Актуальность

Украина обеспеченна собственным топливоми - енергетическими ресурсами на 40-45%, поэтому вопрос енергосбережения является актуальным.

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

Компенсацию реактивной мощности в полной мере можно отнести к энергосберегающим технологиям. Повышение cos(fi) позволяет уменьшить потребление из сети активной и реактивной энергии и увеличить за счет разгрузки по мощности срок службы оборудования.

Большое значение имеет правильный выбор места установки компенсирующего устройства. Общее правило: реактивную мощность надо компенсировать в месте ее возникновения. Если источником реактивной мощности является двигатель насоса или компрессора, то целесообразно ставить компенсирующие конденсаторы непосредственно в шкаф управления этими устройствами. Если реактивная мощность образуется на стороне низкого напряжения (НН), то компенсировать ее надо также на стороне НН, не допуская прохождения реактивной мощности через трансформатор. При этом следует отметить, что срок службы значительной доли силовых трансформаторов, эксплуатируемых на наших предприятиях, перешагнул 15-летний рубеж. Для продления оставшегося срока службы необходимо разгрузить трансформа торы по току, что уменьшит температуру перегрева обмоток и, следовательно, уменьшит скорость старения изоляции. Известно, что уменьшение температуры перегрева обмоток на 10оС позволяет в среднем удвоить оставшийся срок службы. Учитывая значительную стоимость силовых трансформаторов, при повышении cos (fi) этот аспект, наряду с уменьшением платы за реактивную энергию, позволяет существенно улучшить экономические показатели предприятия.

Для разветвленной электрической сети промышленного предприятия встает вопрос об оптимальном месте подключения конденсаторных батарей: к шинам 6-10 кВ главной понизительной 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.

Цель работы

Целью роботи является разработка программы для вибора оптимального размищения конденсаторних батарей в электрической сети промышленного предприятия.

Научная новизна

Научная новизна заключается в разработке алгоритма, позволяющего определить при каком размещении КБ в сети электроснабжения промышленных предприятий приведенные затраты на КРМ будут минимальны? В работе предложен алгоритм, позволяющий определить мощьность и место установки КБ в сети электроснабжения промышленного предприятия, исходя из условия минимальных приведенных затрат на компенсацию реактивной мощности. Разработанный алгоритм позволяет осуществить выбор оптимального размещения конденсаторных батарей, взяв за основу и другой критерий (например, минимум потерь электроэнергии).

Алгоритм решения задачи

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 дороже, 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 ступенчатого 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 на комплектные трансформаторные подстанции (КТП), кабельные ЛЭП, конденсаторные батареи на напряжение 0,4 и 10 кВ (зависимость стоимости конденсаторных батарей от стоимости аппроксимирована 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, от1 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.

Рисунок 1 - Зависимости активной и реактивной мощности от времени

Заключительная часть

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 принятого алгоритма расчета, изменение критерия потребует внесения лишь незначительных корректировок. 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

1. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энер-гоатомиздат, 1990. -576 с.

2. 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.

3. Богаенко И.Н. Регулируемые компенсирующие устройства реактивной мощности. - К.: Техніка, 1992.

4. Ильяшов В.П. Автоматическое регулирование мощности КУ.- М: Энергия, 1977. - 247с.

5. Баркар Л. Д. Автоматическое управлениеРежимом батарей конденсаторов. - М.: Энергия,1978.-112 с.

6. Омельчук А.О. Щодо компенсації реактивної потужності синхронними двигунами споживачів//Енергетика і електрифікація.-2004.-№3.-с.32-35

7. Железко Ю. С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. - М.:Энергоатомиздат,1981

8. Зорин В. В.Экономически обоснованные значения перетоков и степени компенсации реактивной мощности в сети потребления//Энергетика Молдовы-2005. Сб. трудов.-2005

9. Кизилов В.У., Светелик А.Д. О понятии "реактивная мощность"//Энергетика и электрофикация.-2005.-№2.

10. Квіцинський А.О., Керніцький М. В., Омельчук А. О. Ввдповідь на зауваження до проекту ГКД//Промелектро.-2005.-№2.

11.Зорин В.В.,Тисленко В.В. Системы электроснабжения общего назначения.- Чернигов: ЧГТУ,2005.

12. www.es.tomsk.ru/files/File/articles/kompensaciya.doc
Задачи обследования компенсации реактивной мощности на предприятии
Готман В.И., Маркман Г.З, кандидаты техн. наук, Маркман П.Г., инженер


13. http://www.s-o-s.com.ua/enavto/opisanie/opisanie1.htm
Энергосбережени с точки зрения компенсации реактивной мощности

14. http://www.compensation.ru/compensation/inconcerns
Компенсация реактивной мощности в электросетях предприятий