Введение
Сегодня в РФ наблюдаются тенденции постоянного роста потребления электрической энергии. Актуальность проблемы обоснуется, с одной стороны, резким ростом плотности электрических нагрузок, как в городских, так и в сельских электрических сетях, существенным ростом стоимости земли, отчуждаемой под строительство подстанций, распредустройств и линий 6-35 кВ, а также необходимостью, в соответствии с законом 261-ФЗ от 23.11.2009 г., снижения потерь электроэнергии при ее транспортировке.
Потери при передаче электроэнергии напрямую связаны с применяемым напряжением сети. Поэтому при проектировании сетей стремятся применить экономически целесообразное напряжение с учетом нагрузки и организации сети.
В настоящее время оценка целесообразности применения того или иного уровня напряжения выполняется на основе метода расчета дисконтированных издержек (ДИ). Выполнение полноразмерных расчетов является трудоемким и дорогостоящим процессом. Как правило, затраты на расчет проекта составляют 10 % от общей стоимости проекта, а также требуют большого количества времени на выполнение. Для правильного выбора величины напряжения требуются расчеты сразу по трем напряжениям, что ведет к удорожанию конечной стоимости проекта [3].
Для реализации возможности быстрого расчета стоимости дисконтированных издержек в среде Visual Basic for Applications с использованием пользовательских таблиц Microsoft Excel, в качестве интерфейса, была написана программа, позволяющая в удобной для пользователя форме получить результат для проектируемой сети в трех возможных значениях напряжения.
Исходными данными для расчета являются: генплан местности с указанием мест установки ТП и трасс линий электропередачи, сведения об электрических нагрузках и источниках питания. На основании этих данных составляется граф схемы электроснабжения, который описывается с помощью первой матрицы инциденций. К сравнению принимаются варианты, обеспечивающие заданный уровень надежности электроснабжения и качество электроэнергии по показателю установившиеся отклонения напряжения. На основании выполненных исследований дисконтированные издержки на элементы системы электроснабжения предлагается представить в виде непрерывной функции в зависимости от передаваемой мощности.
Далее рассчитывается загрузка элементов СЭС SВ:
, (1)
где: 
– матрица коэффициентов токораспределения для разомкнутой схемы; 
– нагрузка трансформаторов; 
– потери мощности в линиях и трансформаторах.
ДИ на систему электроснабжения для каждого напряжения определяются по формуле:
, (2)
После проведения дисконтирования формула приведена к следующему виду:
, (3)
где: n – число ветвей схемы замещения сети; m – число трансформаторных подстанций; l – число источников питания; Кзj – стоимость земли, отведенной под подстанции потребителей; Кзk – стоимость земли, отведенной под источники питания (подстанции 110/10, 20, 35 кВ).
Эти расчеты выполняются для трех номинальных напряжений, и для дальнейшего проектирования выбирается вариант с наименьшими дисконтированными издержками [4].
На рис.1 показаны поля для ввода данных в интерфейсе программы. После подтверждения ввода данных для тех значений напряжения, исходные данные для которых введены, появятся два поля для ввода данных. Первое поле есть матрица инциденций, в этой матрице на пересечении строки j и столбца i ставится величина нагрузки подключенной к трансформаторной подстанции (кВА), если мощность к данной подстанции j передается по линии i. При несовпадении ячейку оставляют пустой. Второе поле представляет собой строковую матрицу, в которую вводится длина линий, соответствующая столбцам i.
Рис.1. Поле для ввода исходных данных о количестве элементов электроснабжения в проектируемой сети
Алгоритм расчета показан на примере расчета дисконтированных издержек для сети, изображенной на рис.2.
На рисунке трансформаторные подстанции обозначены буквами ТП, подключенная к ним нагрузка обозначена в скобках, главная понизительная подстанция, от которой питается проектируемый сетевой район, обозначена буквами ГПП.
Рис.2. Конфигурация сети
Рис.3. Пример заполнения первого и второго полей в интерфейсе программы
На рис.3 показан пример ввода исходных данных сети в интерфейсе программы. Для расчета стоимости проекта пользователю необходимо в специально предназначенные ячейки скопировать коэффициенты математических моделей дисконтированных издержек на элементы СЭС, рассчитанных в отдельной программе.
В качестве результата на экране появится таблица, отражающая стоимость каждого рассматриваемого варианта (рис. 4).
Рис.4. Вывод результата расчета в интерфейсе программы
На основании полученных данных можно принимать решение о наиболее целесообразном уровне напряжения для проектируемой сети.
Линеаризация затрат приводит к возникновению погрешности при расчете дисконтированных издержек [1]. Для оценки погрешности расчетов по предлагаемой методике было выполнено сравнение результатов расчетов по предлагаемой методике с результатами эталонных расчетов. Эталонным методом называется такой метод, с помощью которого при использовании эталонной математической модели, точных исходных данных и при отсутствии ошибок округления получается точное значение [2] . Сравнение было сделано для фрагмента электрической сети Кировской области [5].
Фрагмент сельской сети включает в себя 30 участков, в узлах подключены трансформаторы мощностью от 40 до 250 кВА, длина участка линий от 0,05 до 4,4 км, количество опор на участках от 1 до 78 шт.
Сравнение результатов расчета представлено в таблице 1.
Таблица 1
Оценка погрешности расчетов по предложенной методике
|
Способ расчета |
|
Погрешность
|
|
Погрешность
|
|
Эталонный расчет |
12592,6 |
0 |
13645,09 |
0 |
|
Упрощенный расчет |
12013,7 |
4,51 |
12316,1 |
9,7 |
,
Таким образом, результаты расчета программы позволяют судить о правильности предлагаемого алгоритма и возможности ее применения при оценке стоимости проекта.
Выводы
1. С помощью описываемой программы реализована упрощенная методика расчета дисконтированных издержек, в которой дисконтированные издержки описываются линейными функциями передаваемой мощности.
2. Погрешность расчетов дисконтированных издержек по предлагаемой методике не превышает 10 %, что вполне приемлемо при проведении оценочных расчетов затрат на варианты систем электроснабжения.
3. Предлагаемая методика и программа позволяют с минимальными затратами труда и времени проектировщиков выбрать рациональное напряжение предлагаемой системы электроснабжения.
Рецензенты:
Красных А. А., д. т. н., заведующий кафедрой электротехники и электроники, ФГБОУ ВПО «ВятГУ», г. Киров.
Хорошавин В. С., д. т. н., профессор кафедры электропривода, ФГБОУ ВПО «ВятГУ», г. Киров.