Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ средств и методов управления качеством электроэнергии 12
1.1 Проблема качества электроэнергии и компенсации реактивной мощности 13
1.2 Способы и технические средства обеспечения качества электроэнергии 15
1.3 Показатели энергетической эффективности передачи, распределения и потребления электроэнергии и их связь с качеством электроэнергии 21
1.4 Проблемы согласования распределительных сетей ОАО «РЖД» с элементами распределенной генерации и накопителями энергии 31
1.5 Перспективы совершенствования управления качеством электроэнергии 35
1.6 Выводы 37
2 Разработка математической модели распределительной сети 40
2.1 Элементы электрической сети 41
2.1.1 Линия 42
2.1.2 Трансформатор 47
2.1.3 Нагрузка 52
2.1.4 Устройства регулирования напряжения
2.1.4.1 Трансформаторы с РПН 57
2.1.4.2 Вольтодобавочные трансформаторы 60
2.1.4.3 Устройства продольной емкостной компенсации 64
2.1.4.4 Батареи конденсаторов 69
2.1.4.5 Реакторы 73
2.1.4.6 Статические компенсаторы реактивной мощности
2.2 Математическая модель расчета распределительных сетей 80
2.3 Адекватность математической модели 93
2.4 Оптимизационные алгоритмы определения параметров режима с объектами управления качеством электроэнергии 101
2.4.1 Постановка задачи оптимизации 101
2.4.2 Оптимизация целевой функции 107
2.4.3 Анализ работы генетического алгоритма 113
2.5 Выводы 117
3 Управление качеством электроэнергии в распределительных сетях ОАО«РЖД» 120
3.1 Структура и алгоритм управления объектами электроснабжения 121
3.1.1 Оценивание состояния распределительной сети 123
3.1.2 Прогнозирование графиков нагрузки 125
3.1.3 Особенности управления параметрами режима для снижения потерь и повышения качества электроэнергии в темпе процесса 131
3.2 Требования к программно-аппаратным комплексам и техническим средствам контроля и регулирования параметров режима 132
3.2.1 Требования к программно-аппаратному комплексу 132
3.2.2 Требования к техническим средствам
3.2.2.1 Устройства регулирования реактивной мощности 135
3.2.2.2 Устройства регулирования параметров сети 137
3.2.2.3 Устройства продольно-поперечного включения 137
3.2.2.4 Накопители электрической энергии 138
3.3 Выводы 138
4 Апробация предложенных решений на действующих объектах 140
4.1 Характеристика распределительной сети железнодорожного узла 140
4.2 Моделирование участка электрической сети для оптимизации параметров режима 144
4.3 Выводы 148
5. Оценка экономической эффективности внедрения системы автоматического управления напряжением и реактивной мощностью
в ЭЧ-1 «Входная» 150
Заключение 157
Список использованных источников
- Способы и технические средства обеспечения качества электроэнергии
- Устройства регулирования напряжения
- Оценивание состояния распределительной сети
- Моделирование участка электрической сети для оптимизации параметров режима
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Несмотря на существенный прогресс в развитии систем учета, наблюдается практически повсеместный рост отчетных потерь электроэнергии и снижение ее качества в распределительных сетях железнодорожного транспорта, что в основном обусловлено следующими факторами: совершенствованием систем учета, техническими параметрами изношенных элементов сети; неоптимальными режимами работы; недостатком или полным отсутствием средств регулирования напряжения; отсутствием или неудовлетворительной компенсацией реактивной мощности; высокой неравномерностью графиков электрических нагрузок; влиянием внешней сети; увеличением установленной мощности нелинейных и несимметричных нагрузок; недостаточным финансированием программ технического перевооружения распределительных сетей.
В соответствии с «Энергетической стратегией холдинга «Российские железные дороги» на период до 2015 года и на перспективу до 2030 года» основными инновационными энергосберегающими техническими решениями и технологиями, на которые должна быть ориентирована железнодорожная энергетика на перспективу в части снижения потерь и повышения качества электроэнергии (КЭ) в распределительных сетях, являются применение современных устройств компенсации реактивной мощности, фильтр-устройств, накопителей электроэнергии и систем контроля.
В настоящее время уровень технической оснащенности средствами обеспечения КЭ и снижения потерь в ОАО «РЖД» крайне низок. Единственным способом регулирования напряжения является переключение регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой (РПН) на стороне высокого напряжения с сезонной периодичностью. В распределительных сетях 35 кВ и ниже полностью отсутствуют известные технические средства управления параметрами режима: устройства компенсации реактивной мощности, вольтодобавочные трансформаторы, реакторы, фильтры переменного тока, накопители. Таким образом, метод регулирования напряжения на основе поддержания заданных графиков в контрольных пунктах сети не в состоянии обеспечить уровень напряжения с учетом всех предъявляемых требований.
Для повышения энергоэффективности передачи и распределения электроэнергии за счет снижения потерь в распределительных сетях ОАО «РЖД» требуется внедрять адаптивные методы управления работой компенсирующих
устройств (КУ), управляемых средств регулирования напряжений, коммутационного и силового оборудования.
Значительный вклад в развитие методов оптимизации режимов энергосистем и распределительных сетей, повышения КЭ внесли такие ученые, как Аввакумов В. Г., Беркович М. А., Веников В. А., Жежеленко И. В., Железко Ю. С., Идельчик В. И., Карташев И. И., Лыкин А. В., Холмский В. Г., Черемисин В. Т., Шидловский А. К.
Повышение наблюдаемости и управляемости распределительной сети железнодорожного транспорта вызвано необходимостью согласования рассматриваемых сетей с элементами распределенной генерации и накопителями энергии.
Целью диссертационной работы является повышение качества и снижение потерь электрической энергии в распределительных электрических сетях железнодорожного транспорта за счет совершенствования методов управления напряжением и реактивной мощностью.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи.
-
Провести сравнительный анализ современных технических средств и методов управления напряжением, реактивной мощностью, другими параметрами режима и КЭ в распределительных сетях, обосновать применение адаптивных технологий управления объектами электроснабжения в распределительных сетях железнодорожного транспорта для повышения энергоэффективности передачи и распределения электроэнергии.
-
Разработать математическую модель распределительной сети железнодорожного транспорта для расчета и оптимизации установившихся режимов по напряжению и реактивной мощности при условии минимума потерь электроэнергии применительно к централизованным автоматизированным системам управления в реальном времени.
-
Разработать методы управления напряжением и реактивной мощностью в распределительной сети ОАО «РЖД», основанные на широком применении современных средств регулирования и централизованных систем автоматического управления.
-
Выполнить обоснование требований к программно-аппаратным комплексам и техническим средствам контроля и регулирования напряжения и реактивной мощности в распределительных сетях ОАО «РЖД».
-
Выполнить моделирование предложенных методов управления напряжением и реактивной мощностью в распределительной сети реальной системы электроснабжения железнодорожного транспорта и оценить их экономическую эффективность.
Методы исследования. В ходе проводимых исследований использовались теоретические и экспериментальные методы: теории электрических цепей; расчета электрических сетей; непосредственного натурного эксперимента; математической статистики; оптимизации методом генетического алгоритма; имитационного моделирования.
Большинство выводов и результатов работы получено с использованием средств вычислительной техники, прикладных пакетов математических программ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.
-
-
Разработана оптимизационная модель определения параметров состояния объектов управления напряжением и реактивной мощностью распределительной сети железнодорожного транспорта для снижения потерь и стабилизации напряжения.
-
Предложены и реализованы на модели методы управления напряжением и реактивной мощностью в распределительной сети ОАО «РЖД», основанные на широком применении современных средств регулирования и централизованных систем автоматического управления.
Практическая ценность исследования заключается в следующем.
-
-
-
Разработанная оптимизационная модель позволяет определять параметры состояния объектов распределительной сети железнодорожного транспорта для реализации управления напряжением и реактивной мощностью.
-
Предложенные методы оптимального управления напряжением и реактивной мощностью могут быть использованы при разработке пилотных интеллектуальных распределительных сетей ОАО «РЖД».
На защиту выносятся следующие положения и результаты.
-
-
-
-
Задача оптимизации, заключающаяся в снижении потерь электроэнергии и среднеквадратичного отклонения напряжения в распределительной сети железнодорожного узла за счет выбора оптимального положения РПН, изменения значений реактивной мощности КУ и активной мощности накопителей и элементов распределенной генерации в узлах, изменения топологии сети.
-
Методы управления напряжением и реактивной мощностью в распределительной сети железнодорожного транспорта, основанные на оптимизации параметров режима в реальном времени.
-
Требования к программно-аппаратным комплексам и техническим средствам контроля и регулирования напряжения и реактивной мощности в распределительных сетях железнодорожного транспорта.
4. Результаты моделирования предложенных методов управления напряжением и реактивной мощностью в распределительной сети Входнинской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги и оценка их экономической эффективности.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использовались при разработке энергосберегающих технологий и мероприятий по снижению потерь и улучшению КЭ в распределительных сетях Входнинской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на нескольких научно-технических, научно-практических конференциях различного уровня: «Идентификация, измерение характеристик и имитация случайных сигналов (состояние, перспективы развития)» (Новосибирск, 2009), «Проблемы развития железнодорожного транспорта» (Красноярск, 2009), «Энергоэффективность», «Ресурсосберегающие технологии на Западно-Сибирской железной дороге» (Омск, 2010), «Инновации для транспорта» (Омск, 2010).
Публикации. Научные материалы диссертационной работы опубликованы в одиннадцати печатных работах, две из них - в изданиях, включенных в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников из 73 наименований, одного приложения. Общий объем диссертации составляет 166 страниц, включая 67 рисунков и 11 таблиц.
Способы и технические средства обеспечения качества электроэнергии
Потери активной мощности в полностью загруженных двигателях, которые работают с постоянным моментом сопротивления, возрастают при снижении напряжения вследствие роста тока, который потребляется из сети. При росте напряжения эти потери уменьшаются. При продолжительном отклонении напряжения U = О,9/ном срок службы двигателя снижается вдвое. Изменения активных потерь в АД при повышении напряжения в пределах U = ±5 -10%/ небольшие (АР О,ОЗР ). HUM v J НОМ Увеличение потребления реактивной мощности при росте напряжения объясняется большими потерями ее на намагничивание стали машин.
Для механизмов с моментом сопротивления, пропорциональным квадрату частоты вращения, изменение частоты сопровождается изменением производительности. Момент АД пропорционален квадрату напряжения. Поэтому при снижении напряжения на зажимах АД и при снижении момента на 13-25%, двигатель может не запуститься или остановиться.
Отклонение напряжения влияет на значение потерь в электродвигателях, поэтому от повышения напряжения и загрузки электродвигателя зависит тепловое старение изоляции. Срок службы изоляции при увеличенном значении напряжения Тс, по сравнению со значением Гном при номинальном значении напряжения и загрузки, меняется обратно пропорционально квадрату коэффициента загрузки
Очевидно, что при К3 1 тепловое старение изоляции уменьшается. При увеличении напряжения срок службы изоляции сокращается и определяется уравнением: 7 7 Г \ (L4) (47(ДС/) -7,55AU + \)K где At/ - отклонение значения напряжения от номинального. Если уровень напряжения находится в нормированных границах, считают Т Т. ном с
При несимметрии напряжений в электрических машинах переменного тока появляются магнитные поля, которые вращаются не только с синхронной скоростью в направлении обращения ротора, но и с двойной синхронной скоростью в противоположном. В результате появляется тормозной электромагнитный момент. При этом увеличивается нагрев активных частей машины, главным образом ротора, за счет токов двойной частоты.
В АД при коэффициентах обратной последовательности напряжений, которые встречаются на практике (К2и 5...6%), снижение вращающего момента АД оказывается малым. В большей мере несимметрия оказывает влияние на потери в электродвигателе, нагревание и сокращение срока службы изоляции.
При работе АД с номинальным вращающим моментом и коэффициентом обратной последовательности напряжений, равным 4%, срок службы изоляции его сокращается приблизительно в 2 раза только за счет дополнительного нагрева. Если напряжение на одной из фаз будет значительно превышать номинальное значение, сокращение срока службы изоляции будет еще более существенным.
Высшие гармоники существенно влияют на изоляцию электрических машин, конденсаторов, а также на измерительные приборы и устройства автоматики. Искажение формы кривой напряжения активизирует появление и протекание ионизационных процессов в изоляции электрических машин и трансформаторов. При этом развиваются местные дефекты в изоляции, которые приводят к увеличению диэлектрических потерь и сокращению срока службы.
Синхронные двигатели (СД). Максимальный электромагнитный момент СД в широко распространенных схемах с вентильными и электромашинными возбудителями при неизменном токе возбуждения меняется пропорционально напряжению, что вызывает соответствующее изменение запаса статической стойкости двигателя. Потери активной мощности в СД увеличиваются с ростом напряжения в сети и загрузкам СД реактивной мощностью.
При несимметрии напряжений в сети наряду с появлением дополнительных потерь и нагреванием статора и ротора появляются опасные вибрации в результате появления знакопеременных вращающих моментов и тангенционных сил, пульсирующих с двойной частотой. При значительной несимметрии, вибрация может быть опасной, особенно при недостаточной прочности или наличии дефектов сварных соединений.
Дополнительные потери мощности в СД при несимметричной нагрузке вызывают появление местных (локальных) нагревов обмотки возбуждения, которое приводит к необходимости снижения тока возбуждения и тем самым уменьшает значение реактивной мощности, отдаваемой в сеть.
Согласно [39], продолжительная работа турбогенераторов и синхронных компенсаторов допускается при различии токов в фазах статора, не превышающем 10% номинального значения при условии, что ни в одной из фаз ток не превышает номинального значения.
Линии электропередачи и трансформаторы. Несимметрия напряжений не оказывает заметного влияния на работу воздушных и кабельных линий, в то же время нагрев трансформаторов и, соответственно, сокращение срока их службы могут оказаться существенными. В случае несимметрии токов трансформатора нагрев масла будет меньшим, чем при симметричной загрузке по фазам. Это объясняется более интенсивным охлаждением обмотки этой фазы, в случае когда наличие несимметричных нагрузок не ведет к появлению токов нулевой последовательности. Такие условия имеют место в сетях 6-10-35 кВ промышленных предприятий с изолированной или компенсированной нейтралью. При номинальной загрузке трансформатора и коэффициенте несимметрии токов равного 0,1, срок службы изоляции трансформатора сокращается на 16%.
Устройства регулирования напряжения
На практике применяют лишь частичную компенсацию (с 100%) реактивного сопротивления линии. Полная или избыточная компенсация (с 100%) в распределительных сетях, непосредственно питающих нагрузку, обычно не применяемся, так как это связано с возможностью появления в сети перенапряжений. Наиболее эффективно применение УПК для снижения отклонений напряжения на перегруженных радиальных линиях. УПК применяют не только для регулирования напряжения, но и для повышения пропускной способности линий [18].
Радикальным решением по расширению полосы пропускания трансформатора может являться применение продольного фильтра, включенного последовательно с трансформатором, работающего в индуктивном режиме для предотвращения резонансных явлений с желаемой передаточной функцией, реализуемой фильтром верхних частот. Предварительные эксперименты на физической модели и имитационное моделирование параметров режима и КЭ на зажимах трансформатора свидетельствуют о возможности детальной разработки и апробации таких устройств [49].
Продольные фильтры разрабатывается в соответствии с теорией синтеза фильтров: определяется схема и параметры всех элементов, которые необходимо иметь для получения заданной АЧХ и передаточной характеристики. Расчет параметров элементов синтезированного фильтра осуществляем лестничным методом реализации LC-цепи. Все нули и полюсы передаточной функции лежат на мнимой оси К (р)- РЯ = Р" 1 Рп + ъп_у+...+ъ]Р + ъ0 в{Ру По известным алгоритмам [50] синтезируемый фильтр верхних частот реализуется по первой форме Кауэра в виде лестничной LC-цепи первого порядка. Причем в качестве одного из элементов фильтра выступает индуктивность рассеяния трансформатора, в качестве другого емкость УПК (рисунок 2.17, в), что значительно снижает затраты на реализацию фильтра. R цп XL Схемы замещения элементов цепи питания: а - трансформатор; б - трансформатор и УПК; в - трансформатор и продольно-поперечное фильтр-устройство
Схемы замещения элементов цепи питания, нагрузки и устройств компенсации реактивной мощности и снижения колебаний частоты и напряжения представлены на рисунке 2.17. Расчет приведенных схем в среде Matlab Simulink позволяет получить АЧХ (рисунок 2.18), наглядно отражающие снижение входного сопротивления цепи питания в различных случаях.
Имитационное моделирование участка распределительной сети позволяет оценить степень улучшения качества электрической энергии, передаваемой потребителю, величину снижения потерь активной мощности.
Продольно-поперечное фильтр-устройство позволяет повысить качество передаваемой электроэнергии, уменьшить потери, обеспечить бесперебойный режим работы оборудования, повысить надежность центров питания в целом.
Конденсаторные батареи выпускаются в виде комплектных устройств, состоящих из параллельно и последовательно включенных конденсаторов, коммутационной и защитной аппаратуры (рисунок 2.19, а) [7]. ZBX
Амплитудно-частотная характеристика цепи питания: а - трансформатор; б - трансформатор и УПК; в - трансформатор и продольно-поперечное фильтр-устройство Увеличение рабочего напряжения БК достигается увеличением числа последовательно включенных конденсаторов. Для увеличения мощности БК применяют параллельное соединение конденсаторов [18].
Конденсаторные батареи, предназначенные для генерации реактивной мощности и, таким образом, повышения coscp в узлах нагрузки и у потребителей, называются косинусными и включаются по шунтовои схеме, т е являются устройствами поперечной компенсации [24]. В сетях трехфазного тока конденсаторы включаются звездой и треугольником (рисунки 2.19, би в). При соединении конденсаторов звездой или треугольником мощность батареи, квар: » 1 2 1 =i 2 =J M: a) N A-B-C =Ї=5Е Рисунок 2.19 - Схема соединения конденсаторов в одной фазе БК (а) и схемы соединения фаз Б К: в «звезду» (б) и «треугольник» (в) 2ir\3 QY=a)C W; 2ІЛЗ &=Зй СфСП0 , где Сф - суммарная емкость конденсаторов одной фазы, Ф; U -линейное напряжение, кВ.
Таким образом, при соединении конденсаторов треугольником мощность батареи оказывается в 3 раза выше. При напряжении до 1 кВ конденсаторы обычно включают треугольником. Соединение БК на напряжение 6 кВ и выше выполняется только по схеме звезды с изолированной или глухо заземленной нейтралью в зависимости от режима нейтрали сети, в которой устанавливаются БК.
Оценивание состояния распределительной сети
Совершенствование методов управления распределительными сетями в реальном времени предполагает реализацию новых алгоритмов и методик управления активными и пассивными элементами сети.
Современные распределительные сети железнодорожных узлов представляют собой сложные, многосвязные, пространственно разнесенные иерархические объекты, функционирующие в условиях переменности их структуры, параметров и режимов работы при многочисленных внешних и внутренних возмущениях как систематического, так и случайного характера. Режим работы сети характеризуется рядом параметров, которые можно изменять (регулировать). К их числу относятся: активные и реактивные нагрузки потребителей, нагрузки и токи линий электропередачи, напряжения в узлах эквивалентной схемы электрической сети, коэффициенты трансформации трансформаторов.
В качестве объектов управления параметрами режима выступают: - РГШ трансформаторов ПО, 35, 10 кВ; - устройства продольной емкостной компенсации; - поперечные компенсирующие устройства (плавно- и ступенчато регулируемые); - линейные регуляторы и вольтодобавочные трансформаторы; - устройства FACTS; - источники распределенной генерации; - накопители энергии; - коммутационные аппараты. Оптимизация режима сети, направленная на улучшение одного из параметров, что имеет место при одноцелевой оптимизации, неизбежно вызывает ухудшение других. Например, минимизация суммарных потерь активной мощности «задирает» уровни напряжений в узлах сети. При отсутствии регулирующих устройств рост напряжений в узлах в соответствии со статическими характеристиками нагрузки приводит к увеличенному потреблению мощности и энергии.
В настоящее время считается [63], что оптимальный режим распределительной сети должен быть прежде всего допустимым, т.е. удовлетворять условиям надежности электроснабжения и качества электроэнергии. Последние учитываются в виде ограничений на контролируемые параметры режима. Параметры надежности электроснабжения и качества электроэнергии не должны превышать допустимых значений, так как в противном случае распределительная сеть не сможет выполнять своих функций. В то же время работа сети с большими потерями мощности может быть допустимой, однако экономически нецелесообразной, так как сопровождается дополнительными затратами на компенсацию сверхнормативных потерь электроэнергии.
Оптимальный режим должен быть и наиболее экономичным среди допустимых режимов. Оптимальное управление нормальными режимами сети состоит в том, чтобы обеспечить надежное снабжение потребителей электроэнергией требуемого качества при минимальных затратах.
В работах [40, 41] в качестве переменных целевой функции оптимизации параметров режима выступали потери в сетях и отклонение напряжения. Считаем, что отклонение напряжение (точнее - дисперсия напряжения) вызывает дополнительные потери и поэтому уже учитывается в рассматриваемой функции цели.
Предложенная задача оптимизации заключается в снижении потерь электроэнергии в распределительной сети 35/6/10-0,4 кВ железнодорожного узла за счет оптимального положения ответвлений РПН трансформаторов, значений реактивной мощности компенсирующих устройств (КУ) и активной мощности накопителей и элементов распределенной генерации в узлах, изменения топологии сети с помощью коммутационных аппаратов и др. По существу, требуется найти такой вектор управляющих параметров S и такой вектор параметров состояния 7opt, чтобы целевая функция АР достигала экстремального значения при условии соблюдения ограничений на управляющие параметры и параметры состояния: AP(Sopt) min; Sopt = (К, L, М, G, А); (2.56) где К - вектор коэффициентов трансформации трансформаторов с РПН (номер отпайки); L- вектор проводимостей устройств продольной емкостной компенсации (УПК) в ветви; М - вектор реактивных мощностей КУ (целочисленные значения ступенчатого КУ); G - вектор активных мощностей распределенной генерации (со знаком «+») или накопителей энергии (со знаком «+», «-») в узле; А- вектор дополнительных проводимостей ветвей для имитации коммутационных аппаратов (0 или оо). Параметры состояния соответствуют уравнению установившегося режима следующего вида: G, - - . Kcos( -6 )- cos( -б») = 0, і = 1,2,... я -1; 7=1 (2.57) Qo, "Qu "Ци,и, \GV sin(07 -в,)-Bu sin(0, -0,)\ = 0, і = \,2,...NPQ, 7=1 где PGI»QGI PLI QL, Uі Єу Ву,6,,6\- соответственно активная и реактивная мощность генерации /-го узла и нагрузки, напряжение /-го узла, активная и реактивная проводимость линии между /-м иу -м узлами, фазовый угол. Ограничения к целевой функции (2.57):
Учитывая широкий спектр комбинаций управляющих воздействий представленная задача оптимизации весьма сложна. В инженерной практике [25] решают задачи оптимизации режима сети отдельно по реактивной мощности, напряжению и коэффициенту трансформации. При этом соблюдается следующая иерархия задач: 1) регулирование уровня напряжения по сети; 2) снижение влияния неоднородности сети за счет регулирования комплексных коэффициентов трансформации; 3) размыкание сетей; 4) оптимальное распределение реактивной мощности между ее источниками. Но не учитывается, что в некоторых случаях минимум частной задачи может приводить к увеличению потерь активной мощности во всей сети, т.е. условия минимумов частной и общей задача оптимизации могут быть противоречивы.
В классической постановке задачи оптимизации расчет установившегося режима производится методом Ньютона, а оптимизация выполняется градиентным методом с учетом ограничений-неравенств с помощью штрафных функций [42]. Целевая функция, как пример, выглядит следующим образом oss = Р + %Н,и +tH;Q +IX (2-58) ;=1 j=\ k=\ где n\- число узлов в сети; п2 - число узлов, в которых можно регулировать реактивную мощность (с компенсаторами реактивной мощности); пЪ - число трансформаторов с регулируемым коэффициентом трансформации.
Таким образом, задача решается методом перебора при разных вариациях перечисленных параметров.
Самые распространённые оптимизационные модели на основе линейного и нелинейного программирования предложены для решения указанных задач в [64, 65]. Однако из-за линеаризованной модели результаты не могут представлять оптимальное решение для рассматриваемой нелинейной целевой функций. В результате решения мощность КУ обычно не соответствует стандартному ряду номинальных мощностей, представленных в электрической сети, округление же до ближайшей стандартной емкости часто даёт неверный результат [66]. При непосредственным манипулировании целочисленными независимыми переменными (отпайками трансформаторов) без дополнительного их округления до стандартной величины также ухудшается точность результата. Другая проблема - необходимость учёта логических операций.
Решение задачи можно найти, используя алгоритмы, моделирующие природные процессы. В качестве алгоритма оптимизации целевой функции (2.57) предлагается использовать генетический алгоритм. Согласно [67] генетический алгоритм (ГА) - это алгоритм, который позволяет найти удовлетворительное решение к аналитически неразрешимым или сложно решаемым проблемам через последовательный подбор и комбинирование искомых параметров с использованием механизмов, напоминающих биологическую эволюцию.
Моделирование участка электрической сети для оптимизации параметров режима
Экономическая эффективность производства в значительной степени зависит от качества электроснабжения.
Обычное электрическое оборудование, используемое в электрических сетях, предназначено для работы в условиях поддержания уровня напряжения, равного или близкого к номинальному значению. При отклонениях напряжения, превышающих нормируемые стандартом значения, нормальная работа электрооборудования либо вообще невозможна, либо может быть обеспечена только при значительном снижении нагрузки. Следует заметить, что снижение эффективности работы электроприемников имеет место и при изменении показателей КЭ в технически допустимых диапазонах.
Многие аспекты проблемы экономического ущерба недостаточно исследованы, что отражается на содержании и качестве методов.
Для определения экономически целесообразных границ изменения ПКЭ необходима количественная оценка ущерба, обусловленного снижением КЭ. Согласно [71] он проявляется в увеличении потерь активной мощности и электроэнергии; в сокращении срока службы электрооборудования; в увеличении капитальных вложений в систему электроснабжения; в увеличении потребления реактивной мощности; в нарушении нормального хода технологических процессов.
Первые три вида последствий имеют место, в основном, в электротехническом оборудовании систем электроснабжения, к которому относятся: асинхронные двигатели, синхронные машины, силовые трансформаторы, силовые конденсаторы, осветительные приборы, линии электропередачи и др.
Увеличение капитальных вложений в систему электроснабжения обусловлено необходимостью установки в ней более мощного электрооборудования по сравнению с тем, которое требуется по условиям оптимального управления параметрами режима распределительных сетей.
Нарушение нормального хода технологического процесса, вызванное ухудшением КЭ, сопровождается снижением качества и количества выпускаемой продукции.
Четвертый вид последствий обусловлен увеличением потребления реактивной мощности нелинейными нагрузками.
В настоящее время наиболее достоверную информацию можно получить о первых трех составляющих. В своих расчетах ограничимся оценкой ущерба от потерь активной мощности.
Согласно методическим рекомендациям [72] при установлении экономического ущерба от снижения КЭ примем следующие исходные условия: а) экономический ущерб, обусловленный снижением КЭ, является результатом отклонения напряжения на работу электрооборудования; б) определение экономического ущерба основано на количественной оценке отрицательного последствия: увеличения потерь активной мощности; в) установление экономического ущерба носит приближенный характер и предназначено для предварительных расчетов экономической целесообразности применения мероприятий по повышению КЭ. Ущерб от отклонения напряжения может быть представлен тремя составляющими.
1. Составляющая, обусловленная дополнительными потерями активной мощности, руб.: у,=зэ-хд -т;. (5-і) 7=1 где зэ - стоимость 1 кВтч потерь электроэнергии, руб./(кВт-ч); 152 АР, - дополнительные потери активной мощности для /-го элемента распределительной сети, кВт; Tt - число часов работы і-го элемента распределительной сети в год, ч/год; п - число элементов распределительной сети, объединенных единой системой управления параметрами режима.
2. Составляющая, обусловленная снижением срока службы электрооборудования, руб.: у2=2 , ;=1 ( 1 \ (5.2) где 3, - приведенные затраты на /-ый элемент, руб.; yt - кратность снижения срока службы, отн. ед.; Ен - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, 0,1; ГН; - нормативный срок службы / -го элемента распределительной сети, год. 3. Составляющая, обусловленная снижением эффективности использования передающих элементов электрической сети, руб.: т Уз=2 3,, (5.3) где А37 - дополнительные приведенные затраты на усиление j-ro передающего элемента распределительной сети, руб.;
Составляющую, обусловленную снижением срока службы электрооборудования, учесть достаточно трудно, поэтому остановимся более подробно на других составляющих.
Дополнительные потери активной мощности, обусловленные отсутствием системы управления напряжением, вычисляются для различных элементов по следующим выражениям. 153 Для силовых трансформаторов р (AS +AS)2 ABTSJPM+_»L-J2 ±t (5.4) где AS - изменение полной мощности подключенной нагрузки в режимах с регулированием напряжения и без него, кВ-А; А5Л - изменение полной мощности линий в режимах с регулированием напряжения и без него, кВА. Для кабельных линий АР„ 4&(АЦ) + A(t/l Ul)2 +g.(AI/,) . (5-5) где AC/, и AU2 - изменение напряжения в начале и конце кабельной линии в при условиях наличия системы регулирования и при ее отсутствии, В.
Экономический эффект от внедрения системы оптимального управления напряжением и реактивной мощностью будет заключаться в том, что в результате произойдет значительное снижение экономического ущерба от уменьшения потерь активной энергии и низкого КЭ. В качестве экономического эффекта мы рассматриваем только экономию электрической энергии за счет снижения потерь активной мощности. Снижение потерь электрической энергии на рассматриваемом участке составило 596,6 кВт-ч за расчетные сутки. Экономическая эффективность реализованных мероприятий будет определяться соотношением полученного чистого экономического эффекта и приложенных затрат.
Похожие диссертации на Совершенствование методов управления напряжением и реактивной мощностью в распределительных сетях железнодорожного транспорта
-
-
-
-
-
-
