CC BY
31
УДК. 621316. L
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНО!/ ВЕЛИЧИНЫ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ УЗЛОВ НАГРУЗКИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
П R Рыггк К С. ГГ Гуль «и OstCKitii socydapcmeoHwait техническийyna^eopcumcm, с. Омск, Россия
Лнншшшнх — ЭнИ(|| Н| 11ЧС1 ЬГНМ CI ¿Ы I CI ИМ РиГГИН НИ ННрИНД ДН 2М5 IIVM И|1И IIIOIJI НС I ПИ'РНИР HIIKhlV,
более эффективных алгоритмов управления электрическими сетями. В распределительных сетях промышленных предприятии значительную долю электрической нагрузки составляют синхронные двигатели, которые можно рассматривать как элемент управления режимами раооты электрических сетей путем регу лирования перетоков реактивной мощности. В этой связи задача издания новых, более эффективных алгоритмов управления енпхроппымн доиглтслями является актуальной. Цслыо работы явля ется создание алгоритма определения оптимальной величины генерируемой синхронными двигателями
|№»k'IHKHim МШЦНОПМ НО кршнрнн» ыпнимум:« llUICflh. Дли ИМ" I IIЖСНИН IIC.IH jlPIIICHM СНДЭЧИ М11ДС. 111|Ш-
вання узла нагрузки распределительной сети с синхронными двигателями. Методы исследования - математическое моделирование. В результате работы получен алгоритм, с помощью которого можно опре-
ДК1И1К НЫ1ПЧ1)ДИП1\HI К(*.1ИЧИН\ I HHCJIIipv СМПН синхронными ДНИ I AI С. IH МИ МПЩНППН. R ]ыГ|1)1С nilKXCIHII,
что применение синхронных двигателей как источников реактивной мошностн оправдано при централизованной компенсации.
K.IHtVfKhif Г.шяи: КОМНСНГИИИИ jlKlk'l ИКНИН MIHIIHIHIH, tllH\jM)HHKin t.lCk-||III.IKIII H I ИЛЬ, ИЛИ DJIIII M.
J. HDEUDBŒ
11амстивптийсл з псслелнее время рост нагрузок в электрических сетях, обусловленный увеличением производственных мощностей на предприятиях, а также повышением нагрузок жилого сектора, требует преобразования расиределшелыплх сетей.
11рн возрастании псрстокоз мощностей по распределительным сетям прокладывают дополнительные ка-
fis-jikhkir ИЛИ НИЧДу|:ЖК1Г ЛИНИИ ЧНМГНЯКГГ НИ ИрОКОДНИКИ (кШМНГШ 1РЧГНИ», у('1ИННК11И№1К>1 ДОПОЛНИ 1Г*11ЬНЧ:Г
трансформаторы г:а подстанциях.
Донный подход характеризуется значительными капитальными затратами, которые потом формируют ccbc-
гпшглск-гь проекции (гели ргножпруируггкгм раГ||рГ.ИГЛИ1Г.11»НИ> ГПЬ |||Ж)МЫШЛГНН<110 ЦК*/и 1ринIим) K|NIWr
того, существуют ограничения по пропускной способности сетей среднего напряжения. Данное обстоятельство может стап, причиной отказа элекгросиабжшошен организации в разрешешш на прнсоедипехше дополшпель ней мощности или увеличение плата за тсхпрксоепиненне (учет стоимости реконструкции участка сети выше финииы Пг1лин:ч>кпй принадлежности)
Также для увеличения пропускной способности распределительных сетей применяются устройства. позволяющие регулировать параметры режимов сстн. Одним из наиболее распространенных и действенных мероприятии по повышению пропускной способности является компенсация реактивной мощности.
LL. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
D статье для узла нагрузки распределенной электрической сети, к котором:,' подключены синхронные электродвигатели. решается задача определения оптимального по потерям активной энергии значения величины реактивной мощности, генерируемой енпхроппымн двигателями узла нагрузки.
ПТ ТЕОРИЯ
Компенсация реактивной мощности позволяет сништь активные потери за счет снижения полного тока. Даже на предприлпгях. где пет проблем с перегрузкой олектросетевого оборудования. оа счег снижется актив ных потерь мероприятия по компенсации реактивной мощности окунаются за сравнительно короткий пернед времени
Часто целесообразность компенсации реакппшой мопигости очевидна уже на этапе хехлпко экономического сравнения.
КоМПГНСИЦИН |ГИК1ИКЖ!Й МОЩНОСТИ МОЯКОЛЯГ! КОМПЛЕКСНО ПОНЫГИТЬ lHt*Ilir I ннггкук: -«[»фгк гикнектгк Ч11Г1-
тркческнх сетей. Это выражается в увеличении пропускной способности элементов сета, снижении потерь энергии. регулировании уровней напряжения.
Величина макгимапмтп рахрртряногп иеретокя реактивной лспшиогти от энергосистемы к потребителю и Российской Федерации определяется [1], в зависимости от класса напряжения, на котором находится граница балансовой принадлежности. 3 документе задаются велзгшны коэффнцхгеигов мошпостс г точках раздела 6а лансовой принадлежности.
По величине коэффхагаентл реактивной мощности можно судшь о том. какая часта потребляемой энергии
МШГЧНО ипшлиугк:)! Л1И ГЧЖГрШГНИЯ ряГхММ В Н1:<М[)ЖНОИ I ]жПлИ АГНИИ ИГ-»ф']|Ц11КС*НГг1 М01ЦМНПИ мригчшых
устройств к единице в основном и заключается технико-экономическая проблема компенсахдох реаюивной мощности.
Передача значительного количества реакпхвпон мощности по лхппсям и через трапсоорматоры сети злек гроенпбжения не выгодна по следующим причине^
1 ВоНИКЛКТГ Д1)1Ки1НИ1Г.1ННЫГ 111>1Г] И /1К1ИКНСЙ МПЩЖХ ГИ 411 ксг.х -»пгмгк! ак гнпгиы члкмрск'нлПжгним,
обусловленные загрузкой их реактивной мощностью.
2. Возглхкахог допо.и:ительпые потери реахптней мощпосш.
3. Возникают дополнительные потери напряжения.
4 Загрузка реактивной мощностью линии электропередачи и гране форматороз уменьшает пропускную спо-
:ибн[К 1К СПГЙ -ШГК^ХМ'.НЯМЖГНИИ. ЧП) К рну|,р (ЛуЧЯГК НГ- шншишгг ИПЮЛКЧОНИТЬ шшную уПЛНОК 1ГНН\ К! мощность электрооборудования
5 Загрузка реактивной мо лихостью трансформаторов снижает их коэффициент полезного действия.
6 Недонспользовапне полезной мощхгоспх генераторов электростанций и мзеличегще удельного расхода топлиьа.
Рис. I. Последствия повьспешюй передачи х- потребления реактивней мошпостс
Сущт чутг дка кчл имо.щмолтнжщх .'Ц'угдрут мути ГНИЖГНИИ I ИНЫМ* НИфу-ШЬ <пгй и : гнгрлпциж
1. Установка на предприятии специальных компенсирующих устройств - искусственная компенсация.
В качестве собственных источников реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятии используются:
• генераторы собственных электростанции н синхронные двигатели
• воздушные и кабельные .ноши л.скфнческнд. спей.
• допп.тиителкно устанамгипяемые компенсирующие угпройгпиг синхронные коштенгаторчт пятареи конденсаторов высокого н низкого напряжения, вентильные установки со специальным регулированием.
2. Снижение реактивной мощности самих преемников электроэнергии - есгестве1шая компенсация [2]
Па данный момент на предприятиях компенсанню реакгивной мощности осуществляют с помошью син-
Х1Я1ЫЫМХ 11КИ1 ¡ПРПСН И Гигииси ПЧ1ИЧП «|41 НШ) ГН -И1ГПИМ4
Олнок кз задач при компенсации реактивной мощности является определение величины генерируемой реактивной мощности, при ксторсй наблюдается минимальное значение активных потерь мощности в узле нагрузки. Для решения этой задачи был создан алгортстм. представленный па рис. 2 в эвде блок схемы.
у 11ачаго )
Взэа дзнгах: Р/з. Суз, Рнсд, Онс£. а. 01. 02. э. I. Р, 1уФ. Инн. изн, СРК5, 5>нтр,
N7*. /
-'
Осдшгс, т-э, Яг', Яп2
нет
0<усд1=0, <Рф.с1Р.1 :Рн? окав, аксумм
0<усд1=С1гусд1 «1. Стен
а=чр, срл1 ардэ зрдвдоб
ч
'й -"суй м^сй-су
11ет-
О^суым^Рсуму
У
игусд1>исдмзк: >
Ди
-дз-
0иусд1=0гс |'№с
/ /
/ Еиооддатих: / / с1Р1:/«ы. Г*««, /
/
□1С/СД1.
/
/
у
^ Конец )
2. Алгсрнтм оптимизации потерь Формата по.т:1ых потерь в узле нагрузки:
/ и
- АР„ + АРл + АР(2 + АР* + АР^ - +
__ц + у р + (1_П1.Р -V
ц-2 Л] ",т2 7/ гсеь У Ьв
Г) 7)2-2*»
О.
С5
Тогда, оптимальная величина вырабатываемой реактивной молотестн будет при минимальной величине целевой функции АРОМЛ1 > mill
С учетом ограничений по максимальной вырабатываемой синхронными двигателями реакгнвней мощности, а также по величние tgtyitgty = 0 в режиме минимальных нагрузок. tg<p < tg(f>^ - в режиме максимальных нагрузок}.
Поиск оптимального знгчення вырабатызаемой реактивной мощности произвсдигся в несколько этапов. На к-рком :»i-»»не оиргдглнктч и< хпмнмг длнныг :*лт*К1р1К1Гк>рудоклнин хщкн.трип ики учли -чл|ру чки и начальные условия. Такими являются активные н реактивные мощности нагрузки, количество двигателей, их справочные параметры, параметры линий (длина, ссчсннс, удельное сопротивление), справочные данные трансформатора.
На kktjium слцк-дглигнх кг.жчини рглктикной ишцнк га iт-нгриругман синхронными дкштлглими (
осмиКс)т-
@C3i€vx ~ ам ' \ ^СЭни + Qc&au ' ^
где &м — коэффициент допустимо]"! перегрузки СД, зависящий от его загрузки по активной мощности (опреде ляется по номограмме изображенной на рис 5 \ i |).
РСДХ6М - номинальна* активная мощного* синхронного двигателя-
Qcpny.t номинальная реактивная мощности синхронного двигателя.
OJS о;? 0,6 Of Q/f О,J QtZ ty О 0,2 0,4 Qfi Qji 1,0 %2 KCA
P* ^ Нплкмрамма о1Ц1гдг.1гнин дишнляжммй ргашикнмй мощнопи :'инх[:оннык дниипглгй при номинальном токе возбуждения в зависимости от коэффициента загрузки двигателя по активной мощности
Рассчитываются актам пле сопротивления трансформатора к лилии, которые в дальнейшем будут нужны для расчета потерь активной мощности в эткх элементах:
Я. =
1 ^uL
п. SL.
С 3)
где ShOU - поминальная мощность трансформатора, МВД;
и номинальное высшее напряжение трансформатора, кВ: АР^ - aimoicue потери короткого замыкания одного трансформатора, :<Вт; п„ число трансформаторов.
к,=р- . (4)
г
где ¡.i- удельное сопротивление материала провода: F - сечение провода, мм": / - цлзша л:псш.
Нл ipr-ьсм этгшс p¿i<-с чи .ыи;uoi<-* иокгри аыииной моидоосгн и ¿лгмеыгах сещ 1Ы1ахлдсй y se.i H¿-jpv ¿*л иvs учете. компенсации реактивной мошпостн: Ахлшгмыг иокгри ь ip л не форм л i о р ¿tx.
где 5"— мощность, передаваемая через трансформаторную подстанцию, кВА:
U- фактическое или номинальное напряжение на стороне высшего напряжения. кВ Активгше потерн в линиях:
. •» ь
<7>
и~
где - количество синхронных двигателей, подключенных к узлу. Активные потери в двигателе:
АР* = (1-г/)-Р^ (8)
где 7 - КПД синхронного двигателя.
ГТ(1ЛНМ~ 11С» 1с-|:и ЯК ГИКИОИ МОН1НОГГИ К у<11Г НЯ1 ручки бгч учегл КОМИГНГИЦИИ ] Jfil К 1ИКНОИ Ч'ОЩ.ЬОПИ
- А+ + Л/>2 + А^. (9)
В ходе четвертого этапа определяется значение генерируемой синхронными двигателями реактивной мощности. при котором наблюдаются наименьшие потерн активной мощности питающей сети. Это реализуется постепенным увеличением выработки реактшшон мощности и расчетом потерь активной мощности для кажао
■ Cl ЧНИЧГНИЧ I ГНГрируГМОЙ pfrlH'ТИКНПИ ШЫЦНО'ЧИ ДиННМГ КМЧИС'ЛГНИМ (||грг(м!р чничгний ргжшкной МОЩНОСТИ) производится до тех пор. пока не выполнится одно из следующих условии:
1. Достижение минимума потерь (кгждая следующая итерация дает большие потери, чем предыдущая):
A'U < л/'о**1 СЮ)
Если условие не выполняется, тс
АР^-ЛР^. СЮ
2. Достижение максимальной величины генерируемой мощности:
(12)
где (J^ycdi количество реактивней мощноегн генерируемой 1 синхронным двигателем (при первой итерации это значение равно С).
Далее уточняется величина потерь активной мощности при учете компенсации ^основные потери в двигателе при этом не изменяются):
дг . an
j^j 2 я
^„-"»У-^, СИ)
i/
2 2
АР = N ^ 'fi**1 ff. С16)
л Lr;
Далее учшыиаклся доио.1.-1К1с.льныс ишери активной мощности. ьо1никаюд.ие в сннхронном двшагеле. работающем в режиме источника реактивной мощности-
о7)
- Я-*,)
где Б2 - коэффициенты, зависящие от номинальной активной н реактивной мощности синхронных двигателей |21.
Тогда полные потерн активной мощности в узле нагрузки после осушентвленпя компенсации реактивной мошжхли
АР,^ = АР, + А Рл + АРЛ + АР, - А(18) Затем рассчитывается количество реактивной мсщносш. генерируемое одним синхронным двигателем:
" ?Г <19>
N.
см
Алгоритм позволяе- определить оптимальную величину генерируемой реактивной хютттности по критерию минимума потерь активной мощности.
Дагаплй алгоритм реализован в компьютерной программе, которая позволяет определял, оптимальные зла чекля реактивной мощности для группы двигателей, подключенных к одному узлу нагрузки.
IV. Результаты
Алгоритм, рассмотренный в статье, позволяет проверить практические расчеты для различных узлов нагрузки различной структуры по определению оптимального значения реактивной мощности, генерируемой синхронными двигателями, при котором наблюдаются минимальные потери активной мощности для этих узлов. В процессе моделировании режимов узлов нгирузки установлено. чш :.шнл.млльные нотерн ¿к.лвной мол-ногти в сети наблюдаются не при полной компенсации реактивной могтногти вместе с тем оптимальная величина генерируемой реактивной мощности должна быть больше, чем рекомендовано значением [1].
V. Обсуждение результатов
Алшритм 11]ХК|)иммм, оии< инчый к (-1И1Ы, учигыкиг: нг кгх:н нгргнь фан ;>!'«>-« клияющих на 1гхнико-эксномические показатели сети. Оптимальная величина генерируемой реактивной мощности определяется по величине потерь активной мощности, потому что последние являются наиболее весомой составляющей приведенных затрат. При этом предполагается, что еншерошше одегагродопгателп установлены согласно требованиям технологического процесса производства н не приобретаются специально для рстулнровання перетоков реактивной мощности.
При определении величины генерируемой реактивной мощности реальное оптимальнее значение будет несколько отличаться ог рассчитанного в программе 'звкду неучега изменения напряжения, реального ре-жима рабтгкт нагрузки СД и т д )
vi. въьоды
Разработанный алгоритм позволяет определять оптимальную величину генералки рсакгнЕной мощности группы СД. а также оптимальный переток реактивной мощности в питающей сети узлов нагрузки.
Несмотря на неучет ряда факторов, указанных в «обсуждении результатов» программа позволяет определить требуемую степень компенсации, ориентируясь по потерям энергии
Учет остальных факторов, связанных с релахмздш работы СД, в большей часта формирует ограничения, накладываемые на расчеты.
В дальнейшем планируется развитие программы, главным образом, путем учета дополнительных фактороз. чависятцих от режимов ряботьт ГД Я частности планируется реализовать математические модели изменения напряжения, расчета статической устойчивости узла и надежности электроснабжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Российская Федерация. Министерство энергетики Приказы. О Порядке расчета значений соотношения петреолення активной н реактивной мощности для отдельных экергопрнкнмаюшнх устройств (групп энерго-
принимающих устройств) потребителей электрической энергии: приказ [от 23.06.2015, № 380]. URL: http ://docs. cntd.ni'documeiit4202S5 270.
2. Кабышев А. В. Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий: учебное пособие / Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического чт!нвер-снтета. 2012. 234 с
3. Синенко Л. С.. Снзганова Е. Ю.. Рубан Т. П.. Попов Ю. П. Электроснабжение. Версия 10: учеб пособие по дипломному проектированию. Электрон, дан. (3 Мб). Красноярск : ИПК С ФУ, 2008.
