Особенности режима работы действующих электрических сетей с учетом реактивной составляющей мощности

Автор:В.И.Скороблогатова, д-р техн. наук, Б.И.Кулик, ассистент

Источник:Издательство: Черниговский национальный технологический университет (Чернигов)

Аннотация:На примере продолжительного мониторинга режима работы действующей электрической сети предприятия пока- зано наличие высокой динамики нагрузки по реактивной мощности, значительно не совпадающей с динамикой нагрузки по активной мощности, в том числе по монотонности. Предложено ввести и определить группы оценок электрической нагрузки по реактивной мощности в действующей электрической сети, учитывающих характер и параметры нагрузки по реактивной мощности. Результаты работы рекомендуется использовать при алгоритмизации управления режимом работы действующей электрической сети посредством целевого управления потоками реактивной энергии.

Ключевые слова:действующая электрическая сеть, установившийся режим работы электрической сети, дискретные графики электрических нагрузок по мощностям, статистические оценки электрических нагрузок.

Введение. Реактивная энергия, передаваемая по электрическим сетям, необходима для создания условий работы электроустановок (электрических двигателей, трансформаторов и др.). Передача ее сопровождается дополнительным нагревом токоведущих частей сетевых электроустановок, а значит, и дополнительными потерями активной энергии и напряжения. Снижение последних, наряду с другими техническими мерами, достигается при компенсации реактивной мощности (КРМ). Процедура КРМ применительно к действующим электрическим сетям (ДЭС) включает в себя осуществление целевого управления режимом работы электроустановок, генерирующих реактивную энергию, и режимом работы приемников электроэнергии (одиночных, группы). Критерием эффективности управления служит достижение рациональных значений зависимых параметров установившегося режима работы сети, в том числе снижение потерь активной энергии и напряжения в ДЭС.

Изложение основного материала. Практика показывает, что электрические нагрузки по активной и реактивной мощностям в ДЭС динамичны и недетерминированы, что значительно осложняет решение задач КРМ. В данной работе это продемонстрировано на примере оценивания энергетического состояния района действующих электрических сетей предприятия Черниговское Химволокно с вводными фидерами 21 и 32 распределительной подстанции РП2. В качестве исходных параметров режима работы сети послужили получасовые нагрузки по активной и реактивной мощностям за каждые сутки марта месяца 2007 календарного года. Общее количество получасовых нагрузок по каждой составляющей равно 1448 единицам. Ниже приведена структурированная в табл. 1–5 информация, отображающая режим работы оцениваемой сети.

В графах 3, 4, 5, 6, 7 табл. 1 представлены частичные массивы получасовых электрических нагрузок по реактивной мощности по состоянию на 1, 4, 5, 15, 31 сутки марта месяца (всего 5 суток). Выбор этих массивов сделан из целесообразности демонстрации предельных оценок электрических нагрузок сети (максимум и минимум), приходящихся на март месяц. В графах 8 и 9 табл. 1 представлены статистические оценки получасовых нагрузок, соответствующие одним и тем же временным получасовым интервалам (графа 2) в течение марта месяца. В графе 1 представлена сквозная нумерация временных интервалов, соответствующих реальным интервалам времени суток, приведенным в графе 2. В качестве статистических оценок нагрузок по реактивной мощности взяты среднеарифметические значения получасовых нагрузок (оценки математических ожиданий М_mP) и среднеквадратические отклонения от них (σ_mP) [1].

В табл. 2 приведены статистические оценки получасовых нагрузок, соответствующие каждым из выбранных суток. В качестве этих оценок взяты также среднеарифмеические значения получасовых нагрузок конкретных суток (оценки математических ожиданий M_cP) и среднеквадратические отклонения от них (σ_cP).

В табл. 3 представлены частичные массивы получасовых электрических нагрузок по активной мощности по состоянию на демонстрационные сутки 1, 4, 5, 15, 31 марта и их месячные статистические оценки (M_mA и σ_mA), вычисленные по аналогии с вышеприве- денными статистическими оценками по реактивной мощности.

В табл. 4 приведены суточные статистические оценки получасовых электрических нагрузок по активной мощности (M_cA и σ_cA), вычисленные по аналогии с вышеприведенными статистическими оценками по реактивной мощности.

В табл. 5 представлены максимальные значения получасовых электрических нагрузок по активной мощности (P_max), реактивной мощности (Q_max) и полной мощности (S_max) с соответствующими им номерами временных интервалов на каждых из выбранных суток.

В табл. 1 и 3 заливкой выделены минимальная и максимальная (36 кВАр и 1576 кВАр соответственно) получасовая нагрузка по реактивной мощности, а также минимальная и максимальная (1892 кВт и 5488 кВт соответственно) получасовая нагрузка по активной мощности. Минимальная нагрузка по реактивной мощности составляет 2,3 % от максимальной реактивной, а минимальная нагрузка по активной – 34,5 % от максимальной активной нагрузки. Это служит подтверждением наличия высокой динамики нагрузки сети по реактивной мощности и неустойчивости режима работы ДЭС. Дополнительным подтверждением высокой динамики нагрузки по активной и реактивной мощностям и неустойчивости режима работы ДЭС служит величина их частотных характеристик в течение месяца. Диапазон частотных характеристик получасовых нагрузок как по активной, так и по реактивной мощностям в течение месяца составляет всего 0,00069–0,0094. Частотные характеристики получены по правилу вычисления удельного веса одинаковых (по численным значениям) нагрузок по отношению к общему количеству получасовых нагрузок соответствующего вида (оно равно 1488).

Из табл. 2, 4 видно, что динамика получасовых нагрузок по реактивной мощности существенно выше динамики получасовых нагрузок по активной мощности.

Из табл. 5 видно, что максимальные получасовые нагрузки по активной и реактивной мощностям на каждых из выбранных суток приходятся в основном на разные временные интервалы: по активной мощности это интервалы 18, 35, 34, 14, а по реактивной – 18, 37, 34, 17. Максимальные получасовые нагрузки по полной мощности приходятся на временные интервалы, которым принадлежат максимальные получасовые нагрузки по активной мощности. При этом имеет место наличие временных интервалов, на которых максимальные получасовые нагрузки по активной и реактивной мощностям не совпадают. Это служит подтверждением того, что графики нагрузок по активной и реактивной мощностям не монотонны. Этот факт не согласуется с утверждением о монотонности графиков нагрузок по активной и реактивной мощностям, положенным в основу работы [2]. Явление немонотонности нагрузок существенно осложняет целевое управление режимом работы средств КРМ.

Выводы. Представленный в данной работе анализ энергетического состояния ДЭС позволяет сделать вывод о необходимости учета динамики реактивной энергии в сети, немонотонности в целом графиков нагрузок по активной и реактивной мощностям и необходимости введения обоснованных оценок электрической нагрузки по реактивной мощности в ДЭС для применения их в целевом управлении реактивной энергией.

Список литературы

1. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е. Гмурман. – М. : Высш.шк., 2003. – 479 с.
2. Указания по определению электрических нагрузок в промышленных установках / Инс- труктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. – М. : Энергоатомиздат, 1968. – № 6. – С. 3-17.