметрам, отслеживание ухудшающих тенденций и формирование данных при выполнении функций, а именно: - определение источников электромагнитных возмущений, взаимосвязи помех в сети с графиками нагрузки потребления энергии, а также оценка и анализ возмущений и,их причин; - регистрация событий (провалов, перенапряжений, импульсов), ПереХОДНЫХ ПрОЦеССОВ Электросети КОНТрОЛИруеМЫХ уровней Напряжений И их анализ; - автоматизация процессов сбора, и обработки информации по ПКЭ в сопредельных электросетях региона; - функционирование системы дистанционного управления нагрузкой и режимом«в отношении ПКЭ; - оперативное управление режимом в отношении КЭи в интересах всех входящих подконтрольных объектов; Технологический, контроль КЭ организуется по выбранным критичным контрольным точкам на1 всех контролируемых субъектах в регионе, при концепции1 увеличения точек контроля и приближения их к месту электромагнитных проблем. Более полное информационное- исследование обеспечивается применением технических средств контроля КЭ с увеличенными функциональными возможностями. Результаты технологической информации используются для планирования мероприятий и инвестиций по повышению КЭ, как в энергопредприятиях, так и в электросетях промышленных предприятий. Структура системы для каждого объекта будет индивидуальна и организованна на различных типах приборов контроля ПКЭ с вариациями функций, с учётом особенностей электрической сети и интеграции- в сопредельные сети. Для построения единой системы мониторинга КЭ определяем обязательные и рекомендуемые точки контроля. Проводим унификацию сечений контроля «и для этого производим:
. Дифференцирование норм ПКЭ по сечениям и определение перечня контролируемых ПКЭ в сечениях
Работа энергосети в сечении 1 ассоциируется с понятием надежность1 и устойчивостью» по регулированию частоты» (активной мощности) и уровнем, напряжения (реактивной мощности) со стороны участников рынка и сетевых, компаний и КЭ контролируется» по этим параметрам в соответствие с «Методическими указаниями поsустойчивости энергосистемы» и приказом «О повышении качества первичного и вторичного регулирования частоты электрического тока-в ЕЭС России» [15,49].
Исходя из положений1 [16] требования к качеству электроэнергии (КЭ) применяются к установившимся режимам энергосистемы, которые характеризуются неизменными параметрами: медленные суточные изменения электропотребления и генерации, нерегулярными колебаниями мощностей, передаваемых по связям, работой, устройств регулирования частоты и активной мощности. На сечение 1 не могут быть конкретно применены требования ГОСТ 13109-97 так, как эти сети не относятся к сетям общего назначения, нет разбора мощности-потребителями, при этом фактические значения Ки? Ки(П) Кги, К0и, Pst в нормальных режимах не превышают ГОСТ 13109-97.
Согласно ГОСТ 21027-75 Надежность работы энергосистелш — это способность обеспечивать бесперебойность энергоснабжения потребителей и поддержание в допускаемых пределах показателей качества электрической энергии. По условиям обеспечения устойчивости энергосистем нормируются минимальные коэффициенты, запаса статической (апериодической) устойчивости по активной мощности в сечениях и по напряжению в узлах- нагрузки-. Динамическая устойчивость обеспечивается- для максимально допустимых перетоков в сечении, увеличенных на- амплитуду нерегулярных колебаний активной мощности в этом, сечении. Эти параметры включаются в перечень контролируемых. В качестве контролируемых могут использоваться значения углов между векторами напряжения по- концам электропередачи. Допустимые значения контролируемых параметров устанавливаются наг основании расчетов.
Соблюдение уровня частоты и напряжения в сечении 1« определяется расчетными коэффициентами и ПКЭ приведенными в таблице 4.1. Таблица 4.Г. Расчетные коэффициенты и допустимые ПКЭ контроля КЭ в сечении 1 Наименование коэффициента и параметр Расчетнаяформула изначение 1. Коэффициентзапаса статической (апериодической) устойчивости по активной мощности (КР) в сечении:где Рпр - предельный по- апериодической статической устойчивости переток активной" мощности в рассматриваемом сечении; Р — переток в сечении в рассматриваемом режиме, Р 0; АР - амплитуда нерегулярных колебаний активной? мощности в этом: сечениш (принимается, что под действием нерегулярных колебаний переток изменяется в диапазоне Р ± АР).Коэффициент запаса статической апериодической устойчивости по»активной мощности (Кр) в сечении, должен составлять не менее 0,2 в нормальном режиме. Рпр-(Р + ДРнк)КР= рпр 2. Значение амплитуды нерегулярных колебаний активной мощности:где Р„1, Pf& МВт, - суммарные мощности нагрузки с каждой из сторон рассматриваемого сечения. ДР -к j "1" 3"2т 1/Рн1+Рн2 Коэффициент К, д/ МВт , принимается равным 1,5 при ручном регулировании и 0,75 при автоматическом регулировании (ограничении) перетока мощности в сечении. Продолжение табл. 41i. , 3;Значения коэффициента запаса по напряжению (Ки):где- U —напряжение: ві узле в рассматриваемом режиме;: U -критическое напряжение:в,том же узле, ссютветствующееїгранице, статической устойчивости электродаигателей. к _ и-"У и и 4. Коэффициент запаса по напряжению (Кц) должен составлять в: нормальном режиме: не менее 0; 15 \ 5; Критическое.1 напряжение (и,ф) вузлахнафузкиЛЮ кВи выше принимается,; равным большей из двух величин:где Шнсрм - напряжение рассматриваемом :узле:нагрузкшпри нормальном режиме энергосистемьи 0j7-l!J„oM ИЛИ:;0,75-Шнорм 6. ішюнеше частоты Д Іщ- нормальное значение,- кратковременное максимальное- , ±0,05; ±0 2 4:5:21Перечень ПКЭ)и; их допустимьіе:знаяенияв: (Течении 2 Работа энергосети в; сечении X. в,отношении? надежности? wустойчивости-, определяется аналогичным образом как длясечения Г, в соответствие с m4l5:t и таблицейі 4.К Крупный промышленный: потребитель,, является1 источником; искажений ИКЭ . подсоединен; к энергосистеме: по- напряжению 110 кЩ; сети; которые; нельзя; отнести? к электросетям общего, назначения: Следует .отметить, что нормирование указанных БЖЭ»затруднено, так как; зависит от особенностей оборудования и технологического процесса1 конкретной: установки- В4этом! случае уровнизэлектромагнитной совместимостткондуктивныхэлектромагнитных помех . и; помехоэмиссии?,в сечении 2. рекомендуется? осуществлять в соответствие со . стандартамш Ж. 77 МЭК, w МЭК 61000-2 w сериш МЭК 61000-3V Нормы;; предлагается- утвердить/органам стандартизации на; региональном; уровне с использованием международных стандартов [40]. Для создания; с помощью АЄККЗ базы информации в сетях не общего . назначения используем, допустимые показатели ШСЭ в точке общего присоединения (ТОП), приведенных для напряжения 110 кВ и выше руководствуясь, ГОСТ 13109-97: Определение вклада искажающего промышленного потребителя в показатели ПКЭ В ТОП по критичным параметрам, вид контроля ПКЭ высечении
