| 
||
ДонНТУ>
Портал магістрів ДонНТУ
Проблема підвищення ефективності виробництва, передачі і споживання електроенергії актуальна хоча б тому, що зменшення енергоємності продукції дозволяє знижувати її собівартість і підвищити конкурентоспроможність. Актуальність цієї проблеми посилюється в країнах з обмеженими енергоресурсами (до таких країн можна віднести Україну, яка за рахунок своїх енергоресурсів задовольняє близько 50% потреб в енергоносіях). Ця проблема набуває надзвичайної актуальності в умовах, коли ціна імпортних енергоносіїв перевищує прийнятну для економіки країни межу [1].
Компенсація реактивної потужності особливо актуальна для промислових підприємств. Значення реактивної потужності в електричній мережі промислового підприємства визначається параметрами і режимом роботи електроприймачів. Перетоки реактивної потужності є вимушеним баластом електричної мережі, їх наявність приводить до таких негативних явищ, як: збільшення навантаження; перевантаження ліній електропередач реактивними струмами, що збільшує активні втрати при передачі електроенергії до споживачів; збільшення суми платежу за споживану електроенергію. Саме тому вони повинні бути обмежені. Досягнути цього можна за допомогою вироблення частини необхідної реактивної потужності підключеними до шин відповідних енергоспоживаючих установок джерелами реактивної потужності.
Компенсація реактивної потужності забезпечує зниження втрат електричної енергії і витрат на споруду і експлуатацію електричних мереж.
Із вище сказаного витікає, що задача компенсації реактивної потужності на промислових підприємствах необхідне, економічно виправдане не тільки в рамках самого підприємства, але і для всієї енергосистеми в цілому.
Метою роботи є зниження приведених витрат на систему електропостачання промислового підприємства з урахуванням плати за реактивну енергію, втрат електроенергії в електричних мережах шляхом оптимального розміщення конденсаторних батарей і вибору режиму роботи синхронних двигунів з точки зору компенсації реактивній потужності в мережі промислового підприємства.
Завданням досліджень є подальше вдосконалення відповідальної програми.
У статті [2] розглядається проблема оптимізації компенсації реактивної потужності (КРП) в мережі промислового підприємства, вирішення якої полягає у визначенні місця розташування пристроїв КРП і значень шунтуючих ємностей. Рішенням є єдиний оптимальний варіант, вибір якого залежить від прийнятих обмежень і врахування ваги критеріїв. Автор пропонує алгоритм, який дозволяє при невеликих витратах часу отримати декілька оптимальних варіантів КРП, а це дає можливість зробити усвідомлений вибір особі, що ухвалює рішення. При цьому навіть у разі збільшення розгалуженості і складності даної мережі за допомогою генетичних алгоритмів можна як і раніше отримувати рішення за прийнятний інтервал часу. Очевидні недоліки подібного підходу – відсутність альтернативних рішень і неочевидна залежність кінцевого результату від прийнятих початкових припущень.
У [3] розглядається система електропостачання об'єкту (СЕО) середньої потужності (рис.2), в яку входять радіальні кабельні лінії (КЛ) напругою 10 кВ, батареї статичних конденсаторів (БСК) напругою до 1 кВ БН і вище 1 кВ БВ, чарунки розподільних пристроїв (КРУ) на головній знижувальній підстанції (вимикачі В) і цехові комплектні трансформаторні підстанції (КТП) 10/0,4 кВ. Автором запропонована методика визначення питомих дисконтованих витрат на одиницю розрахункової середньої потужності навантаження до 1 кВ СЕО з радіальною схемою 6-10 кВ. При обчисленні сумарних питомих витрат враховуються витрати на трансформаторні підстанції 10/0,4 кВ, батареї статичних конденсаторів високої і низької напруги, кабельних ліній, чарунки КРУ і витрати на відшкодування втрат електроенергії в елементах СЕО. Недоліком методу є те, що він призначений тільки для радіальних схем електропостачання, що робить неможливим його застосування для розгалуженої мережі промислового підприємства.
У [4] автор статті дає загальну характеристику споживачам реактивної потужності. Також він описує основні види компенсації. Це індивідуальна компенсація, групова компенсація, централізована компенсація. Далі автор указує деякі основні параметри до і після компенсації. У своїй статті він рекомендує для використання у якості компенсації MKPg – нове покоління сухих конденсаторів виробництва фірми Electronicon.
Ігнаткіна Ірина Сергіївна і Солоденко Олена Олександрівна під керівництвом Погрібняк Наталії Миколаївни в своїх магістерських роботах [5] і [6] відповідно запропонували алгоритм вибору оптимального місця встановлення конденсаторних батарей (КБ). Для вирішення завдання було запропоновано скласти функцію розрахунку приведених витрат на мережу електропостачання промислового підприємства з урахуванням можливості компенсації реактивної потужності КБ, які підключені до шин головної знижувальної підстанції (ГЗП), розподільного пункту (РП), цехових трансформаторних підстанцій (ЦТП) 0,4 кВ, високовольтними синхронними двигунами (СД), підключеними до РП або ГЗП. Приведені витрати в цьому випадку будуть функцією багатьох змінних – потужностей КБ, підключених до вузлів мережі (РП, ГЗП, шини 0,4 кВ ЦТП) і реактивних потужностей, що генеруються високовольтними СД.
У своїй роботі Солоденко О.О. [6] розрахунок приведених витрат виконує на основі результату вибору потужностей ЦТП, перетинів кабельних ЛЕП, фактичної схеми мережі електропостачання промислового підприємства, обмежень в генерації реактивної потужності синхронними двигунами за умовами нагріву обмоток ротора і статора, втрат електроенергії в КБ і СД. Для проведення цих розрахунків розроблені відповідні допоміжні функції.
Далі автор зводить задачу до визначення потужностей КБ і реактивних потужностей, які генеруються СД, при яких приведені витрати приймають мінімальне значення.
Успішність пошуку рішення багато в чому визначається значеннями початкових наближень шуканих змінних. Для визначення початкових наближень потужностей КБ і реактивних потужностей, які генеруються СД, в своїй роботі Солоденко О.О. запропонувала розглядати кожне джерело реактивної потужності окремо і складати функції залежності приведених витрат на ділянку електричної мережі від реактивної потужності, що генерується цим джерелом. Таким чином, для кожного джерела вона має функцію однієї змінної, мінімум якою визначає числовим методом (золотого перетину).
По запропонованому алгоритму автор роботи склала відповідну програму. Вона дозволяє визначити потужності КБ, які необхідно підключити до вузлів електричної мережі і реактивні потужності, які доцільно генерувати СД, при яких річні приведені витрати мають найменше значення. Програма враховує приведені витрати на КБ, ЛЕП, КТП, додаткові втрати активної потужності в СД і КБ на генерацію реактивної, обмеження реактивної потужності СД за умовами нагріву обмоток статора і ротора, втрати електричної енергії в мережі, плату за реактивну електричну енергію. Також програма дозволяє виконувати вибір потужностей КБ не тільки за критерієм річних приведених витрат, але і за іншими критеріями, наприклад, за втратами електричної енергії.
Промислові підприємства мають розгалужену мережу і велике число електроприймачів, споживаючих реактивну потужність. Тому для них актуальне питання про компенсацію реактивної потужності (КРП). КРП можна виконати за допомогою конденсаторних батарей (КБ), які підключаються до шин 6-10 кВ головній знижувальній підстанції (ГЗП), до розподільних пунктів (РП) або до шин цехових трансформаторних підстанцій (ЦТП) 0,4 кВ [7,8] і за допомогою високовольтних синхронних двигунів (СД) [9]. Але необхідно визначити потужність пристроїв КРМ і їх оптимальне розміщення в мережі підприємства.
На вибір місця підключення та потужності конденсаторних батарей впливає безліч чинників, серед яких такі, як:
• зниження втрат електроенергії в лініях і трансформаторах;
• можливість вибору трансформатора меншої потужності на ЦТП;
• зменшення перетинів кабельних ліній електропередач;
• вартість встановлених КБ;
• втрати активної потужності в КБ на генерацію реактивної;
• вартість комутаційних апаратів для підключення КБ.
Величина реактивної потужності, що генерується високовольтними СД, визначається за такими умовами:
• повинне враховуватися активне навантаження СД;
• втрат активної потужності в СД на генерацію реактивної;
• реактивного навантаження мережі споживача;
• можливість використання высокольтных СД для КРП обов'язково повинна бути перевірена за умовами нагріву обмоток статора і ротора.
Із всього вище сказаного витікає, що вибір оптимальних місць підключення пристроїв КРП залежить від багатьох параметрів. Вибір оптимального рішення може бути зроблений на основі техніко-економічного розрахунку, наприклад, по мінімуму приведених витрат, або по інших критеріях. Для цього складається функція для розрахунку приведених витрат залежно від потужностей КБ, підключених до вузлів мережі, і реактивних потужностей, що генеруються високовольтними СД. Далі числовими методами визначається мінімум цієї функції.
Тому для вирішення завдання важливим етапом є пошук початкових наближень. У роботі Солоденко О.О. [6] запропонован алгоритм визначення початкових наближень потужностей КБ і реактивних потужностей, що генерується СД. Початкові наближення, які визначаються запропонованим способом, дозволяють підвищити ефективність роботи програми. Але цей алгоритм досить складний, об'єм перевищує рішення самої задачі. У подальшій роботі передбачається його доопрацювання з метою можливого спрощення. Крім того, КРП впливає на напругу у вузлах мережі. Виконання розрахунку напруги разом з вибором оптимальної КРП для мережі будь-якої конфігурації буде виконано в цій програмі.
На перших етапах розробленої програми відпрацьовувався її алгоритм на прикладі розрахунків для обмеженого переліку електроустаткування [5] та [6]. Для повноцінного використання програми потрібне її доповнення довідковою інформацією, щодо електричного обладнання його вартості.
Використання розробленої програми дозволяє зменшити втрати електроенергії в мережі промислового підприємства і енергозабезпечувальної організації, оптимізувати плату за реактивну енергію, ухвалити рішення про доцільність використання СД для КРП, зменшити приведені витрати на систему електропостачання (СЕП). Програма може використовуватися як на стадії проектування СЕП для вибору її елементів, економічно доцільної схеми електропостачання в комплексі з компенсацією реактивній потужності, так і для підприємств, що діють.
При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2009 р. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.
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.