CC BY
106
УДК 621.311
АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА РАБОТЫ ГОРОДСКОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ
6(10) кВ
И.М. ВАЛЕЕВ, Т.А. МУСАЕВ Казанский государственный энергетический университет
В статье рассмотрена возможность оптимизации действующей городской распределительной сети напряжением 6 (10) кВ. Выделены критерии деления (создание точки разрыва) сети. Предложен алгоритм оптимизации режима работы электросетей.
Ключевые слова: оптимизация режима работы, параметры режима, точка разрыва (деления) сети.
Как известно [1], системы электроснабжения городов характеризуются большой плотностью нагрузок, составляющих от 1 до 12 МВт/км и относительно равномерным их рассредоточением на ограниченной территории. При этом широко применяются глубокие вводы, под которыми понимают систему электроснабжения, позволяющую подвести наивысшее экономически целесообразное напряжение к центрам нагрузки с наименьшим количеством ступеней промежуточной трансформации, так как их увеличение приводит к большим потерям мощности и снижению качества электроэнергии.
Современные распределительные сети напряжением 6 - 10 кВ чаще всего выполнены по смешанной схеме электроснабжения, т.е. часть сети питается по магистральной, а часть - по радиальной схеме. Это создает дополнительные сложности при проведении оптимизации режимов работ данных сетей. К преимуществам рассматриваемых сетей можно отнести относительно высокую степень надежности электроснабжения, связанную с наличием двух независимых взаиморезервируемых источников питания. При этом в одном из пунктов электроснабжения (трансформаторная подстанция 6(10)/0,4 кВ) поддерживается разрыв замкнутой схемы. Однако у данной системы имеются и недостатки, к которым можно отнести значительное удлинение цепочки электроснабжения при аварии на одном из источников питания. Это, в свою очередь, ведет к увеличению потерь и падению напряжения в конце схемы. Кроме того, значительно снижается надежность снабжения энергией потребителей.
Анализ системы электроснабжения участка городской сети Казанского энергорайона показывает, что структурная схема данной системы имеет следующий вид (рис. 1).
Исходя из анализа режима работы действующей городской распределительной сети, выделены следующие условия выбора точки разрыва:
1. Оперативная гибкость - повышение эффективности производства оперативных переключений (т. е. удобство доступа для оперативного персонала).
2. Категорийность электроснабжения потребителей, а также наличие у данных потребителей устройств противоаварийной автоматики (в частности автоматического ввода резерва).
3. Характеристики оборудования. При этом оперативные переключения предпочтительней осуществлять современным элегазовым оборудованием (блоки КМ - 6).
© И.М. Валеев, Т.А. Мусаев Проблемы энергетики, 2012, № 7-8
4. Исторически сложившиеся точки разрыва, т.е. разрыв, предполагаемый на момент проектирования сети.
5. Перспектива расширения распределительной сети.
ПС - 110/ 6(10) кВ
Основные сети
ПС -6 (10)
у Распределительные сети
К нагрузке 0,4 кВ
Рис. 1. Структурная схема электроснабжения городского района
При этом, практически, не учитываются недостатки замкнутой схемы электроснабжения. В частности, необходимо обращать внимание на значение параметров режима, особенно на значение напряжения на шинах ТП и уровень потери напряжения в кабельных (или воздушных) линиях электропередач.
Оптимизация распределительных сетей возможна как на этапе проектирования (выбор наиболее оптимальной схемы электроснабжения, новейших коммутационных аппаратов, новых типов трансформаторов), так и на этапе эксплуатации.
Согласно справочной литературе [2] одним из методов оптимизации является размыкание замкнутой распределительной сети в оптимальных точках. Трудности в нахождении оптимальных точек размыкания заключаются в том, что при изменении режимов нагрузки сети в течение суток эти точки находятся в разных местах. Поэтому оптимизацию целесообразно проводить раз в год посезонно. Для этого проводится расчет потокораспределения, находят точку потокораздела и в ней размыкается сеть. Однако на практике эта задача осложняется из-за необходимости учета категорийности приемников. Необходимо отметить, что естественный разрыв поддерживается на секционном разъединителе трансформаторных подстанций с двумя секциями шин (в нормальном режиме работы). Однако число таких подстанций невелико.
Для оптимизации выделенного участка схемы электроснабжения применяется следующий алгоритм.
1. Проводится расчет параметров режима системы с нормальной точкой разрыва (т.е. точкой разрыва, которая поддерживается изначально).
2. Производится перенос разрыва сети в другую точку.
3. Производится расчет параметров режима системы с разрывом в новом месте.
4. Анализируются полученные параметры режима.
Для предварительных расчетов не учитываем категорийность электроприемников, оперативную гибкость схемы (т.е. удобство доступа), наличие устройств противоаварийной автоматики (автоматического ввода резерва - АВР), а также возможность наличия у некоторых потребителей собственного источника питания (дизельные генераторы). Вышеуказанные параметры могут быть учтены в дальнейшем как дополнительные ограничения при проведении расчетов.
Для проверки данной методики из городской сети выделен участок распределительной сети напряжением 6 кВ, содержащий одиннадцать трансформаторных подстанций (6/0,4 кВ) и две подстанции напряжением 110/6 кВ, от которых осуществляется питание данного участка (рис. 2).
ПС 10
ПС 5 ПС 4
ПС 3 ПС 2
ПС 6
ПС 7 ПС 11
_г
пГХ
ПС 13 ПС 12
ПС 1
Рис. 2. Участок городской распределительной сети напряжением 6кВ
Для проведения анализа режима работы исследуемого участка сети составляется граф схемы замещения, содержащий 13 узлов и 13 направленных ветвей (рис. 3). При этом направление ветвей определяется направлением потока мощности от питающего к нагрузочному узлу.
3
4
5
11
10 9
Рис. 3. Граф схемы замещения участка городской распределительной сети
1
7
8
При этом нормальный разрыв поддерживается в узле № 12. Часть сети получает питание от узла №1, а часть - от узла №10. Кроме того, разрыв поддерживается на секционном разъединителе узла №7.
Для рассматриваемого графа схемы замещения определяются необходимые для расчета параметры, а именно: первая матрица инцинденций (описывает топлогию графа схемы замещения), сопротивления ветвей, напряжение балансирующего узла, задающие токи узлов. Расчет проводится методами матричной алгебры, т.к. они обеспечивают легко приспособляемую к технике расчета на вычислительных машинах форму записи.
Расчет схемы электроснабжения производим методом узловых напряжений в программной среде МаШса^ Узловые уравнения основаны на уравнениях первого закона Кирхгофа и закона Ома. Преимущество данного метода в том, что он не требует составления второй матрицы инцинденций (матрица соединения ветвей в независимые контуры) и его применение позволяет сократить порядок решаемой системы уравнений до числа независимых узлов п.
Расчет параметров установившегося режима проводится по следующему алгоритму:
- вычисляется матрица узловых проводимостей:
Уу = м • г _1 • мт, (1)
где М - первая матрица инцинденций; 2 - матрица контурных сопротивлений;
- определяется столбец приведенных токов в узлах:
3у = 3 - М • 2 — • Е, (2)
где Е - столбец ЭДС в ветвях, в нашем случае равен нулю; 3 - столбец задающих токов, определяемых, в основном, токами нагрузки в узле;
- рассчитывается столбец узловых напряжений относительно балансирующего
узла:
иу = Уу-1 • 3у; (3)
- определяется столбец падений напряжения в ветвях схемы:
иу = МТ • иу ; (4)
- находится столбец токов в ветвях схемы:
I = г-1 • (и у + Е); (5)
- рассчитываются абсолютные узловые напряжения:
и = иу + ио. (6)
В результате проведенного расчета получаем следующие данные:
- абсолютные напряжения в узлах;
- потери напряжения в ветвях схемы;
Сравнительный анализ полученных данных для различных точек потокораздела характеризует возможность и целесообразность переноса точки деления сети в тот или иной узел.
Авторы статьи считают, что наиболее оптимальной является та точка раздела схемы электроснабжения, при которой потери напряжения в ветвях схемы минимальны, а абсолютные узловые напряжения имеют наибольшие значения.
Выводы:
1. Исходя из анализа режимов работы участка распределительной сети города Казани, выявлены конкретные требования для разработки алгоритма оптимизации системы электроснабжения, а именно: наибольшие значение узловых напряжений (т. е.
напряжение на шинах ТП) и наименьшие потери напряжения в ветвях (т.е. в КЛ или ВЛ).
2. Приведен алгоритм оптимизации режима работы распределительной сети.
3. Приведена методика расчета параметров установившегося режима методом узловых напряжений в программной среде Mathcad. Обосновано преимущество данного способа.
Summary
The article considers the possibility of optimizing the distributing (transmission) urban network work mode voltage of 6(10) kV. Identified criterions of the electric network division (creation point of discontinuity). Introduced an algorithm for optimizing the power network work mode.
Key words: optimization of operating mode, point of discontinuity, characteristics of work mode.
Литература
1. Фишман В.С. О преодолении негативных тенденций в системах электроснабжения.// Промышленная энергетика. 2010. № 10.
2. Опалева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник: Учеб. пособие. М.:ФОРУМ: ИНФРА. М, 2006. 480с.
3. Константинов В.Н. Моделирование режимов электроэнергетических систем: Лабораторный практикум по дисциплине «Математическое моделирование электродинамических процессов». Казань: Каз. гос. энерг. ун -т, 2010. 67с.
4. Электрические системы. Математические задачи электроэнергетики. / Под ред. В.А. Веникова. М.: Высш. шк., 1981. 385с.
5. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Энергоатомиздат, 1989. 563с.
6. Неклепаев Б.А. Электрическая часть станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1986.
455с.
Поступила в редакцию 09 апреля 2012 г.
Валеев Ильгиз Миргалимович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Электрические станции» (ЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел: 8 (917) 2867215.
Мусаев Тимур Абдулаевич - магистр техники и технологии, аспирант кафедры «Электрические станции» (ЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (927) 6769723. E-mail: musaevkgeu@rambler.ru.
