ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ В СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Игнаткина И.С., магистрант; Погребняк Н.Н., канд. техн. наук, доц.
Донецкий национальный технический университет

(опубликовано в сборнике материалов Всеукраинской научно-технической конференции студентов "Электротехника, электроника и микропроцессорная техника")

Компенсация реактивной мощности необходима для снижения потерь электроэнергии в электрической сети, капитальных затрат на кабели, цеховые трансформаторные подстанции, платы за реактивную энергию.

Для разветвленной электрической сети промышленного предприятия встает вопрос об оптимальном месте подключения конденсаторных батарей: к шинам 6-10 кВ главной понизи-тельной подстанции (ГПП) промышленного предприятия, к распределительным пунктам (РП) или на стороне 0,4 кВ цеховых трансформаторных подстанций [1, 2]. Из возможных вариантов оптимальный может быть выбран на основе технико-экономического расчета.

На выбор рационального места размещения конденсаторных батарей влияет возможное снижение мощностей цеховых трансформаторных подстанций, сечений кабельных линий электропередач, потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах, стоимость устанавливаемых конденсаторных батарей (на напряжение 0,4 кВ конденсаторные батареи той же мощности до-роже, чем на 10 кВ), потери активной электроэнергии на компенсацию реактивной (в конденсаторных батареях на напряжение 0,4 кВ потери выше). Таким образом, при выборе оптимального варианта следует учитывать большое количество факторов. Расчет выполняется по приведенным затратам, которые являются функцией многих переменных: мощностей конденсаторных батарей, подключенных во всех узлах электрической сети. Задача сводится к поиску минимума функции приведенных затрат.

Дополнительно задача усложняется необходимость учета ступен-чатого изменения мощности трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций (ТП), сечений кабелей, что создает трудности при определении частных производных от приведенных затрат по каждой переменной.

Предлагается решение поставленной задачи с использованием пакета Mathcad. Составлены вспомогательные функции выбора мощности трансформатора цеховой ТП, сечения кабельной линии электропередач (ЛЭП) по экономической плотности тока с проверкой по допустимому току в нормальном и послеаварийном режимах, определения приведенных затрат накомплектные трансформаторные подстанции (КТП), кабельные ЛЭП, конденсаторные батареи на напряжение 0,4 и 10 кВ (зависимость стоимости конденсаторных батарей от стоимости аппрок-симирована полиномом первой степени по методу наименьших квадратов).

Программа позволяет выполнить выбор оптимального места установки конденсаторных батарей в сети любой конфигурации. Для этого схема сети задается специальной матрицей, состоящей из двух столбцов, которая может содержать вложенные массивы. Для обозначения элементов сети используются коды: 0 – ГПП, от 1 до 99 – ТП, более 100 – РП. Коды всех элементов сети уникальны. Информацию об участках электрической сети в матрице, описывающей схему соединений, записывается построчно. Для радиальной ЛЭП, питающей ТП, в первом столбце записывается номер ТП, во втором – 0. Для магистральной линии, питающей несколько ТП в первом столбце помещается вектор, элементы которого являются кодами ТП, записанными в порядке их соединения в магистраль, во втором столбце для магистрали, как и для ТП, записывается 0. Для РП в первом столбце записывается код РП, во втором – матрица, описывающая участок сети, подключенный к РП и имеющая структуру матрицы, аналогичной описываемой, поскольку к РП могут подключаться потребители с номинальным напряжением 10 кВ, магистральные и радиальные ЛЭП, питающие ТП. Специальная функция выполняет анализ схемы внутреннего электроснабжения и осуществляет вызов одной из трех функций, предназначенных для расчета характерных участков электрической сети: радиальная ЛЭП, магистральная ЛЭП или РП.

Информация о нагрузках отдельных ТП и РП, длине кабельных ЛЭП, мощности установленных конденсаторных батарей, количестве источников питания, требуемом для обеспечения надежного электроснабжения электроприемников, а также результаты выбора трансформаторов, кабелей, потери мощности в трансформаторах, годовые потери энергии в трансформаторах, ЛЭП и т.д. сохраняются в специальной матрице, которая передается в качестве параметра и возвращается каждой из вспомогательных функций. Таким образом, в этой матрице содержится вся необходимая информация для определения приведенных затрат.

Основная функция, реализующая расчет, может возвращать полученную матрицу – для анализа результатов выбора трансформаторов, кабелей, мощности конденсаторных батарей или приведенные затраты при заданном способе размещения конденсаторных батарей.

Для поиска минимума приведенных затрат от мощности конденсаторных батарей в Mathcad используется блок решения с функцией Minimize, предназначенной для поиска минимума функции многих переменных, особенно в тех случаях, когда взятие частных производных представляет трудности. Дополнительным ограничивающим условием, задаваемым в блоке решения, является соответствие суммарной мощности устанавливаемых конденсаторных батарей требуемой мощности конденсаторных батарей.

Разработанный алгоритм предполагается дополнительно усовершенствовать следующим образом:

- добавить функцию выбора мощности комплектных конденсаторных установок (ККУ) и учитывать их фактическую стоимость (в программе используется аппроксимация зависимости стоимости ККУ от мощности);

- учесть возможность компенсации реактивной мощности синхронными двигателями, при этом осуществлять выбор оптимальной компенсации реактивной мощности синхронными двигателями и конденсаторными батареями.

Таким образом, составленная программа обеспечивает выбор оптимального размещения конденсаторных батарей в сети промышленного предприятия по минимуму приведенных затрат.

Аналогично могут быть составлены программы для определения размещения конденсаторных батарей по другим критериям, например, минимуму потерь электроэнергии в сети [2]. Для при нятого алгоритма расчета, изменение критерия потребует внесения лишь незначительных кор-ректировок. Кроме выбора места установки конденсаторных батарей, разработанная программа может использоваться для выполнения расчетов внутреннего электроснабжения промышленного предприятия, выполнения технико-экономического сравнения большого количества вариантов схем внутреннего электроснабжения.

Библиография