Источник: Электротехника, электроника и микропроцессорная техника — 2010 / Материали Всеукраинской научно-технической конференции студентов. — Донецк, ДонНТУ — 2010, с. 1-2.
В настоящее время для промышленных предприятий особенно актуально энергосбережение, поскольку в условиях постоянно дорожающих энергоносителей и сложившегося финансового кризиса внедрение энергосберегающих мероприятий является одним из эффективных способов снижения себестоимости продукции, увеличения ее конкурентоспособности. Наиболее распространенной и актуальной составляющей таких программ энергосбережения является компенсация реактивной мощности [1].
Компенсация реактивной мощности – одна из важных задач при оптимизации режима напряжения и электропотребления с целью снижения потерь и повышения показателей качества электроэнергии [2].
Целью работы является повышение эффективности систем электроснабжения промышленных предприятий путем выбора оптимальных мест подключения и мощностей источников реактивной энергии.
Для решения задачи составлена функция расчета приведенных затрат в сети электроснабжения промышленного предприятия с учетом компенсации реактивной мощности конденсаторными батареями (КБ), которые подключены к шинам напряжением 6 (10) кВ главной понижающей подстанции (ГПП), распределительных пунктов (РП), шинам напряжением 0,4 кВ цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП) и высоковольтными синхронными двигателями (СД), подключенными к РП или ГПП. Таким образом, приведенные затраты являются функцией многих переменных: мощностей КБ, подключенных к узлам сети (РП, ГПП, шины 0,4 кВ ЦТП) и реактивных мощностей, генерируемых высоковольтными СД. Далее задача сводится к определению мощностей КБ и реактивных мощностей, которые генерируются СД, при которых приведенные затраты принимают минимальное значение.
Следует отметить, что алгоритм функции определения приведенных затрат разработан таким образом, что расчет может выполняться для сети электроснабжения промышленного предприятия любой конфигурации, которая задается простым и наглядным способом с помощью матрицы, содержащей вложенные массивы. При расчете приведенных затрат выполняется выбор трансформаторов цеховых ТП, рассчитываются потери мощности и энергии в них, выполняется расчет нагрузок всех элементов электрической сети, выбор сечений кабельных ЛЭП, питающих цеховые ТП и РП, расчет потерь электроэнергии в них. Параллельно определяются приведенные затраты на все элементы сети с учетом компенсации реактивной мощности.
Для высоковольтных синхронных двигателей рассчитывается максимальная реактивная мощность, которая может быть ими генерирована с учетом допустимого нагрева ротора и статора [3], потери энергии в синхронных двигателях, возникающие в связи с генерацией реактивной мощности.
Программа состоит из отдельных функций, а исходные данные и результаты расчета и выбора элементов сети заносятся в одну и ту же матрицу, которая передается в каждую из функций и возвращается, пополненная результатами расчетов, выполненными в них. К концу расчета матрица содержит полную информацию относительно выбранного оборудования, кабелей, нагрузок элементов сети, потерь электроэнергии в них и другие результаты. Расчет приведенных затрат выполняется с учетом платы за реактивную энергию.
Расчет заканчивается выбором фактических мощностей конденсаторных батарей и расчетом напряжений в узлах электрической сети промышленного предприятия с учетом компенсации реактивной мощности.
Разработанная программа может быть использована для выбора оптимального способа компенсации реактивной мощности по минимуму приведенных затрат или потерь электроэнергии в сети как для проектируемого предприятия, так и для действующего.
Планируется в дальнейшем разработка модификации программы для выбора оптимальной схемы распределения электроэнергии на промышленном предприятии. Для этого существующая программа будет дополнена учетом стоимости коммутационных аппаратов, возможностью попарного сравнения всех рассматриваемых вариантов по приведенным затратам или другому экономическому критерию.
Успешность поиска минимума функции многих переменных численными методами во многом определяется значениями начальных приближений искомых переменных. Для определения начальных приближений мощностей КБ и реактивных мощностей, которые генерируются СД, предлагается рассматривать каждый источник реактивной мощности отдельно и составлять функции зависимости приведенных затрат от величины реактивной мощности источника на участок электрической сети, нагрузка которого зависит от реактивной мощности, генерируемой рассматриваемым источником. Таким образом, для каждого источника приведенные затраты на участок являются функцией одной переменной. Минимум этой функции определяет численным методом, а найденное значение реактивной мощности источника принимается в качестве начального приближения.
Использование разработанной программы позволяет снизить потери электроэнергии в сети промышленного предприятия и энергоснабжающей организации, оптимизировать плату за реактивную энергию, принять решение о целесообразности использования СД для КРМ, уменьшить приведенные затраты на систему электроснабжения.
Составленная программа обеспечивает выбор оптимального размещения конденсаторных батарей в сети промышленного предприятия и целесообразный уровень компенсации реактивной мощности высоковольтными синхронными двигателями.
Программу после доработки можно будет использовать для выбора оптимальной схемы электроснабжения промышленного предприятия с учетом компенсации реактивной мощности.