ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ В СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Игнаткина И.С., магистрант; Погребняк Н.Н., к.т.н., доц.
Донецкий национальный технический университет

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 элек-тропередач, 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 конденса-торных батареях на напряжение 0,4 кВ потери выше). Таким образом, при выборе оптимального варианта следует учитывать большое количество факторов. Расчет выполняется по приведен-ным 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, 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.

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