Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бигун А.Я. 1 Гиршин С.С. 1 Петрова Е.В. 1 Горюнов В.Н. 1

---

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»

В данной работе приведены результаты анализа экономической эффективности применения мероприятий по снижению потерь электрической энергии в электроэнергетической системе. Данный анализ проводился на примере компенсации реактивной мощности, которая является одним из методов повышения пропускной способности линий электропередач и снижения потерь в них. Оценка экономической эффективности осуществлялась на основе расчетов годовых приведенных затрат, при различных мощностях устройств компенсации реактивной мощности, с учетом и без учета температурной зависимости сопротивлений элементов электроэнергетической сети. Выбор устройств компенсации реактивной мощности осуществлялся по наименьшему значению годовых приведенных затрат, согласно общепринятым правилам. Были приведены исследования по определению срока окупаемости вводимого мероприятия по снижению потерь энергии в системе электроснабжения.

Статья в формате PDF

604 KB

компенсация реактивной мощности

температура

мероприятия по снижению потерь энергии

провод повышенной пропускной способности

1. Исследование достоверности расчетов температуры проводников воздушных линий электропередачи комплексом программ Ом1 / Е.В. Петрова [и др.] // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2013. – № 1. – С. 291–296.

2. Математическая модель расчета потерь мощности в изолированных проводах с учетом температуры / С. С. Гиршин [и др.] // Омский научный вестник. – 2009. – № 3. – С. 176–179.

3. Оценка дополнительных потерь мощности от снижения качества электрической энергии в элементах систем электроснабжения / С. Ю. Долингер [и др.] // Омский научный вестник. – 2013. – № 2. – С. 178–183.

4. Расчет погрешностей определения потерь электрической энергии в проводах повышенной пропускной способности из-за неучета атмосферных и режимных факторов / Е. В. Петрова [и др.] // Омский научный вестник. – 2013. – № 2. – С. 191–197.

5. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. Л. Файбисовича. – М.: ЭНАС, 2009. – 392 с.

6. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. В 5 т. Т. 2 / Е. Ф. Макаров. – М.: Папирус Про, 2003. – 640 с.

7.Схематические решения активной фильтрации кривой тока в четырехпроводной трехфазной сети для обеспечения качества электрической энергии / В. Н. Горюнов [и др.] // Омский научный вестник. – 2011. – № 3. – C. 214–217.

8.Учет температурной зависимости сопротивления неизолированного провода при выборе мероприятий по снижению потерь энергии на примере компенсации реактивной мощности / Е. В. Петрова [и др.] // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2013. – № 1. – С. 284–291.

9. Уточнение метода расчета температуры провода при постоянной нагрузке с учетом климатических факторов / С. С. Гиршин [и др.]; Омский гос. техн. ун-т. – Омск, 2010. – 23 с. – Деп. в ВИНИТИ 08.04.2010, N198-В2010.

10. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 1 / под общ.ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова и др. – М. : Изд-во МЭИ, 1995. – 440 с.

Важным направлением работ в электроэнергетике является повышение эффективности мероприятий, направленных на уменьшение потерь, а также улучшение качества электрической энергии [2, 3, 7, 9]. Целью данной статьи является обоснование необходимости увеличения точности определения потерь.

Одним из наиболее распространенных мероприятий по снижению потерь энергии в электрических сетях является компенсация реактивной мощности. Именно компенсация рассматривается в ряде работ в качестве экспертного мероприятия при обосновании эффективности повышения точности расчета потерь путем учета температурной зависимости сопротивлений сети [8]. Аналогичная задача для сети с проводами повышенной пропускной способности [4] решается в данной работе. Выбор оптимальных параметров компенсирующих устройств и нахождение сроков окупаемости проводятся на примере неразветвленной сети (рис. 1) с устройство компенсации реактивной мощности (УКРМ) на номинальное напряжение 10,5 кВ [8]. Условия проведения исследований представлены в табл. 1 [6, 10, 5].

Рис. 1. Неразветвленная сеть: P, Q – активная и реактивная мощности нагрузки; Qку – реактивная мощность компенсирующего устройства, ИП – источник питания, W – линия

Таблица 1

Параметры проводов

Решение задачи

На первом этапе решается задача оптимального выбора УКРМ в узле 10 кВ, исходя из минимума приведенных затрат. Выбор параметров только высоковольтных УКРМ объясняется стремлением максимально упростить поставленную задачу. Упрощенный подход, принятый в работе [8], объясняется тем, что задачи оптимального выбора высоковольтной и низковольтной УКРМ условно независимы, так как при оптимальном выборе УКРМ (10 кВ) оптимальная мощность УКРМ (0,4 кВ) не зависит от параметров линии 10 кВ, а только является функцией параметров трансформатора 10/0,4 кВ, а также соответствующих удельных стоимостей и собственных потерь УКРМ обоих классов напряжений.

Поставленная задача оптимизации можно решать на базе приближенного выражения для годовых приведенных затрат [8].

(1)

где К – капиталовложения на установку УКРМ; Ен – коэффициент приведения капиталовложений; И – годовые эксплуатационные издержки; ар – норма ежегодных отчислений на ремонт, обслуживание и амортизацию электрооборудования; Сэ – стоимость электроэнергии; ΔРл и ΔРку – потери мощности соответственно в линии и в УКРМ; Т – интегрирующий множитель, переводящий потери мощности в потери энергии и имеющий размерность времени; U – напряжение сети; R – активное сопротивление линии; ρуд – удельные потери активной мощности в УКРМ.

Соотношение для нахождения оптимальных значений реактивной мощности устройств компенсации реактивной мощностибез учета и в случае учета температурной зависимости сопротивлений соответственно имеют вид [8]:

(2)

(3)

Анализ соотношений показывает, что оптимальная мощность УКРМ, определенная по уравнению (3), должна быть больше соответствующей величины, определенной по уравнению (2). Данный вывод обусловлен отрицательным значением, входящей в уравнение (3) производной активного сопротивления по мощности dR/dQку. Действительно при увеличении величина тока в линии становится меньше, а, следовательно, температура и активное сопротивление проводов уменьшаются. Исключением является случай, когда одновременно имеет место низкая загрузка линии при низкой температуре окружающей среды. Но с точки зрения величины потерь этот случай не заслуживает детального рассмотрения.

Вычисление температуры производилось на основе следующей математической модели теплового режима неизолированного провода [1]:

; ,

tпр2=а2I⁴+b2I²+c2 (4)

где Р – атмосферное давление, Па; d – диаметр провода, м2; kv – коэффициент учитывающий влияние угла направления ветра к оси провода; v – скорость ветра, м/с; a2, b2, c2 – коэффициенты аппроксимации; tпр – температура провода, °С; tв – температура воздуха, °С; R20 – удельное активное сопротивление постоянному току при 20°С, Ом/м; ak – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2°С; – степень черноты поверхности провода; C0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67·10^-8 Вт/м; I – рабочий ток;Ss – интенсивность солнечной радиации, Вт/м2.

Анализ результатов

Результаты исследований представлены в табл. 2 и рис. 2. Нахождение степени увеличения оптимальной мощности с учетом нагрева по отношению к оптимальной мощности без учета нагрева выполняется по формуле:

ε1=((Qку,оптt- Qку,опт)/Qку,оптt)100% (5)

а)

б)

Рис. 2. Зависимость годовых приведенных затрат от мощности УКРМ для провода АСПТ АТ1/20AS 50/8при мощности P=5000 кВт, Q=3600 квар а) при длине линии 0,4 км. б) при длине линии 1 км

Особенностями расчета приведенных затрат (рис. 2 и табл. 2) является то, что при нахождении затрат с учетом температуры и без учета температуры учитывалась стоимость потерь энергии, обусловленная передачей активной мощности. Так как значение активной мощности меняется при изменении сопротивления и температуры то и в первом и во втором случае она рассматривалась как переменная величина.

Таблица 2

Оптимальные мощности УКРМ для провода АСПТ АТ1/20AS 50/8 при мощностях нагрузки P=5000 кВт, Q=3600 квар

Проведенные следования определяют следующие выводы:

1. Оптимальная мощность с учетом нагрева либо равна оптимальной мощности УКРМ без учета нагрева, либо превышает её. Среднее значение превышения , найденные по формуле (5) , по данным табл. 2, составляет 10 %.

2. Благодаря тому, что целевая функция в области оптимальных значений имеет пологий характер, увеличение оптимальных мощностей не приводит к аналогичному значительному экономическому эффекту.

3. Представленные выше значения экономической эффективности обусловлены только учетом нагрева. В целом экономический эффект от внедрения рассмотренного мероприятия может быть значительно больше за счет анализа всей сети (значения в таблице относятся к отдельным линиям) и улучшения температурного режима сети из-за уменьшения нагрузки.

Результаты исследования по определению срока окупаемости вводимого мероприятия по снижению потерь энергии можно оценить по формуле:

, (6)

где ИПМ и Иисх – годовые эксплуатационные издержки соответственно после ввода мероприятия и в исходном состоянии; Иа,ПМ и Иа,исх – составляющие издержек на амортизацию, обслуживание ремонт оборудования соответственно после ввода мероприятия и в исходном состоянии; WПМиWисх – потери электрической энергии после ввода мероприятия и в исходном режиме.

Проанализировав уравнение (6), можно сделать следующие выводы:

1. Если погрешности расчета δ(WПМ)иδ(Wисх) неодинаковы, то должны выполниться неравенства:

>>; (7)

>>. (8)

2. Погрешность нахождения для большинства случаев будет еще значительнее, так как разность имеет, как правило, отрицательные значения.

3. Первые два вывода проявляются при неучете температуры элементов сети, которая сама меняется в результате ввода мероприятия

Уменьшение потерь электрической энергии ΔW=(Δ Wисх -Δ WПМ) без учета и с учетом нагрева определяется соответственно уравнениями:

(9)

(10)

где и – активные сопротивления линии после и до ввода УКРМ, которые имеют разные значения из-за учета температурной зависимости.

Из соотношения (10) следует, что при учете температуры провода потери электрической энергии уменьшаются по следующим причинам:

1. За счет уменьшения передаваемой реактивной мощности.

2. В результате уменьшения активного сопротивления.

3. Благодаря сокращению потерь на передачу активной мощности.

В этом плане уравнение (9), записанное при допущении независимости сопротивления от температуры, является ограниченным, так как не позволяет учесть указанные факторы. Отдавая должное позитивности применения УКРМ с точки зрения уменьшения потерь, полезно оценить сроки окупаемости приведенных в табл. 2 УКРМ.

Результаты таких исследований с учетом и без учета нагрева представлены в табл. 3.

Погрешность определения сроков окупаемости, обусловленная неучетом нагрева , вычисляется по уравнению:

ε2=((Токt- Ток)/Токt)100% (11)

где и – сроки окупаемости УКРМ с учетом и без учета температуры.

Таблица 3

Стоимости и сроки окупаемости установки УКРМ для провода

АСПТ АТ1/20AS 50/8 при мощностях нагрузки P=5000 кВт, Q=3600квар

Библиографическая ссылка