На даний час для промислових підприємств особливо актуальне енергозбереження, оскільки в умовах постійного зростання вартості енергоносіїв і фінансової кризи впровадження енергозберігаючих заходів є одним з найефективніших засобів зниження собівартості продукції, що виробляється підприємством, а так само збільшує конкурентоспроможність при діючих ринкових відносинах та монополізації приватними власниками енергетичної сфери.
Найбільш поширеною і актуальною складовою таких програм енергозбереження є зниження втрат електроенергії за допомогою компенсації реактивної потужності, оскільки вона забезпечує достатньо малі строки окупності (від 6 до 18 місяців) [1], відрізняється порівняльною простотою експлуатації та обслуговування й досить високою надійністю обладнання, необхідного для цієї мети.
Компенсація реактивної потужності – одна з актуальних задач при оптимізації режиму напруги та електроспоживання з метою зниження втрат і підвищення показників якості електроенергії. Крім того, компенсація реактивної потужності дозволяє зменшити плату промислового підприємства за реактивну енергію. Отже, компенсація реактивної потужності дуже актуальна і економічно виправдана, особливо для промислових підприємств.
Метою роботи є зниження втрат електроенергії в промислових електричних мережах, витрат на їх спорудження й експлуатацію шляхом вибору оптимальних місць підключення та потужності джерел реактивної енергії.
Завданням дослідження є подальше вдосконалення і оптимізація розробленої на кафедрі ЕПМ ДонНТУ програми.
У статті [2] розглядається питання оптимізації режиму напруги та електроспоживання на промисловому підприємстві. Рішення якого полягає в необхідності забезпечити підтримку заданого балансу реактивної потужності і визначити раціональні місця приєднання компенсуючих установок, що є передумовою для найбільш ефективної компенсації. У статті вирішуються два завдання: оптимальна компенсація реактивної потужності в підключених лініях і в електротехнічному комплексі підприємства в цілому. Математичні моделі електротехнічних комплексів дозволяють моделювати усталені та динамічні процеси в системі електропостачання в ієрархічному порядку при різних схемах включення конденсаторних установок і зміну місць їх приєднання, а так само при збуреннях вхідної напруги. При дослідженні динамічних процесів у системі електропостачання були розроблені методи розрахунків енергетичних параметрів електротехнічних комплексів у характерних точках електропостачання.
У статті [3] розглядається проблема оптимізації компенсації реактивної потужності (КРП) у мережі промислового підприємства, рішення якої полягає у визначенні місця розташування пристроїв КРП і значень шунтуючих ємностей. Рішенням є єдиний оптимальний варіант, вибір якого залежить від прийнятих обмежень і присвоєння ваг критеріям. Автор пропонує алгоритм, який дозволяє при невеликих витратах часу отримати кілька оптимальних варіантів КРП, а це дає можливість зробити усвідомлений вибір особі, що приймає рішення. При цьому навіть у разі збільшення розгалуженості і складності розглянутої мережі за допомогою генетичних алгоритмів можна як і раніше отримувати рішення за прийнятний проміжок часу. Очевидний недолік такого підходу – залежність кінцевого результату від прийнятих вихідних припущень.
У статті [4] автор розкриває переваги використання конденсаторних батарей, дає оцінку переваг і області застосування основних видів компенсації: індивідуальної, групової і централізованої.
Залежно від підключення конденсаторної установки можливі наступні види компенсації:
Індивідуальна або постійна компенсація, при якій індуктивна реактивна потужність компенсується безпосередньо в місці її виникнення, що веде до розвантаження живлячих ліній електропередач (для окремих споживачів з постійною або щодо великою потужністю, що працюють в тривалому режимі – асинхронні двигуни, трансформатори, зварювальні апарати, індукційні печі, розрядні лампи, тощо).
Групова компенсація, в якій аналогічно індивідуальній компенсаціі для декількох одночасно працюючих індуктивних споживачів підключається загальний постійний конденсатор. Тут також розвантажується лінія, по якій здійснюється передача електроенергії, але тільки до місця підключення КБ.
Централізована компенсація, при якій певне число конденсаторів підключається до головної або групової розподільної шафи. Таку компенсацію застосовують, зазвичай, у великих електричних системах зі змінним навантаженням. Управління такою конденсаторною установкою виконує електронний регулятор-контролер, який постійно аналізує споживання реактивної потужності від мережі. Такі регулятори включають або відключають конденсаторні батареї, за допомогою яких компенсується миттєва реактивна потужність загального навантаження і, таким чином, зменшується сумарна потужність, споживана від мережі.
Використання конденсаторних установок дозволяє:
- розвантажити живлячі лінії електропередач, трансформатори і розподільні пристрої;
- знизити витрати на оплату електроенергії;
- при використанні певного типу установок знизити рівень вищих гармонік;
- зменшити мережеві перешкоди, знизити несиметрії фаз;
- зробити розподільні мережі більш надійними і економічними.
У своїх магістерських роботах [5] і [6], магістри Солоденко Є.А. і Савенков К.Г., під керівництвом доц. каф. ЕПМ Погрібняк Н.М., запропонували алгоритм вибору оптимального місця розміщення конденсаторних батарей (КБ) та доцільності використання синхронних двигунів для компенсації реактивної потужності. Для вирішення досліджуваної задачі була складена функція розрахунку приведених витрат у мережі електропостачання промислового підприємства із застосуванням компенсації реактивної потужності КБ, які підключені до шин головної знижувальної підстанції (ГЗП), розподільного пункту (РП), цехових трансформаторних підстанцій (ЦТП) напругою 0,4 кВ, високовольтними синхронними двигунами (СД), підключеними до РП або ГЗП.
Розрахунок приведених витрат виконується на основі результату вибору потужностей ЦТП, перерізів кабельних ЛЕП, фактичної схеми мережі електропостачання промислового підприємства, обмежень у 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.
Приведені витрати на мережу внутрішнього електропостачання є функцією багатьох змінних - потужностей КБ, підключених до вузлів мережі (РП, ГЗП, шини 0,4 кВ ЦТП) і реактивних потужностей, що генеруються високовольтними СД. Для пошуку мінімуму функції приведених витрат спочатку визначаються початкові наближення, далі числовими методами визначаться оптимальні значення реактивних потужностей, що генеруються синхронними двигунами і конденсаторними батареями, при яких приведені витрати мінімальні.
Далі здійснюється вибір комплектних конденсаторних установок і розрахунок напруги у вузлах електричної мережі з урахуванням компенсації реактивної потужності.
Недоліком запропонованого підходу є використання застарілого економічного критерія (приведені витрати) і складність розрахунку при пошуку мінімуму функції приведених витрат.
У роботі передбачається, спираючись на наявний досвід і алгоритми, запропонувати нове рішення задачі. В якості економічного критерія буде прийнята чиста поточна вартість (інтегральний економічний ефект). Крім того, пошук оптимального способу компенсації реактивної потужності буде виконуватися як в цілому для всієї мережі внутрішнього електропостачання підприємства, так і для окремих вузлів і ділянок мережі. Розроблені алгоритми можуть застосовуватися не тільки для оптимізації компенсації реактивної потужності, але і для вибору оптимальної схеми розподілу електроенергії по території підприємства. Питання адаптації програми для цієї мети також буде розглядатися.
Вихідні дані, необхідні для вирішення поставленого завдання, проміжні та остаточні результати розрахунків будуть зберігатися у двох масивах: дані по мережі і дані щодо синхронних двигунів. Ці масиви передаються в окремі функції і повертаються ними, поповнені результатами розрахунків. Таким чином, в них після виконання розрахунку у ході оптимізації, міститься повна інформація по мережі, починаючи з навантажень окремих ділянок та вузлів, закінчуючи вибраними трансформаторами, кабелями, втратами електроенергії в них, вартістю вибраного обладнання, необхідними потужностями конденсаторних батарей, результатами вибору комплектних конденсаторних установок [7,9,11].
Розроблена програма дозволяє виконувати розрахунок для мережі промислового підприємства будь-якої конфігурації. Це досягається завдяки розробленому простому і наочному способу представлення схеми електропостачання та алгоритму її аналізу. Для представлення схеми електричної мережі використовуються вкладені масиви. Для цього схема мережі задається спеціальною матрицею. Ця матриця складається з двох стовпців і може містити вкладені масиви. Для позначення елементів мережі використовуються коди: 0 - ГЗП, від 1 до 99 - ТП, більше 99 - РП. Інформація про ділянки електричної мережі в матриці, яка описує схему з'єднань, записується в рядках. Для радіальної ЛЕП, що живить ТП, в першому стовпці міститься вектор, елементи котрого являються кодами ТП, записаними в порядку з'єднання в магістраль, в іншому стовпці для магістралі, як і для ТП, записується 0. Для РП в першому стовпці записується код РП, в другому - матриця, яка описує ділянку мережі, підключеної до РП та яка має структуру, аналогічну вихідної матриці, так як до РП можуть підключаться споживачі з номінальною напругою 10 кВ, магістральні та радіальні ЛЕП , які живлять ТП та інші РП [8,10].
Новизна даної роботи полягає у комплексному підході до вирішення задачі компенсації реактивної потужності. Пропонується методика і програма вибору оптимального розміщення та вибору місць підключення джерел реактивної енергії в мережі електропостачання промислового підприємства будь-якої конфігурації.
Складена програма забезпечує вибір оптимального розміщення конденсаторних батарей в мережі промислового підприємства і доцільний рівень компенсації реактивної потужності за критерієм чистої поточної вартості.
Програму можна використовувати для вибору оптимальної схеми електропостачання промислового підприємства з урахуванням компенсації реактивної потужності.
При написанні даного автореферату магістерська робота не завершена. Остаточне завершення у грудні 2010 р. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.
1. Конденсаторные установки. Особенности компенсации реактивной мощности в сетях промышленных предприятий http://n-tel.com.ua/nov1.html
2. Нурбосынов Д.Н., Табачникова Т.В., Гарифуллина А.Р., Смирнова С.И. Оптимальная компенсация реактивной мощности в электротехнических комплексах нефтегазодобывающего предприятия // Промышленная энергетика 2010- №2. С. 40 - 41.
3. Лоскутов А.Б., Еремин О.И. Многоцелевая оптимизация компенсации реактивной мощности в электрических сетях //Промышленная энергетика 2006 – №6. С. 39 – 41
4. Реактивная мощность, способы и виды (средства) компенсации реактивной мощности http://www.nucon.ru/reactive-power/reactive-power-and-types-of-compensation.php
5. Солоденко Е.А. Оптимизация компенсации реактивной мощности в электрической сети промышленного предприятия http://masters.donntu.ru/2008/eltf/solodenko/diss/index.htm
6. Савенков К.Г. Оптимизация компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия http://www.masters.donntu.ru/2009/eltf/savenkov/diss/index.htm
7. 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.
8. Овчаренко А.С., Розинский Д.И. Повышение эффективности электроснабжения промышленного предприятия. – Киев: Техника, 1989. – 206с.
9. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / И. А. Сыромятников. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240с.
10. 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.
11. Рогальський Б. С., Завальнюк Г. Б., Кузьменко М. В., Грицюк Ю. В. Використання синхронних двигунів для забезпечення технічних значень вхідних реактивних потужностей, заданих енергопостачальною компанією. // Промышленная энергетика. – 2006. – № 6. – С. 54 – 58.