Определение работоспособности устройств электротехнического комплекса для снижения потерь электрической энергии

УДК 675-5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Е.А. Яды кин, И.М. Базыль

Рассмотрены задачи и практические методы, обеспечивающие эффективное управление энергетическими потоками.

Ключевые слова: электроэнергия, электроэнергетическая система, токи, эн-регоэффективность, электропотоки.

При создании электроэнергетической системы необходимо обеспечить требуемый уровень функционирования электропитающих систем при наиболее экономичном и бесперебойном электроснабжении. Это возможно при эффективном развитии и оперативном управлении функционированием электроэнергетической системы. Оно должно базироваться на двух основных направлениях.

Первое — необходимость внедрения кибернетических методов управления электроэнергетической системой, имеющих в своей основе целенаправленное, оптимальное воздействие на систему при учете всех ее важнейших связей. Мировой опыт и анализ перспектив показывают, что без этого невозможно осуществить экономически и технически совершенное управление электроэнергетической системой уже в ближайшие 10 лет. Причем должный эффект возможен только в том случае, если электроэнергетическая система будет заранее проектироваться как большая система, работающая на основе кибернетических принципов управления.

Второе — научно обоснованная оптимизация развития (проводимая с учетом факторов надежности) и оперативное управление электроэнергетической системой представляют собой взаимосвязанные объекты системы, которые должны иметь требуемый уровень надежности и обеспечить реализацию оптимальных условий функционирования электроэнергетической системы.

Развитие стройной теории оптимизации и управления электроэнергетической системой должно заключаться в следующем: используя современные математические методы системного анализа и средства кибернетики, путем обобщенного изучения природы и свойств электроэнергетической системы определить и сформулировать закономерности развития и методы оптимального управления данными системами. Ключевыми в этом случае являются задачи, требующие рассмотрения ограниченных неопределенностей исследуемых систем, их сложной иерархической структуры и научно обоснованной декомпозиции, а также влияния на решения непол-

ной информации о функционировании и развитии систем. В плане этих и других сопутствующих задач становится особенно важным определение оптимального сочетания формализованных методов, отражаемых в управляющих действиях и действиях человека при управлении как функционированием систем, так и их развитием.

Работы по осуществлению оперативного управления режимом иерархических электроэнергетических систем предусматривают их многоуровневое развитие и функционирование; по мере развития и совершенствования применяемых управляющих устройств будет повышаться роль централизованного управления и установок, работающих в замкнутом контуре управления. Поэтому в настоящее время основное внимание уделяется практическому применению методов синтеза, позволяющих получить желаемые характеристики любых процессов.

Должны вестись исследования для создания диагностических методов, на основе которых должны работать устройства цифрового регулирования и новой профилактической защиты. Такие устройства разрабатываются применительно к системам всех видов: от малых по мощности автономных систем до Единой электроэнергетической системы страны. Установки системной противоаварийной и защитной профилактической автоматики создаются с широким применением вычислительной техники и микропроцессоров.

При высокой размерности задач особенно важно обеспечить быстрый ввод в вычислительную машину большого количества как вероятностно-определенной, так и собственно-неопределенной информации о режиме электроэнергетической системы, где требуется специальная теоретическая разработка и выявление особенностей используемой информации, практики ее применения в установках, управляющих режимами электроэнергетической системы. Следует учитывать оценку общих массивов информации, на ее распределение по уровням и узлам управления.

Основным направлением является снижение потребления электроэнергии путем: совершенствования технологических процессов, применения современных энергосберегающих технических средств и технологий, правильного выбора мощности и типов энергетического оборудования, экономичных режимов их работы. Необходимо отключать незагруженное электрооборудование и трансформаторы в период снижения нагрузки, максимально снижать время работы технологического и вспомогательного оборудования на холостом ходу, снижать уровень освещенности в зависимости от времени суток, сезона и графика работы персонала, принимать меры по увеличению коэффициента мощности, снижая потребление реактивной мощности, своевременно осуществлять профилактические осмотры и плановые ремонты, оперативно устранять поломки.

Управление потоками реактивной мощности (РМ) является одним из аспектов управления электрическими режимами, которое направлено на

оптимизацию сети по напряжению и реактивной мощности, что приводит к снижению потерь активной мощности и, соответственно, затрат электрической энергии на ее транспорт. Становление рыночных условий функционирования электроэнергетики в России и стремление в перспективе перейти к активно-адаптивному управлению требует повышения качества управления потоками реактивной мощности. Все это определяет необходимость поиска новых принципов и подходов к их управлению.

Проблема эффективного управления потоками реактивной мощности особенно сложно поддается решению в распределительных сетях напряжением 6-110 кВ, которые характеризуются значительной протяженностью, большим количеством линий и подстанций (ПС), высокой степенью схемно-режимной неопределенности. Неопределенность при решении задачи управления электрическими режимами обусловлена слабой обеспеченностью электрических сетей измерительными комплексами, стохастической природой электрических нагрузок, рыночными условиями функционирования электроэнергетических систем, человеческим фактором, а также изменением конфигураций схем электрических сетей в процессе эксплуатации.

Разрабатываемые комплексные электротехнические устройства компенсации статической и резкопеременной реактивной нагрузки должно быть многофункциональным, применяемым в системах электроснабжения. Это техническое решение позволит повысить эффективность производства компенсации реактивной мощности в электрической сети, а также обеспечит стабилизацию напряжения на шинах потребителей, фильтрацию высших гармоник, симметрирование токов и напряжений в сети, и обеспечит экономию средств на оплату потребляемой предприятием электрической энергии.

Данная структура электротехнического комплекса включает несколько электротехнических устройств, совместная работа которых, путем определенного взаимодействия друг с другом, позволит регулировать напряжение в системе за счет регулирования потребления и выдачи реактивной мощности компенсатора, а также позволит уменьшить потери электроэнергии до 35 %.

Электропитающая система включает следующие электротехнические устройства, обеспечивающие снижение потерь электрической энергии: источник питания, трансформаторную подстанцию, управление конденсаторными батареями, блоки коммутации (рис. 1).

Данная конструкция (рис. 1) позволяет представить структуру потребления электроэнергии, регулировать нагрузки, снизить потери электрической энергии за счет уменьшения провалов напряжения, реактивной составляющей мощности, фильтрации гармоник, устранения перекоса фаз и нессиметричности нагрузок, что позволит повысить коэффициент мощности .

Рис. 1. Функциональная схема структурных связей электротехнических устройств, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии: 1 - питающая сеть;

2 - трансформаторная подстанция; 3 - блок контроля нессиметричности нагрузок; 4 - блок контроля перекоса фаз;

5 - блок коммутации; 6 - фильтр; 7 - множитель; 8 - блок токов кз; 9 - сумматор; 10 - блок вычисления; 11 - блок коммутации;

12 - блок управления конденсаторными батареями;

13 - блок конденсаторных батарей; 14 - блок контроля провалов

напряжения; 15 - нагрузка

На основании функциональной схемы структурных связей электротехнических устройств, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии и исследования математической модели в ней переходных процессов и установленных зависимостей, разработана структурная схема функциональных связей электротехнических устройств, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии в электропитающей системе (рис. 2).

Определив общую передаточную функцию структурнй схемы функциональных связей электротехнических устройств, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии (рис. 2), составлено ее характеристическое уравнение и подставляя р = , получаем характеристическое

уравнение в частотной области в виде

х ( а, , а)+у (л,, п)7 = о

Решаем совместно систему

Г X (л,, а)= 0;

у (л,, а)=0;

рассчитываем график областей устойчивости системы, который представлен на рис. 3 в виде границы устойчивости как функции двух параметров: амплитуды автоколебаний Л, и коэффициента добротности Ка .

Рис. 2. Структурная схема функциональных связей электротехнических устройств, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии

<00 Г, К4

Рис. 3. Области устойчивости структурной схемы функциональных связей электротехнических устройств, обеспечивающих снижение

потерь электрической энергии

Из графика на рис. 3 видно, что область устойчивого равновесия функциональных связей электротехнических устройств, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии при отсутствии управляющего воздействия расширяется, так как критический коэффициент добротности К1 больше критического коэффициента добротности линейной модели структуры функциональных связей электротехнических устройств электропитающих систем, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии К 4, что подтверждает ее работоспособность.

Список литературы

1. Адамоков Р.К. Методический подход к оценке эффективности экспортных проектов в электроэнергетике / Р.К. Адамоков. М.: Изд-во

41

ГУУ, 2002.

2. Быстрицкий Г.Ф. Энергосиловое оборудование промышленных предприятий: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр “Академия”, 2003. 304 с.

3. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 2001. 479 с.

4. Иванов В.С., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1987. 336с.

5. Нагорная В.Н. Экономика энергетики: учеб. пособие / Н.В. Нагорная; Дальневосточный государственный технический университет. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. 157 с.

Ядыкин Евгений Александрович, д-р техн. наук, проф., energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Базыль Илья Михайлович, асп., energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DETERMINA TION OF THE PERFORMANCE DEVICES ELECTRICAL COMPLEX TO

REDUCE LOSSES OF ELECTRICITY

E.A. Yadykin, I.M. Bazyl

Addressed challenges and practices to ensure effective energy management.

Key words: electricity, electric power system, currents enregoeffektivnost, elektropotoki.

Yadykin Evgeny, doctor of technical sciences, professor, energy@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Bazyl Ilya Mikhailovich, postgraduate, energy@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University