| 
||
ДонНТУ
Портал магистров ДонНТУ
Проблема повышения эффективности производства, передачи и потребления электроэнергии актуальна хотя бы потому, что уменьшение энергоемкости продукции позволяет снижать ее себестоимость и повысить конкурентоспособность. Актуальность этой проблемы усиливается в странах с ограниченными энергоресурсами (к таким странам можно отнести Украину, которая за счет своих энергоресурсов удовлетворяет около 50% потребностей в энергоносителях). Эта проблема приобретает чрезвычайную актуальность в условиях, когда цена импортных энергоносителей превышает приемлемый для экономики страны предел [1].
Компенсация реактивной мощности особенно актуальна для промышленных предприятий. Значение реактивной мощности в электрической сети промышленного предприятия определяется параметрами и режимом работы электроприемников. Перетоки реактивной мощности являются вынужденным балластом электрической сети, их наличие приводит к таким негативным явлениям, как: увеличение нагрузки; перегрузка линий электропередач реактивными токами, что увеличивает активные потери при передаче электроэнергии к потребителям; увеличение суммы платежа за использованную электроэнергию. Именно поэтому они должны быть ограничены. Достичь этого можно с помощью выработки части необходимой реактивной мощности подключенными к шинам соответствующих энергопотребляющих установок источниками реактивной мощности.
Компенсация реактивной мощности обеспечивает снижение потерь электрической энергии и расходов на сооружение и эксплуатацию электрических сетей.
Из выше сказанного следует, что задача компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях необходима, экономически оправдана не только в рамках самого предприятия, но и для всей энергосистемы в целом.
Целью работы является снижение приведенных затрат на систему электроснабжения промышленного предприятия с учетом платы за реактивную энергию, потерь электроэнергии в электрических сетях путем оптимального размещения конденсаторных батарей и выбора режима работы синхронных двигателей c точки зрения компенсации реактивной мощности в сети промышленного предприятия.
Задачей исследований является дальнейшее совершенствование соответствующей программы.
В статье [2] рассматривается проблема оптимизации компенсации реактивной мощности (КРМ) в сети промышленного предприятия, решение которой состоит в определении места расположения устройств КРМ и значений шунтирующих емкостей. Решением является единственный оптимальный вариант, выбор которого зависит от принятых ограничений и присвоения весов критериям. Автор предлагает алгоритм, который позволяет при небольших затратах времени получить несколько оптимальных вариантов КРМ, а это дает возможность сделать осознанный выбор лицу, принимающему решения. При этом даже в случае увеличения разветвленности и сложности рассматриваемой сети с помощью генетических алгоритмов можно по-прежнему получать решения за приемлемый интервал времени. Очевидны недостатки подобного подхода – отсутствие альтернативных решений и неочевидная зависимость конечного результата от принятых исходных предположений.
В [3] рассматривается система электроснабжения объекта (СЭО) средней мощности (рис.2), в которую входят радиальные кабельные линии (КЛ) напряжением 10 кВ, батареи статических конденсаторов (БСК) напряжением до 1 кВ БН и выше 1 кВ БВ, ячейки распределительных устройств (КРУ) на главной понижающей подстанции (выключатели В) и цеховые комплектные трансформаторные подстанции (КТП) 10/0,4 кВ. Автором предложена методика определения удельных дисконтированных затрат на единицу расчетной средней мощности нагрузки до 1 кВ СЭО с радиальной схемой 6-10 кВ. При вычислении суммарных удельных затрат учитываются затраты на трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ, батареи статических конденсаторов высокого и низкого напряжений, кабельных линий, ячейки КРУ и издержки на возмещение потерь электроэнергии в элементах СЭО. Недостатком метода является то, что он предназначен только для радиальных схем электроснабжения, что делает невозможным его применение для разветвленной сети промышленного предприятия.
В [4] автор статьи дает общую характеристику потребителям реактивной мощности. Также он описывает основные виды компенсации. Это индивидуальная компенсация, групповая компенсация, централизованная компенсация. Далее автор указывает некоторые основные параметры до и после компенсации. В своей статье он рекомендует для использования в качестве компенсации MKPg – новое поколение сухих конденсаторов производства фирмы Electronicon.
Игнаткина Ирина Сергеевна и Солоденко Елена Александровна под руководством Погребняк Натальи Николаевны в своих магистерских работах [5] и [6] соответственно предложили алгоритм выбора оптимального места размещения конденсаторных батарей (КБ). Для решения задачи было предложено составить функцию расчета приведенных затрат на сеть электроснабжения промышленного предприятия с учетом возможности компенсации реактивной мощности КБ, которые подключены к шинам главной понижающей подстанции (ГПП), распределительного пункта (РП), цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП) 0,4 кВ, высоковольтными синхронными двигателями (СД), подключенными к РП или ГПП. Приведенные затраты в этом случае будут функцией многих переменных – мощностей КБ, подключенных к узлам сети (РП, ГПП, шины 0,4 кВ ЦТП) и реактивных мощностей, генерируемых высоковольтными СД.
В своей работе Солоденко Е.А. [6] расчет приведенных затрат выполняет на основе результата выбора мощностей ЦТП, сечений кабельных ЛЭП, фактической схемы сети электроснабжения промышленного предприятия, ограничений в генерации реактивной мощности синхронными двигателями по условиям нагрева обмоток ротора и статора, потерь электроэнергии в КБ и СД. Для проведения этих расчетов разработаны соответствующие вспомогательные функции.
Дальше автор сводит задачу к определению мощностей КБ и реактивных мощностей, которые генерируются СД, при которых приведенные затраты принимают минимальное значение.
Успешность поиска решения во многом определяется значениями начальных приближений искомых переменных. Для определения начальных приближений мощностей КБ и реактивных мощностей, которые генерируются СД, в своей работе Солоденко Е.А. предложила рассматривать каждый источник реактивной мощности отдельно и составлять функции зависимости приведенных затрат на участок электрической сети от реактивной мощности, генерируемой этим источником. Таким образом, для каждого источника она имеет функцию одной переменной, минимум которой определяет численным методом (золотого сечения).
По предложенному алгоритму автор работы составила соответствующую программу. Она позволяет определить мощности КБ, которые необходимо подключить к узлам электрической сети и реактивные мощности, которые должны генерировать СД, при которых годовые приведенные затраты имеют наименьшее значение. Программа учитывает приведенные затраты на КБ, ЛЭП, КТП, дополнительные потери активной мощности в СД и КБ на генерацию реактивной, ограничение реактивной мощности СД по условиям нагрева обмоток статора и ротора, потери электрической энергии в сети, плату за реактивную электрическую энергию. Также программа позволяет выполнять выбор мощностей КБ не только по критерию годовых приведенных затрат, но и по другим критериям, например, по потерям электрической энергии.
Промышленные предприятия имеют разветвленную сеть и большое число электроприемников, потребляющих реактивную мощность. Поэтому для них актуален вопрос о компенсации реактивной мощности (КРМ). КРМ можно выполнить с помощью конденсаторных батарей (КБ), которые подключаются к шинам 6-10 кВ главной понижающей подстанции (ГПП), к распределительным пунктам (РП) или к шинам цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП) 0,4 кВ [7,8] и с помощью высоковольтных синхронных двигателей (СД) [9]. Но необходимо определить мощность устройств КРМ и их оптимальное размещение в сети предприятия.
На выбор места подключения и мощность конденсаторных батарей влияет множество факторов, среди которых такие, как:
• снижение потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах;
• возможность выбора трансформатора меньшей мощности на ЦТП;
• уменьшение сечений кабельных линий электропередач;
• стоимость установленных КБ;
• потери активной мощности в КБ на генерацию реактивной;
• стоимость комутационных аппаратов для подключения КБ.
Величина генерируемой высоковольтными СД реактивной мощности определяется из таких условий:
• должна учитываться активная нагрузка СД;
• потерь активной мощности в СД на генерацию реактивной;
• реактивной нагрузки сети потребителя;
• возможность использования высокольтных СД для КРМ обязательно должна проверятся по условиям нагрева обмоток статора и ротора.
Из всего выше сказанного следует, что выбор оптимальных мест подключения устройств КРМ зависит от многих параметров. Выбор оптимального решения может быть сделан на основе технико-экономического расчета, например, по минимуму приведенных затрат, или по другим критериям. Для этого состовляется функция для расчета приведенных затрат в зависимости от мощностей КБ, подключенных к узлам сети, и реактивных мощностей, генерируемых высоковольтными СД. Далее численными методами определяется минимум этой функции.
Поэтому для решения задачи важным этапом является поиск начальных приближений. В работе Солоденко Е.А. [6] предложен алгоритм определения начальных приближений мощностей КБ и реактивных мощностей, генерируемых СД. Начальные приближения, определяемые предложенным способом, позволяют повысить эффективность работы программы. Но этот алгоритм довольно сложен, объем превышает решение самой задачи. В дальнейшей работе предполагается его доработка с целью возможного упрощения. Кроме того, КРМ влияет на напряжение в узлах сети. Выполнение расчета напряжений совместно с выбором оптимальной КРМ для сети любой конфигурации будет выполнено в этой программе.
На первых этапах разработанной программы отрабатывался ее алгоритм на примере расчетов для ограниченного перечня электрооборудования [5], [6]. Для полноценного использования программы требуется ее пополнение справочной информацией, касающейся электрического оборудования и его стоимости.
Использование разработанной программы позволяет снизить потери электроэнергии в сети промышленного предприятия и энергоснабжающей организации, оптимизировать плату за реактивную энергию, принять решение о целесообразности использования СД для КРМ, уменьшить приведенные затраты на систему электроснабжения (СЭС). Программа может использоваться как на стадии проектирования СЭС для выбора ее элементов, экономически целесообразной схемы электроснабжения в комплексе с компенсацией реактивной мощности, так и для действующих предприятий.
При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2009 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
1. Рогальский Б. С., Праховник А.В., Божко В.М. Концепція компенсації реактивної потужності в електричних мережах споживачів та енергопостачальних компаній//Промелектро 2006 - №3. С. 4 – 5.
2. Лоскутов А.Б., Еремин О.И. Многоцелевая оптимизация компенсации реактивной мощности в электрических сетях//Промышленная энергетика 2006 – №6. С. 39 – 41.
3. Конюхов Е.А., Токарев С.А. Оптимальная степень компенсации реактивной мощности в электрических сетях до 1 кВ при радиальной схеме электроснабжения напряжением 10 кВ//Промышленная энергетика 2007 – №4. С. 31 – 35.
4. Конденсаторы Electronicon для компенсации реактивной мощности http://www.kit-e.ru/articles/condenser/2006_3_116.php.
5. Игнаткина И.С. Выбор оптимального размещения конденсаторных батарей в сети электроснабжения промышленного предприятия http://masters.donntu.ru/2007/eltf/ignatkina/diss/avtoreferatrus.htm.
6. Солоденко Е.А. Оптимизация компенсации реактивной мощности в электрической сети промышленного предприятия http://masters.donntu.ru/2008/eltf/solodenko/diss/index.htm
7. Овчаренко А.С., Розинский Д.И. Повышение эффективности электроснабжения промышленного предприятия. – Киев: Техника, 1989. – 206с.
8. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Проектирование и расчет/ А.С. Овчаренко, М. Л. Рабинович, В.И. Мозырский, Д.И. Розинский. – К.: Техніка, - 1985. – 279 с.
9. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей/ И. А. Сыромятников. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240с.
10. Компенсация реактивной мощности в электросетях производственных потребителей http://www.compensation.ru/library/articles/articles1591.html.
11. Энергосберегающие технологии. Конденсаторная установка компенсации реактивной мощности http://spdbirs.ru/marketing/reactive_power/1.