УДК 621.311
Источник: Інформатика та комп'ютерні технології - 2007 / Матеріали III науково-технічної конференції молодих учених та студентів. - Донецьк, ДонНТУ - 2007, с. 77-78.
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. Практика такого производства реактивной энергии широко распространена во всем мире и известна как компенсация реактивной мощности (КРМ).
Компенсация реактивной мощности обеспечивает снижение потерь электрической энергии и расходов на сооружение и эксплуатацию электрических сетей. Основным источником реактивной мощности на промышленном предприятии являются батареи конденсаторов, также для КРМ могут быть использовании синхронные двигатели, которые подключены к узлам нагрузок.
Для промышленных предприятий, которые по большей части имеют разветвленную электрическую сеть, нужно решать вопрос об оптимальном месте подключения конденсаторных батарей: к шинам напряжением 6-10 кВ главной понижающей подстанции (ГПП), к распределительным пунктам (РП) или к шинам напряжением 0,4 кВ цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП). Также нужно проверить возможность и целесообразность использования для КРМ синхронных высоковольтных двигателей (СД).
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 установленных конденсаторных батарей, потери активной электроэнергии на компенсацию реактивной. Оптимальная величина генерируемой реактивной мощности синхронного двигателя определяется с учетом активной нагрузки СД, реактивной нагрузки сети потребителя, потерь активной мощности в СД, возникающих при генерации реактивной. Также возможность применения СД для КРМ должна проверяться по условиям нагрева обмоток соответственно ротора и статора. Таким образом, при выборе оптимального варианта необходимо учитывать большое количество факторов.
Из возможных вариантов оптимальный может быть выбран на основе технико-экономического расчета, например, по минимуму приведенных затрат, или по другим критериям.
Для решения задачи предлагается составить функцию расчета приведенных затрат на сеть электроснабжения промышленного предприятия с учетом возможности компенсации реактивной мощности КБ, которые подключены к шинам ГПП, РП, ЦТП (0,4 кВ), высоковольтными 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.
Расчет приведенных затрат выполняется 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 задача сводится 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 работе предложено 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 имеем функцию одной переменной, минимум которой определяем численным методом (золотого сечения).
По предложенному алгоритму составлена соответствующая программа. Она позволяет определить мощности КБ, которые необходимо установить в узлах 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 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. Для совершенствования составленной программы требуется ее дополнение справочной информацией по электрическому оборудованию на напряжения 6, 10 кВ, кабелям разных марок, расчетом напряжений во всех точках сети с учетом КРМ, выбором мощностей стандартных КБ, подключенных к узлам сети.
Использование разработанной программы позволяет снизить потери электроэнергии в сети промышленного предприятия и энергоснабжающей организации, оптимизировать плату за реактивную энергию.
1. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей/ И. А. Сыромятников. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240с.
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. Овчаренко А.С., Розинский Д.И. Повышение эффективности электроснабжения промышленного предприятия. – Киев: Техника, 1989. – 206с.