Расчет потерь электроэнергии

Daniel Hluben

Перевод: В.Г. Молибог

http://www.news.elteh.ru/arh/2003/24/11.php

    РЕФЕРАТ

   Эта статья называется «Расчет потерь электроэнергии», в ней рассматриваются проблемы расчета потерь электроэнергии в Словацкой Республике, Чешской республике, Польше и Венгрии. В конце статьи показаны возможности минимизации потерь электроэнергии, ее стоимости и минимизации обслуживания.

    1.ВСТУПЛЕНИЕ

   В этой статье кратко описаны методы расчета потерь в Словацкой Республике, Чешской республике, Польше и Венгрии.

    2. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ

   2.1 Расчет потерь в Словацкой Республике и Чешской Республике
   В Словацкой республике и Чешской республике расчет потерь электроэнергии основан на постановлении Министерства промышленности и торговли Чешской республики [3].
   Главная задача – показать детали эффективности оценки использования электроэнергии в линиях электропередач, распределительных сетях и внутренних сетях.
   Эффективность использования электроэнергии при распределении и во внутренних сетях определяется техническими потерями обусловленными работой оборудования.
   Постановление – результат нескольких лет исследований по данной теме Словацкой республики и Чешской республики. Правило описывает как оценивать и рассчитывать потери электроэнергии на каждом классе напряжения.
   Потери можно разделить:
  А. Постоянные технологические потери:
  - корона;
  - утечка тока;
  - диэлектрические потери;
  - потери холостого тока;
  - потери связанные с погрешностью измеряющих приборов;
  - потери связанные с погрешностью контролирующих приборов;
  Б. Переменные технологические потери:
  - активные потери в линиях;
  - потери в сопротивлении;
  - потери, обусловленные сопротивлением контактов;
  - активные потери в защитных компонентах.
   Эта методика объединяет расчет потерь в Чешской и Словацкой республиках. И потому возможно сравнить потери в этих сетях.
   Для того чтобы исследовать эти потери очень важно дистрибьюторским компаниям обновить свои данные о сетях. В дистрибьюторских компаниях Словацкой республики GIS системы не используются либо их использование начинается с этих дней, поэтому невозможно рассчитать потери электроэнергии с небольшой погрешностью, особенно в сетях низкого напряжения.
   Таким образом в будущем необходимо обновлять данные о сетях для исследований потерь в этих сетях
   2.2 Расчет потерь в Польше
   Основы расчета потерь электроэнергии в Польше описал J. Horak [2].
   Расчет потерь в Польше основан на исследовании нескольких лет. Методика основана на том, что эти исследования учитывали много параметров сети, такие как: переменную нагрузку сети в течении суток, историческое развитие сетей, условия работы сетей, типы сетей, асимметрию нагрузки, расположение источника питания, разные расстояния между потребителями и различные требования, различные дневные максимумы нагрузки и т.д.
   Основная задача этой методики – рассчитать потери электроэнергии, и для этого ненужно знать о каждой линии. В общем, нужно только ввести данные.
   В сетях низкого и среднего классов напряжения нужны следующие данные о сети: площадь поверхности, число потребителей, число фаз, число и мощность трансформаторов, длинна линий (КЛЭП, ВЛЭП), мощность емкостей…
   В сетях высокого напряжения (110 кВ) нужны: число и мощность трансформаторов 400(220)кВ/110 кВ и 110кВ/ среднее напряжения, мощность емкостей, длинна ВЛЭП.
   В следующей части расчетов нам нужны такие данные.
   В сетях низкого и среднего напряжения: устройства, подключенные к сети и энергия, протекающая через эти элементы; источник, транзит и передача обусловленная либерализацией незаконного потребления; городской освещение и транспорт, баланс потерь сетях низкого и среднего напряжения , экспорт другим компаниям.
   В сетях высокого напряжения нужны: источники питания сетей среднего и низкого напряжения, транзит, экспорт другим распределительным компаниям, баланс потерь в сетях высокого (110 кВ) напряжения, импорт электроэнергии.
   Эта методика основана на глобальных параметрах и электроэнергия, протекающая по сетям обеспечивает расчет потерь электроэнергии и поэтому методика может использоваться только в будущем.
   Очень полезная особенность этой методики – возможность применения расчета потерь на каждом классе напряжения. Далее, возможно понизить потери в заданных точках сетей [1, 2, 5] без большого финансового инвестирования, например невозможно понизить потери в измерителях, соединительных линиях, но возможно понизить потери компенсацией, обслуживанием или внедрением оборудования на каждый класс напряжения.
   2.3 Потери мощности в Венгрии
   Расчет потерь электроэнергии в Венгрии описал L. Hiblar в своем дипломном проекте [4]. Методика расчета потерь электроэнергии похожа на методику используемую в Словацкой и Чешской республиках.
   Методика учитывает следующие виды потерь:
  А. Потери в классе высокого напряжения (110 кВ).
  - корона;
  - утечки;
  - активные потери в линиях;
  - потери в трансформаторах (ХХ потери, потери в обмотках).
  Б. Потери в классе высоко напряжения(< 110 кВ)
  - потери в реакторах;
  - активные потери в линиях;
  - потери в трансформаторах (ХХ потери, потери в обмотках).
  В. Потери в классе низкого напряжения
  - активные потери в кабельных линиях;
  - активные потери в ВЛЭП;
  - потери в соединительных линиях;
  - потери в измерительных приборах.
  Эта методика также учитывает неточность средств измерений.
   2.4 Минимизация потерь энергии
   Существуют два направления по уменьшению потерь.
  - Инвестиции
    • Высокого напряжения 110 кВ > 230 кВ, 6-22 кВ, …
    • PF correction (компенсация)
    • Замена линий (большим диаметром)
    • Замена старых линий на новые
    • Использование лучших материалов в оборудовании
    • Улучшение качества электроэнергии
   Эти методы уже используются, например повышение номинального напряжения вследствие реконструкции старых устройств.
PF correction очень эффективный способ уменьшения потерь, но в нынешние дни, особенно в городах и на заводах, проблема качества электроэнергии – гармоники. Такои образом необходимо использовать устройства повышающие качество электроэнергии, т.е. фильтры гармоник.
   - Без инвестиций
    • Целесообразное распределение реактивной мощности
    • Целесообразная загрузка линий
    • Конфигурация сетей
    • Уменьшение пиковой мощности
    • Равновесие сетей
    • Контроль напряжения
    • Обслуживание
   Этот тип уменьшения потерь в некоторых случаях основан на программном контроле, потому как целесообразность распределения реактивной мощности, целесообразность загрузки сетей или реконструкция сетей может быть осуществлена только программно.
   Но обслуживание так же важно. Алюминиевые кабели с бумажной изоляцией могут быть в старых зданиях. Сопротивление контактов высокое, высокие и потери. Необходимо поджимать эти контакты.
   В наши дни наблюдаются разные подходы к минимизации потерь электроэнергии:
   - On-line измерения;
   - использование автоматов повторного включения.
    2.5 On-line измерения
   Это направление не уменьшает технические потери непосредственно, но предлагает возможности обоснование стоимости и уменьшения потерь, сетевого сервиса и незаконного подключения.
    Обычно, состоит из тонки интегрированных компонентов, которые в совокупности обеспечивают инфраструктуру доставки сетевой энергии к использованию. Саморегулируемые, смежные цифровые электронные измерители; мощные IP-соединенные центры данных.


Рисунок 1 On-line измерения


    2.6 Использование автоматов повторного включения.
   Распределительные сети, в основном в сельской местности и небольших городах обычно радиальные. Если такую радиальную сеть преобразуется в кольцевую сеть, необходимо повысить надежность. Таким образом, могут быть использованы автоматы повторного включения. Основная функция – коммутация, но также аварийное отключение. Надежность сохраняется, потому что новая сеть защищена автоматом и в случае повреждения на линии только часть линии отключается.

Рисунок 2. Новая, закрытая сеть

   Другой фактор который нужно принять во внимание – снижение потерь. В этом случае токи изменятся. Таким образом необходимо исследовать изменение потерь для этого типа реконструкции.

Рисунок 3. Автомат повторного включения

   3. ВЫВОДЫ

   Сегодня очень важно для распределительных компаний знать потери электроэнергии в любой момент, потому как энергия, ими арендуемая, включает в себя эти потери плюс нагрузка.
   В этой статье были кратко описаны три методики используемые в Чешской республике, Словацкой республике, Польше и Венгрии. В Чешской и Словацкой республике используются одинаковые методики, потому что их сети похожи.
    Иную технологию описали J. Horak и J. Szkutnik в своих работах. Методология предполагает возможность расчета потерь, при которой ненужно собирать информация о всей сети. Использование статистических функций позволяет рассчитать технические и приемлемые потери. Программа EuroStra 2004 основана на этом методе и используется во многих распределительных компаниях Польше. Методология, используемая в Венгрии похожа на методологию используемая в Словацкой республике. В этой методологии используются различные факторы. Ныне существует большие возможности снижения потерь электроэнергии, но необходимо использовать новые устройства и новые возможности, как например on-line измерения или использования автоматов повторного включения.
   

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1]Horak J., Gawlak A., Szkutnik J.: Networks as a set of elements, Czestochowa 1998, pp. 3,12-13,35-40. (in Polish)
[2]Horak J.: Network losses, Monograph No. 8 Politechnika Czestochowska, pp. 111-112.
[3]Ministry of Industry and Trade of the Czech Republic: Regulation of Ministry of Industry and Trade, which determine details of efficiencyof electricity usage in case of transmission, distribution and indoor electrical distribution, Collection of Laws No. 153/2001, part 60, pp. 3491 – 3506 (in Czech)
[4]Hiblar L.: Classification and Calculation of electricity energy losses in electric power system, Graduation Thesis, Department of Electric Power Engineering, Technical Univerzity in Kosice, 2006 (in Slovak)