К ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

 

Гапоненко М.К., магистр; Ларина И.И, доц., к.т.н.

(Донецкий нацональный технический университет, г. Донецк, Украина)

 

В условиях дефицита энергетических ресурсов, роста стоимости электроэнергии, актуальна проблема энергосберегающих технологий транспортировки, потребления электроэнергии. Экономия электроэнергии достигается путем ее эффективного использования при работе отдельных промышленных систем и технологических установок.

Одним из мероприятий снижения потерь электроэнергии в сети является увеличение степени компенсации реактивной мощности. В 1997 г. была введена “Методика расчета платы за перетоки реактивной мощности”, чтобы стимулировать установку компенсирующих устройств (КУ) предприятиями. В соответствии с ней плата за потребление и генерацию реактивной электроэнергии состоит из трех составляющих: основная плата за потребление и генерацию реактивной энергии (П1), надбавка за недостаточное оснащение электрической сети потребителя КУ (П2) и скидка платы при участии потребителя в оптимальной суточной регуляции режимов сети (П3.). Основная плата П1 состоит из платы за потребление реактивной энергии и штрафа за ее генерацию во время ночного спада нагрузки. Величина штрафа в три раза превышает плату за потребление реактивной энергии.

Однако, “Методика…” не дает прямых указаний по расчету величины мощности КУ. Надбавка П2 ограничивается значением граничного коэффициента мощности cosφ_м = 0,97 (tgφ_м = 0,25). Его значение даже выше принятого в 70 годы прошлого века наибольшего cosφ = 0,95 [1].

Наилучший эффект от установки КУ - снижение потерь напряжения и электроэнергии - проявится в случае использования регулируемой КУ.

В работе выполнен выбор мощности компенсирующих устройств (КУ) на основании суточного графика реактивной нагрузки ПС «Бахмутская». Количество ступеней КУ определяется путем технико-экономического сравнения вариантов. С одной стороны, при большем количестве ступеней КУ уменьшаются потери электроэнергии, с другой стороны, увеличиваются расходы на компенсацию и коммутационную аппаратуру. Самым лучшим считается вариант, который имеет наименьшие приведенные затраты:

 

З = З_к + З_в + И_Δŵ + П,

 

где З_к – расходы на компенсацию;

З_в – затраты на коммутационную аппаратуру;

И_Δŵ – расходы, связанные с покрытием потерь электроэнергии;

П – плата за перетоки реактивной мощности.

При нерегулируемой КУ (m = 1) условию минимума приведенных затрат отвечает мощность Q_к1, равная среднему значению Q_с исходного графика. При любом количестве m значение каждой ступени регулируемой КУ находится следующим образом. При двух степенях регулирования переключение с одной ступени на другую выполняется при пересечении графиком Q(t) уровня Q_р срабатывания регулятора, который принят равным значению Q_с исходного графика: Q_р = Q_с. Этот процесс отражен на УД (рис. 1). Уровень Q_р пересекает упорядоченной диаграммы (УД) в точке с координатами (E_p1, Q_р) и разбивает ее по вертикали на две зоны: 1 и 2. Среднее значение реактивной мощности в каждой из этих зон (Q_с1, Q_с2) будет мощностями ступеней КУ Q_к1 и Q_к2.

 

Рисунок 1 – Определение мощности ступеней КУ при m = 2

 

Так как продолжительность каждой зоны УД отличается от единицы, то среднее значение в зоне рассчитывается по формуле:

 

 

где Е – относительная продолжительность зоны;

N1 – число прямолинейных участков, которыми заменяется УД в зоне;

Е_j –относительная длительность прямолинейного участка.

При использовании трехступенчатой КУ получаем:

 

Мвар;

 

Мвар;

 

Мвар

 

Результаты расчета приведены в табл. 1.

Таблица 1– Мощности КУ и относительная продолжительность работы при разлных m

m	первая ступень		вторая ступень		третья ступень
	Qк1, Мвар	Е1, в.о.	Qк2, Мвар	Е2, в.о.	Qк2, Мвар	Е3, в.о.
1	3,05	1	–	–	–	–
2	4,22	0,49	1,84	0,51	–	–
3	5,22	0,19	3,06	0,555	1,1	0,255

Экономические расчеты приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Экономические показатели при выборе мощности регулируемой КУ

Показатели	m = 0	m = 1	m = 2	m = 3
Потребляемая энергия:
активная, МВт·ч	49081,55
реактивная Мвар·ч	28614,62	7234,63	5173,18	4021,51
Генерация реактивной энергии, Мвар·ч	0	5628,3	3390,85	1653,45
tg φ	0,583	0,147	0,105	0,082
Коэффициент kj	1,1089	1	1	1
Основная плата П1, т.грн.	416,613	351,158	223,391	130,730
за потребление	416,613	105,365	75,287	58,541
за генерацию	0,000	245,837	148,104	72,189
Надбавка П2, т.грн.	58,990	0,000	0,000	0,000
Суммарная плата, т.грн.	475,603	351,158	223,391	130,730
З, т.грн.	46,462	113,965	158,065	199,476
З с учетом платы заQ , т.грн.	522,065	465,123	381,456	330,206

 

Данные табл. 2 свидетельствуют, что целесообразнее использовать трехступенчатое регулирование КУ - расходы на установление и эксплуатацию наименьшие.

Мощность КУ комплектуется стандартными конденсаторными устройствами. Подбор номинальных устройств КУ начинается со ступени, имеющий наименьшую мощность. Мощность большей ступени определяется путем добавления к мощности меньшего КУ Q_{к і} некоторого приращения ΔQ_{к і+1}. Мощность приращения определяется как разность между необходимой мощностью большей степени Q_{к і+1} и номинальной мощностью меньшей степени:

 

ΔQ_{к і+1} = Q_{к і+1} - Q_{к і ном}.

 

По величине ΔQ_{к і+1} определяется номинальная величина мощности КУ ΔQ_{к і+1 ном}. Номинальная мощность большей степени будет равна:

 

Q_{к і+1 ном} = Q_{к і ном} + ΔQ_{к і+1 ном},

 

Устройства Q_{к і ном} и ΔQ_{к і+1 ном} подключаются к сети через собственные выключатели, а мощность Q_{к і+1 ном} обеспечивается при их совместном включении.

Выбор мощности КУ при трехступенчатом регулировании приведен в табл. 3.

Таблица 3 - Выбор номинальных мощностей КУ

Номер m	Устройство	Необходимая мощность устройства Qк или ΔQк, Мвар	Число, тип и мощность комплектных КУ	Суммарная номинальная мощность Qк или ΔQк, Мвар
3	Qк3	1110	2 УКЛ(П)-6-450	900
2	ΔQк2	2160	2 УКЛ(П)-6-900	1800
	Qк2	3060		2700
1	ΔQк1	2520	2 УКЛ(П)-6-1350	2700
	Qк1	5220		5400

 

Библиографические даннные

 

1.     Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях. – М: Энергия, 1974. – 72 с.