Зайнутдінова Тетяна Володимирівна

Вступ

Аналіз фактичних витрат електроенергії в Україні в останні роки [1] свідчить про перевищення відповідних показників, характених для країн Західної Європи. Особливо це стосується розподільних електромереж, для яких крім конструктивного невідповідності сучасним умовам експлуатації, характерний негативний вплив з боку магістральних електромереж, обумовлений неоднорідністю останніх.

Головною причиною підвищеної витрати електроенергії, зокрема технічної складової втрат, є низька ефективність енергозберігаючих заходів, що, в свою чергу, обумовлено недостатнім рівнем автоматизації контролю та управління режимами магістральних і розподільних електромереж.

1. Актуальність теми

Надійність і економічність роботи мережі в першу чергу визначається якістю проектування системи електропостачання та її подальшого розвитку. Оптимізація потокорозподілу потужності в електричних мережах досягається наступними шляхами: включенням в контури установок поздовжньої компенсації; поздовжнім і поздовжньо-поперечним регулюванням; розмиканням частини контурів замкнутої мережі; застосуванням вставок постійного струму (ВПС); використанням керованих ліній електропередачі [2,3].

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі оптимізації потокорозподілу потужності різними можливими методами і аналізу їх достоїнств і недоліків. В якості основного інструменту дослідження виступає програмне забезпечення PowerFactory.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою дослідження є вивчення методів оптимізації потокорозподілу потужності в електричних мережах напругою 35-110 кВ.

Основні завдання дослідження:

1. Аналіз основних методів оптимізації потокорозподілу потужності.
2. Оцінка їх достоїнств і недоліків для досліджуваної ділянки мережі.
3. Застосування заходiв розщеплення замкненого кола по точці потокорoзділу, для реальної ділянки ЕЕС.
4. Економічне обгрунтування методів оптимізації потокорозподілу.
5. Аналіз впливу цих методів на параметри режиму мережі.

Об'єкт дослідження: зміна перетоків потужності на ділянці ЕЕС.

Предмет дослідження: ділянка електричної мережі при реалізації методів оптимізації в середовищі програми PowerFactory.

В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за наступними напрямками:

• обгрунтування ефективності застосування заходу розщеплення мережі по точці потокорозподілу реальної ЕЕС;
• економічне обґрунтування застосування методів оптимізації потокорозподілу.

3. Оптимізація режимів електричних мереж з високим ступенем неоднорідності

Електричні системи не є оптимальними з точки зору витрат електроенергії при її виробництві, транспортуванні та розподілі. Однією з основних причин неоптимальности режимів електроенергетичних систем є неоднорідність [3,4].

Неоднорідність приводить к:

• зниженню якості електроенергії;
• додатковому завантаженню мереж нижчих рівнів напруг;
• зниженню рівня статичної та динамічної стійкості ЕЕС [5-7].

Оптимізація природного розподілу потоків потужності в замкнутих мережах може бути досягнута наступними шляхами:

1. Включенням в контури мережі пристроїв поздовжньої компенсації (ППК) у вигляді батарей статичних конденсаторів або груп реакторів.
2. Включенням в контури мережі поздовжньо-поперечних вольтододаткових трансформаторів.
3. Розмиканням контурів замкнутої мережі.

3.1 Оптимізація режиму роботи мережі за рахунок застосування установок поздовжньої компенсації

З метою підвищення ефективності роботи вже існуючих ліній електропередач, а так само для поліпшення їх пропускної спроможності, застосовують пристрої поздовжньої компенсації реактивної потужності.

Поздовжня компенсація реактивної потужності передбачає додаткове включення конденсаторів послідовно з навантаженням через вольтододаткові трансформатори.

До переваг застосування установок поздовжньої компенсації відносяться:

• збільшення переданої по лінії потужності;
• підвищення стабільності роботи енергосистем при пікових навантаженнях;
• значне зниження втрат активної потужності;
• підвищення якості електроенергії в мережах;
• висока економічність розподілу потужності в паралельних лініях;
• зникає необхідність зведення джерел генерації на віддалених територіях.

Недоліком є те, що конденсатори для поздовжньої компенсації реактивної потужності включаються послідовно в ланцюг змінного струму, через них тече повний струм лінії, і струм короткого замикання, в разі виникнення такого, теж потече через них [9].

3.2 Оптимізація режиму роботи мережі за допомогою вольтододавального трансформатора

Одним з простих і ефективних способів, що дозволяють підтримувати оптимальні напруги в вузлах навантаження та оптимізувати режими роботи неоднорідних мереж, є застосування ВДТ з поздовжньо-поперечним регулюванням коефіцієнта трансформації.

Вольтододаткові трансформатори (рис. 3.1) використовуються для регулювання напруги на шинах підстанцій, де встановлені трансформатори без регулювання коефіцієнта трансформації під навантаженням.

Вольтододаткові трансформатори мають досить малі активні опори і значно більші реактивні. При наближених проектних розрахунках можна знехтувати впливом опорів ВДТ на вибір оптимальних значень е. р. с. [8].

3.3 Оптимізація режиму роботи неоднорідних мереж шляхом розмикання контурів

Ефективним і практично не вимагаючим вкладень додаткових коштів є розмикання контурів електричної мережі рис. 3.2.

Це найбільш поширений спосіб зменшення втрат, основним завданням якого є визначення таких точок розмикання, при яких втрати потужності стають мінімальними.

Однак цей захід доцільна лише тоді, коли точки розділу потужностей при природному та економічному розподілі не збігаються.

Недоліком такого заходу є зниження надійності. Тому попередньо треба вирішити питання про допустимість розмикання з точки зору надійності електропостачання та режимів напруги [9].

Доцільність розмикання підтверджується порівнянням втрат потужності у всіх елементах замкнутї ділянки мережі до і після розмикання.

4. Оптимізація розподілу електроенергії шляхом компенсації реактивної потужності

4.1 Розподіл реактивної потужності

Оптимальний розподіл реактивних потужностей – одна з найважливіших завдань при експлуатації і проектуванні електричних систем.

У всіх нормальних режимах повинен бути забезпечений необхідний резерв реактивної потужності. Резерв повинен передбачати можливості виведення окремих генераторів в ремонт, аварійного відключення генераторів, а також відключення окремих ліній мережі, що призводить до зростання втрат реактивної потужності і зниження рівнів напруг.

У всіх сталих режимах роботи енергосистеми повинні дотримуватися умови балансу реактивних потужностей. При відносно невеликому дефіциті реактивної потужності в системі відбувається зниження рівнів напруг.

4.2 Компенсація реактивної потужності

Компенсація реактивної потужності відноситься до найважливіших заходів по зменшенню втрат потужності в розподільних мережах [9].

Компенсація реактивної потужності виробляється:

• синхронними компенсаторами (СК);
• батареями конденсаторів (БК).

Синхронний компенсатор – це синхронний двигун, який працює в режимі холостого ходу, тобто практично без активного навантаження на валу. Таким чином, СК завантажений лише реактивним струмом.

Переваги СК:

• можливість збільшення генерується потужності при зниженні напруги в мережі за рахунок регулювання струму збудження;
• можливість плавного і автоматичного регулювання реактивної потужності.

Після установки в кінці лінії у споживача КУ (рис. 4.1) лінія розвантажується по реактивної потужності, збільшується cosφ і зменшуються втрати в лінії.

Батареї конденсаторів комплектуються з окремих конденсаторів, які з'єднуються послідовно і паралельно.

Батареї конденсаторів застосовуються:

• для генерації реактивної потужності в вузлах мережі – поперечна компенсація. Батареї конденсаторів називають шунтовимі (ШБК);
• для зменшення індуктивного опору ЛЕП – поздовжня компенсація. Батареї конденсаторів називають пристроями поздовжньої компенсації (ППК).

Установка БК поблизу споживачів дозволяє розвантажити елементи мережі по реактиву, за рахунок чого відбувається зниження втрат активної потужності. Крім того їх застосування дозволяє знизити рівень падіння напруги в мережі, і підвищити напругу на шинах споживачів. Вплив різних потужностей БК на втрати потужності і рівень падіння напруги, для найпростішої мережі, представлено на рис. 4.3.

Висновки

Виконаний в магістерської дисертації аналіз дозволяє зробити висновок, що застосування в ЕЕС методів оптимізації дозволяє підвищити надійність енергосистеми, знизити втрати електроенергії і підвищити рівень напруги поблизу споживачів.

В рамках проведених досліджень виконано:

• на підставі аналізу літературних джерел виділено основні варіанти оптимізації потокорозподілу потужності;
• проведено економічне обгрунтування методів оптимізації потокорозподілу;
• здійснений попередній аналіз основних методів оптимізації потокорозподілу потужності.

На момент написання даного реферату магістерська робота ще не завершена. Передбачувана дата завершення: травень 2019 року. У даний реферат вноситимуться зміни в міру виконання роботи. Остаточну роботу можна буде отримати у автора або його керівника після зазначеної дати завершення написання.

Список джерел

1. Стогний, Б. С. Основные параметры энергообеспечения национальной экономики на период до 2020 года [Текст] / Б. С. Стогний, О. В. Кириленко, А. В. Праховник, С. П. Денисюк. – К.: Издательство Института электродинамики НАН Украины, 2011. – 275 с.
2. Оптимизация потокораспределения активных мощностей в замкнутых сетях / А. Г. Шестак; науч. рук. Е. В. Мышковец // Актуальные проблемы энергетики (апрель 2003 года) / ред. колл.: С. М. Силюк [и др.]. – Минск : БНТУ, 2003. – С.6.
3. Холмский, В. Г. Оптимизация потокораспределения в замкнутых электрических сетях с высокой степенью неоднородности [Текст] / В. Г. Холмский // Электричество. – 1965. – № 9. – С. 16–21.
4. Лежнюк, П. Д. Моделирование компенсации влияния неоднородности электрических сетей на экономичность их режимов [Текст] / П. Д. Лежнюк, В. В. Кулик, Д. І. Оболонський // Электричество. – 2007. – № 11. – С. 2–8.
5. Кузнецов В. Г., Тугай Ю. И., Баженов В. А. Оптимизация режимов электрических сетей. – К.: Наукова думка, 1992. – 216 с.
6. Чебан В. М., Ландман А. К., Фишов А. Г. Управление режимами электроэнергетических систем в аварийных ситуациях. – М.: Высшая школа, 1990. – 144 с.
7. Лежнюк П. Д., Ярных Л. В. Расчет токораспределения в электрической сети // Электричество. – 1982. – № 8. – С. 10–14.
8. Холмский В. Г. Расчет и оптимизация режимов электрических сетей. – М.: Высшая школа, 1975. – 280 с.
9. Идельчик В. И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.: ил.