CC BY
11УДК: 621.3.072.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОЙ СТЕПЕНИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПРИ ОПЛАТЕ ПОТРЕБИТЕЛЕМ ЗА ГЕНЕРИРУЕМУЮ И ПОТРЕБЛЯЕМУЮ РЕАКТИВНУЮ МОЩНОСТЬ И ЭНЕРГИЮ С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО ВЕЛИЧИНЕ ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
А.И. Зеленькевич
В статье рассмотрена оптимизированная по минимуму оплаты методика определения степени компенсации реактивной мощности в сети 0,4 кВ при оплате потребителем за генерируемую и потребляемую реактивную мощность. Рассмотрен комплекс способов и средств ограничения величины отклонения у потребителя при перекомпенсации реактивной мощности.
Ключевые слова: реактивная мощность, отклонение напряжения, оплата.
В 2007 г. в Республике Беларусь была введена в действие «Инструкция по расчету и применению скидок к тарифам на активную электрическую мощность и энергию за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии».
Данная Инструкция определяет порядок расчетов потребителей с энергоснабжающи-ми организациями за реактивную энергию, принимаемую из сети энергосистемы и отдаваемую в сеть энергосистемы. Усиление экономической ответственности потребителей перед энергоснабжающими организациями за поддержание нормальных режимов напряжения на границах балансовой принадлежности электрических сетей должно способствовать улучшению качества электроэнергии и уменьшению потерь в сетях.
Введение платы за реактивную энергию призвано экономически стимулировать потребителей к оснащению автоматическими конденсаторными установками (АКУ). Причем, правильный выбор и рациональное использование АКУ в сетях потребителей способны минимизировать указанные размеры платы до нуля.
В [1] была рассмотрена экономическая эффективность компенсации реактивной мощности при учете потребляемой и генерируемой реактивной мощности и энергии при различных способах расчета мощности ступеней автоматических конденсаторных установок (АКУ). Исследования показали, что применение методики расчета величины ступеней АКУ не учитывающие введение данных скидок и надбавок не позволяет эффективно использовать АКУ. Срок окупаемости капита-
ловложений в АКУ при выборе мощности ступеней по критерию минимума пере- и недо-компенсации реактивной мощности значительно превышает срок окупаемости при выборе мощности ступеней по критерию минимума оплаты за генерируемую и потребляемую реактивную мощность и энергию.
Расчеты проводились для схемы представленной на рисунке 1.
110/1 ОкВ
ВЛ-10кВ
ЗАС70 1=10км
10/0,4кВ Этр=100кВА ПБВ
АКУ
нагрузка
Рисунок 1 - Расчетная схема
В качестве графиков изменения электрических нагрузок приняты типовые графики нагрузок сельскохозяйственных потребителей приведенные в [2].
Величина скидок и надбавок к плате за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии потребителем в сутки без применения установки КРМ приведена в таблице 1.
Изменения потерь напряжения в сети 10 и 0,38 кВ без компенсации реактивной мощности при стабилизации напряжения на питающей подстанции на уровне +5 % и оптимальной надбавке ПБВ трансформатора 10/0,4 кВ равной +2,5 % представлены на рисунке 2.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОЙ СТЕПЕНИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОМ МОЩНОСТИ ПРИ ОПЛАТЕ ПОТРЕБИТЕЛЕМ ЗА ГЕНЕРИРУЕМУЮ И ПОТРЕБЛЯЕМУЮ РЕАКТИВНУЮ МОЩНОСТЬ И ЭНЕРГИЮ С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО ВЕЛИЧИНЕ ОТКЛОНЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЯ
Таблица 1 - Величина скидок и надбавок к плате за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии потребителем в сутки без применения установки КРМ
часы максимума нагрузок часы м наг инимума рузок Сумма
потреблено генерировано потреблено генерировано
Количество реактивной энергии, кварч 423,75 0 200 0
скидка, тыс. руб - - 114,5 - 114,5
надбавка, тыс. руб 242,7 - - - 242,7
разница, тыс. руб + 128,1
%
6,0 -5,0 -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 -0,0 -1,0 --2,0 -3,0 -4,0 -5,0 -6,0 -7,0 --8,0 --9,0 --10,0 --11,0 -
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021 222324
Р=п
^Р2
Рисунок 2 - Величина отклонения напряжения у потребителя (без компенсации реактивной мощности при стабилизации напряжения на питающей подстанции на уровне +5 % и надбавке ПБВ трансформатора 10/0,4 кВ +2,5 %)
Как видно из рисунка, в часы максимума нагрузок отклонение напряжения у потребителя выходит за допустимые пределы. Следовательно, необходимо принять меры по повышению уровня напряжения. Одним из способов уменьшения потерь напряжения в элементах электроустановок является компенсация реактивной мощности.
Величину ступеней РКУ определим по модифицированной методике, приведенной в [3]. За критерий оптимальности примем минимум оплаты за генерируемую и потребляемую реактивную мощность и энергию. Для этого в часы минимума нагрузок АКУ отключим полностью, не взирая на снижение cos ф, а в часы максимума нагрузок — включим все ступени АКУ для того, чтобы генерировать в сеть максимум реактивной мощности.
Результаты расчетов ступеней и уставок срабатывания рКу приведены в таблице 2. Суточный график работы РКУ представлен на рисунке 3.
Таблица 2 - Результаты расчетов ступеней и уставок срабатывания РКУ
Мощность Q^ квар Уставка срабатывания, квар
расчетная стандартная
1 ступень 5,16 0 0
2 ступень 60,16 62,5 42,5
3 ступень 98,13 100 79,4
120 100 80 60 40 20
□ Ряд2 ПРяд1
: - :
S -
—1
гп гп п - - гп гп гп
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
Рисунок 3 - Суточный график работы РКУ
Влияние применения РКУ с параметрами, рассчитанными по модифицированной методике, на уровни напряжения в сети представлены на рисунке 4.
%
5,0 4,0 -3,0 -2,0 1,0 0,0 -1,0 -2,0 -3,0 -4,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 121314151617181920 212223 24
Рисунок 4 - Величина отклонения напряжения у потребителя (при компенсации реактивной мощности со ступенями РКУ определенными по модифицированной методике)
Как видно из рисунка, отклонение напряжения у потребителя не выходит за допустимые пределы.
Плата за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии потребителем с применением установки по КРМ с параметрами определенными по минимуму оплаты приведены в таблице 3.
0
Таблица 3 - Величина скидок и надбавок к плате за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии потребителем в сутки при применении установки КРМ
жения при включении следующей (большей) ступени конденсаторов. Пример реализации подобного запрета на включение рассмотрен в [4].
Рисунок 5 - Суточный график работы РКУ с мощностью превышающей минимально-необходимую для компенсации реактивной мощности
часы максимума нагрузок часы минимума нагрузок Сумма
потреблено генерировано потреблено генерировано
Количество реактивной энергии, кварч 0 285 47 0
скидка, тыс. руб 163,1 - 26,9 - 190
надбавка, тыс. руб - - - - -
разница, тыс. руб. -190
250 200 150 100 50 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718192021222324
6,% 5,0 4,0 3,0 2,0 1 ,0 0,0 -1 ,0 -2,0 -3,0 -4,0 -5,0 -6,0 -7,0 -8,0 -9,0 -10,0 -11,0 -12,0 -13,0
№
8 9
10
—
— —
Как показывает анализ данных в таблицах 1 и 5, снижение платы за электроэнергию составит 318152 руб./сут.
Рассмотрим случай, когда у потребителя установлена РКУ с мощностью превышающей минимально-необходимую для компенсации реактивной мощности.
При использовании РКУ с дополнительной 4-й ступенью мощностью 200 квар, суточный график работы будет иметь вид, представленный на рисунке 5.
Влияние применения РКУ с параметрами, превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности, на уровни напряжения в сети представлены на рисунке 6.
Плата за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии потребителем с применением установки по КРМ с параметрами, превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности, приведены в таблице 4.
Как показывает анализ данных в таблицах 3 и 4, при увеличении максимальной мощности РКУ до 200 квар, снижение платы за электроэнергию составит 343428 руб/сут, что составляет 30 %.
В тоже время, как видно из графика 6, при перекомпенсации уровень напряжения в сети значительно увеличивается и отклонение напряжения у потребителя выходит за допустимые пределы.
Избежать подобного можно введя в устройство управления РКУ функции предварительного определения уровня напря-
Рисунок 6 - Величина отклонения напряжения у потребителя (при компенсации реактивной мощности со ступенями РКУ превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности)
Таблица 4 - Величина скидок и надбавок к плате за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии потребителем в сутки при применении установки КРМ с параметрами превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности
часы максимума нагрузок часы минимума нагрузок
потреблено генерировано потреблено генерировано Сумма
Количество реактивной энергии, кварч 0 885 47 0
скидка, тыс. руб - 506,6 26,9 - 533,4
надбавка, тыс. руб - - - -
Разница, тыс. руб -533,4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОЙ СТЕПЕНИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОИ МОЩНОСТИ ПРИ ОПЛАТЕ ПОТРЕБИТЕЛЕМ ЗА ГЕНЕРИРУЕМУЮ И ПОТРЕБЛЯЕМУЮ РЕАКТИВНУЮ МОЩНОСТЬ И ЭНЕРГИЮ С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО ВЕЛИЧИНЕ ОТКЛОНЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЯ
Другим решением данной проблемы является использование в сетях трансформаторов 10/0,4 кВ с устройством РПН.
Рассмотрим приведенный выше вариант, но при использовании трансформатора 10/0,4 кВ (типа ТМН (РФ), ТЕТ (Чехия) и др.) с устройством РПН.
Влияние применения РКУ с параметрами, превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности, на уровни напряжения в сети при использовании трансформатора 10/0,4 кВ с РПН
представлены на рисунке 7.
%
5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 -1,0 -2,0 -3,0 -4,0 -5,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
111213141516
171819
2021 222324
Рисунок 7 - Величина отклонения напряжения у потребителя (при компенсации реактивной мощности со ступенями РКУ превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности) при использовании трансформатора 10/0,4 кВ с РПН
Из рисунка видно, что отклонение напряжения у потребителя не выходит за допустимые пределы.
Как показывают расчеты, при использовании РПН 10/0,4 кВ отклонение напряжения у потребителя не выходит за допустимые пределы при увеличении мощности РКУ в 1,9-2,2 раза по сравнению с мощностью, рассчитанной для полной компенсации реактивной мощности потребителя. При использовании для питания потребителей подстанций «глубокого ввода» (110/10кВ, 35/10кВ) появляется возможность еще большего увеличения мощности РКУ. Это обусловлено тем, что уровень напряжения у потребителя можно регулировать еще и РПН трансформатора 35/10 кВ.
Влияние применения РКУ с параметрами, превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности, на уровни напряжения в сети при использовании трансформаторов 35/10 кВ и 10/0,4 кВ с РПН представлены на рисунке 8.
Из рисунка видно, что отклонение напряжения у потребителя не выходит за допустимые пределы.
4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 -1,0 -2,0 -3,0 -4,0 -5,0
1 2 3 4 5 6 7
111213141516
ип N и
171
92021222324
Рисунок 8 - Величина отклонения напряжения у потребителя (при компенсации реактивной мощности со ступенями РКУ превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности) при использовании трансформаторов 35/10 кВ и 10/0,4 кВ с РПН
Как показывают расчеты, даже при 4-х кратном увеличении мощности РКУ при использовании РПН 35/10кВ и РПН 10/0,4кВ отклонение напряжения у потребителя не выходит за допустимые пределы.
Плата за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии потребителем с применением установки по КРМ с параметрами, превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности при использовании РПН 35/10кВ и РПН 10/0,4 кВ приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Величина скидок и надбавок к плате за потребление и генерацию реактивной мощности и энергии потребителем в сутки при применении установки КРМ с параметрами превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности при использовании РПН 35/10кВ и РПН 10/0,4кВ
часы м наг аксимума рузок часы минимума нагрузок Сумма
потреблено генерировано потреблено генерировано
Количество реактивной энергии, кварч 0 2085 47 0
скидка, тыс. руб - 1193,4 26,9 - 1220,3
надбавка, тыс. руб - - - -
Разница, тыс. руб -1220,3
Скидка к тарифу на электроэнергию для данного потребителя составляет 1,22 млн. рублей за сутки, что составляет около 8-11 %
%
5,0
8
9
от всей суммы платежа за электроэнергию. Даже при существующем тарифе, установка дополнительной мощности РКУ целесообразна.
Работа РКУ в таком режиме возможна при совместном управлении устройством РПН 35/10 кВ, устройством РПН 10/0,4 кВ и РКУ. Пример возможной реализации такого управления приведен в [5].
Выводы
1. Применение утройств компенсации реактивной мощности, позволяет снизить для потребителя величину платы за электроэнергию, а также уменьшить потери напряжения в сети.
2. При применении установки КРМ с параметрами превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности, происходит дальнейшее значительное снижение платы за электроэнергию. В тоже время, при перекомпенсации уровень напряжения в сети значительно увеличивается и отклонение напряжения у потребителя может выходить за допустимые пределы.
3. При перекомпенсации ограничение величины отклонения напряжения у потребителя возможно либо при вводе в устройство управления РКУ функции предварительного определения уровня напряжения при включении следующей (большей) ступени конденсаторов, либо при использование в сетях трансформаторов 10/0,4 кВ с устройством РПН.
4. При использовании трансформаторов 10/0,4 кВ с РПН отклонение напряжения у потребителя не выходит за допустимые пределы даже при увеличении мощности РКУ в 1,9-2,2 раза по сравнению с мощностью рассчитанной для полной компенсации реактивной мощности потребителя.
5. При компенсации реактивной мощности со ступенями РКУ превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной мощности) и использовании трансформаторов 35/10 кВ и 10/0,4 кВ с РПН, даже при 4-х кратном увеличении мощности РКУ отклонение напряжения у потребителя не выходит за допустимые пределы. Скидка к тарифу на электроэнергию для потребителя составляет около 8-11 % от всей суммы платежа за электроэнергию.
6. Компенсация реактивной мощности со ступенями превышающими минимально-необходимые для компенсации реактивной
мощности возможна при совместном управлении устройством РПН 35/10 кВ, устройством РПН 10/0,4кВ и РКУ.
7. Установка подобных РКУ с завышенной мощностью и трансформаторов 10/0,4 с РПН (типа ТМН (РФ), ТЕТ (Чехия) и др.) позволит сократить дефицит реактивной мощности в энергосистеме, снизить потери электроэнергии в электрических сетях потребителей, разгрузить питающие сети от передачи реактивной мощности, увеличив тем самым их пропускную способность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Счастный, В.П. Особенности компенсации реактивной мощности при различных способах учета электроэнергии / В.П. Счастный, А.И. Зе-ленькевич // Энергосбережение - важнейшее условие инновационного развития АПК: материалы международной научно-технической конференции. - Минск: УО "БГАТУ", 2009. - С. 55-58.
2. Будзко, И.А. Электроснабжение сельского хозяйства / И.А. Будзко, Н.М. Зуль - М.: Агропромиздат, 1990. - 496 с.
3. Зеленькевич, А.И. Влияние различных способов компенсации реактивной мощности у потребителя на режим напряжения // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: материалы 7 международной научно-технической конференции, РФ, Москва / ВИЭСх. -Москва, 2010.
4. Устройство для управления оборудованием двухтрансформаторной подстанции: пат. 5573 Респ. Беларусь, МПК7Н 02J 3/18, H 02H 3/20, G 05B 13/02, G 05F 1/70 / В.П. Счастный, А.И. Зеленькевич; заявитель УО "БГАТУ" - № u 20090181; заявл. 2009.03.10; опубл. 2009.10.30 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасцг - 2009. - № 2.
5. Устройство для управления оборудованием потребительской трансформаторной подстанции: пат. 4613 Респ. Беларусь, МПК7 H 02J 3/18, H 01F 21/00, G 05B 13/02 / В.П. Счастный, А.И. Зеленькевич; заявитель УО "БГАТУ" -№ u 20080011; заявл. 2008.01.14; опубл. 2008.08.30 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасцк - 2008. - № 2.
Зеленькевич А.И., пом. дек. агроэнергети-ческого факультета, ст. преп. каф. «Электроснабжение», Белорусский государственный аграрный технический университет, (г. Минск), тел. 8(37517)267-37-01, E-mail:_alex_zelenkewich@M.by.
