Email: P.O.V_06@mail.ru
В качестве контролируемого объекта представлены результаты исследования систем электроснабжения городов. Установлена потребность увеличения контроля уровня автоматизации техническими процессами на его уровнях. Доказана целесообразность применения повышающих трансформаторов с тиристорным управлением для комплекса с автоматическим контролем напряжения и реактивной мощности.
Современные города - самые большие потребители электрической энергии (ЭЭ). Сейчас их мощности соизмеримы с мощностями больших индустриальных предприятий. В городах сконцентрировано сегодня не только 60 % населения государства, но также и большая часть индустриального производства. Рост количества городов и населения носят природный характер. Процессы урбанизации за последние годы особенно усилились в связи с развитием торговли, малого и среднего бизнеса. В результате города превратились в большие мегакомплексы, имеющие разветвленные сети и потребляющие десятки миллион кВт.ч электрической энергии в день. Таким образом сохраняется устойчивая тенденция ежегодного роста городских электрических сетей и уровня их потребления. Это приводит к существенному увеличению нагрузки на элементы сети и, в одном случае, в некоторой степени ухудшает условия нормального функционирования электроснабжения систем или делает невозможной работу отдельных из них, в других. В связи с выше перечисленным, было выдвинуто предложение о пересмотре способов и параметров СЭС многих городов. Однако, как свидетельствует мировой опыт, решение этой проблемы в пределах концепций существующей структуры не дает положительных результатов. Это связано с применением устаревших критериев оценки и методов моделирования параметров сети, методик и других средств контроля.
Как объект управления, СЭС городов представляют собой сложную многоуровневую систему с большим числом внутренних и внешних связей, быстрые и непрерывные изменения параметров технологических процессов, передачи и распределение ЭЭ. Устойчивое функционирование таких систем, расходы на потребление и нанесенный ущерб потребителям во многих отношениях определено уровнем автоматического управления параметрами технологического процесса. При всем разнообразии способов и методов СЭС городов согласно технологическим схемам потребление электроэнергии и ее генерация должны быть согласованы. Эффективность этого взаимодействия влияет на технические и экономические параметры электроснабжения системы и объединяет их. Самый низкий показатель - эффективность распределения ЭЭ между отдельными потребителями. На этой стадии потери ЭЭ в некоторых случаях превышают потери на ее передачу. Согласно [1,2] потери в сетях среднего и низкого напряжения США, Англии, Германии, Японии и т.д. составляют 8 и 12 %, в то время как потери в сетях высокого напряжения не превышают 4 %. Положение в СНГ, в Украине еще хуже. Потери в сетях среднего и низкого напряжения достигают в среднем 15-20 %.
Анализ сложившегося положения определяет, что главное направление распределения энергии в СЭС городов - усовершенствование уровня качества энергии (QE) и увеличение компенсации реактивной мощности в них. В лидирующих государства мира (США, Англия, Франция, Германия, Япония) уже в течение долгого времени ежегодное увеличение потребляемой мощности на 5-10 % дают компенсацию не из-за роста генерируемой мощности, а из-за увеличения технологической эффективности процесса на различных стадиях генерации мощности. Потери ЭЭ в несколько раз ниже, и технологические расходы ЭЭ на потребление намного меньше, чем в Украине, и СНГ.
Оценка реальной ситуации свидетельствует о том, что на эффективность курса СЭС технических процессов в городах влияет большое число факторов: расположение, вместимость и степень загрузки оборудования, уровень автоматизации процессов, схем и параметры сетей, качество и регулирование напряжения и компенсации реактивной мощности. Больше всего указанных проблем решено на стадии перспективы и планирования сетей действующими способами [3]. Однако, широкий диапазон в комбинации с высокой скоростью изменения параметров СЭС требует решения проблемы в виде повышения оперативности или автоматического управления. Как показывает анализ, автоматическое управление относительно технологического процесса изготовления, переходит и на распределение ЭЭ в городских СЭС, но фактически только в многоэтажных домах[4].
В основном это - автоматические устройства местного действия, которые выполняют только функции автоматического контроля коэффициента трансформации, изменения нагрузки трансформатора или реактивной мощности статических батарей конденсаторов, установленных в центре питания. В случае, если мощный объект имеет важное значение в системе ( главным образом - электростанции, менее часто - подстанции), то применяются автоматическое управление нормальным (SAC NM) или критическим положением (SAC NE). В большинстве случаев это централизованные автоматические системы управления, регулирующие частоту и реактивную мощность (CSAFC), напряжение (CSARV) или предотвращение нарушения стабильности (CSAIS). И лишь недавно в городских СЭС все большее применение начали получать системы автоматизированного управления. Это - системы автоматизированного диспетчерского управления (ASDC), менее часто - системы автоматизированного управления технологическими процессами.
На уровнях создания городских СЭС в основном применяются системы контроля. Иногда применяются системы дискретного логического управления. В то же самое время, определяющее влияния на полные характеристики городских СЭС оказывает нормирование рабочих параметров - дистрибутивные электрические сети среднего и низкого напряжения, имеющие самую большую загрузку и которые связаны большим количеством потребителей. Поэтому главное направление увеличения эффективности использования ЭЭ в городских СЭС - автоматизация управления способами DN среднего и, особенно, низкого напряжения.
Высокая скорость - действующее средство управления дистрибутивных электрических городских сетей, которые теперь по существу усложнены в связи с их большой загрузкой и присутствием существенного числа линий и элементов. По этой причине та часть дистрибутивного решения проблемы способов управления электрическими сетями, которая касается больших периодов сбора информации (в перспективе, год и короткий термин планирования [3]) и та же часть, касающаяся периодов с маленьким временем сбора информации (действующее и технологическое управление) решен только на интуитивном уровне - эмпирическое основание определяет виды дискретного руководства или автоматического управления относительно оборудования. Это- причина существенного уменьшения полных электрических потерь и, в связанных с ними электропотребителей. Таким образом, низкий уровень автоматизации, недостаточный уровень надежности начальной информации уменьшают качество сетей управления и эффективность использования ЭЭ.
Поддержание работы системы на основном уровне представляет собой неизведанный уровень, проблема которого состоит в стабилизации технологических параметров процесса относительно данного уровня. Основной недостаток таких систем, ввиду твердой структуры и установленных значений автоматических параметров регулирования регуляторов - то, что в течение долгого времени они работают без взятия во внимание изменчивости динамических и прямых потоков характеристик технологического объекта управления. Тем временем, исследованиями установлено [4], что характеристики СЭС изменяются в широком диапазоне: колебаниях ежедневных, недельных или сезонных диаграмм нагрузок, а также при действии большого числа эксплуатационных факторов, влияющих в течение долгой работы оборудования и сетей. Поэтому регулирование автоматических систем и структур регуляторов (P, PID, PI, и т.д.), которые были оптимальны в начале его работы, не обеспечивает должную работу регулятора в середине или конце срока его службы.
Есть два пути устранение этого недостатка. Один состоит в том, что корректируют вручную регулирование и структуру устройства по результатами экспериментального определения статических и динамических характеристик. Секунда требуется для передачи на распознавание данных из объекта на автоматические устройства регулирования. Ручной способ требует большого количества времени и неэффективно, в особенности при большом числе объектов или изменяющихся режимов работы оборудования. Оба фактора одновременно действуют в городских СЭС. Оперативное решение проблемы способов оптимизации СЭС с помощью автоматических устройств эффективно тем, что регулятор один, но требующий некоторого осложнения системы управления в целом. Анализ исследований, посвященных проблеме, свидетельствуют о наличии в мировой практике тенденций к автоматическому управлению городскими СЭС, которые необходимо учитывать при решении проблем управления.
Таким образом, выполненный анализ свидетельствует о присутствии всех данных, необходимых для технической и экономической оптимизации городских СЭС. Дальнейшее увеличение эффективности и качества городских СЭС могут быть достигнуты за счет увеличения контролируемых уровней автоматизации в сетях 6-10 и, особенно, 0,38 кВ, и также последующая интеграция автоматических устройств в существующих системах контроля и управления относительно сетей СЭС. Технические возможности современного информационного управления системой продвигают его использование. В этом случае городские СЭС преобразуются в информационные - измерение, и управление комплексом кибернетического типа, глобальная цель которого заключается в его оптимальной работе как отдельного механизма.
1. Говоров Ф.П. Проблемы регулирования напряжения в городских электрических сетях 6 – 10/0,4 кВ // Коммунальное хозяйство городов. – 1993. – №7. – с. 37 – 41.
2. Маркушевич Н.С. Автоматизация управления режимами электрических сетей 6_20 кВ. – М.: Энергия, 1980. – 209 с.
3. Говоров Ф.П. Керування режимами розподільних електричних мереж на основі гнучких систем: автореф. Дис.докт.техн.наук: 05.14.02. – Львів, 2001. – 34 с.
4. Маркушевич Н.С., Солдаткина Л.А. Качество напряжения в городских электрических сетях. – М.: Энергия, 1975. – 256 с.
5. Дірар Муса Абу_Сісі. Використання вольтододавальних трансформаторів з електронним керуванням для поліпшення якості електричної енергії у міських електричних мережах: автореф. Дис... канд.техн.наук: 05.14.02 – К., 1999. – 17 с.
6. Unified power flow controller: The Ultimate FAСTS Device / Stahekopf U.E. // Mod. Power Syst. – 1996._ 16, №4. – c. 57_61.