CC BY
34
УДК 621.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-8-102-109
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ О ПРИМЕНЕНИИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
И.М. Казымов, Б.С. Компанеец
Цель данного исследования заключается в разработке алгоритма принятия решений о применении тех или иных организационных и технических мероприятий по снижению потерь электрической энергии в распределительных сетях класса напряжения 0,4...35 кВ. В основе данного исследования находится разработанный авторами оригинальный алгоритм принятия решений по результатам работы разработанного авторами оригинального программного комплекса для анализа коммерческих и технических потерь в системах электроснабжения. Исследование показало, что применение предлагаемого алгоритма принятия решений позволит значительно повысить эффективность организационных и технических мероприятий по снижению потерь электрической энергии, применяемых в настоящее время.
Ключевые слова: система электроснабжения, распределительная сеть, алгоритм принятия решений, снижение потерь электроэнергии, программный комплекс, АИИС КУЭ.
Электрическая энергия - особый вид товара, для которого принципиально невозможно произвести выделение границ процессов производства, транспортировки и потребления, как для других товаров. Это обусловлено тем, что генерация, передача, распределение и потребление электрической энергии происходят в один момент времени, причём данный товар невозможно хранить ни на одной стадии его жизненного цикла.
Передача электрической энергии по своей природе всегда неизбежно будет сопряжена с потерями. А поскольку передача и потребление электроэнергии ведутся одновременно, то разница между объёмами отпущенной в сеть и потреблённой электроэнергии считается потерями электрической энергии и является одной из основных статей затрат электросетевых компаний.
Потери электрической энергии классифицируются на две группы:
технологические;
коммерческие.
Далее в данной работе из группы технологических потерь рассматриваются только технические потери электрической энергии (непосредственно связанные с несовершенством генерирующих, трансформирующих и распределяющих элементов электрической сети.
Борьба с коммерческими и техническими потерями в распределительных сетях является одним из важнейших направлений работы по повышению эффективности работы системы электроснабжения ввиду значительных издержек электросетевых организаций, связанных с потерями электроэнергии, а также по причине того, что самовольное подключение к электрическим сетям является одним из факторов риска возникновения технологических нарушений в системе электроснабжения.
Например, за 2019 год в распределительных сетях Сибири было выявлено почти 10 тысяч хищений, которые нанесли ущерб на 500 миллионов рублей [1]. И, несмотря на непрерывно совершенствующиеся методы определения участков и даже конкретных потребителей с нарушениями правил энергопотребления, в том числе и с использованием рентгенотелевизионного оборудования и других дорогостоящих систем [1, 2], ситуация меняется в лучшую сторону незначительно ввиду неэффективности применяемых мер. Так, за семь месяцев 2020 года экономия от результатов работы над снижением потерь в компании ПАО «Россети Сибирь» составила 344 миллиона рублей,
из которых 241 миллион рублей составил эффект от включения в полезный отпуск 74 млн. кВт'ч, обнаруженных при выявлении 2 457 фактов неучтённого потребления электроэнергии [3]. Однако, потери электрической энергии в сетях различных филиалов ПАО «МРСК Сибири» на сегодняшний день всё также составляют от 7 до 25 процентов от общего отпуска электрической энергии в сеть. Особенно высок процент потерь на уровнях напряжения СН1, СН2 и НН - до 94,93 процентов.
Таким образом, можно заключить, что исследования, направленные на создание алгоритмов по принятию решений, позволяющих применять эффективные меры по выявлению места возникновения потерь (как повышенных технических, так и коммерческих), и результаты данных изысканий будут востребованы электросетевыми компаниями в ближайшей и среднесрочной перспективе.
В Стратегии развития электросетевого комплекса Российской Федерации, разработанной на период до 2030 года Правительством Российской Федерации, в качестве одного из приоритетных ставится направление по снижению потерь электрической энергии. Причём вопрос снижения потерь электроэнергии ставится в разрезе рассмотрения проблемы организации максимально эффективной и соответствующей мировым стандартам инфраструктуры, куда также входят такие немаловажные вопросы как: загрузка мощностей, оптимизация проектных решений, повышение результативности инвестиций и качества управления проектами. В данной Стратегии отмечается, что потери электрической энергии в российских электросетях при её передаче и распределении составляют 11 процентов от полезного отпуска, что выше аналогичного показателя зарубежных компаний, который составляет 6 - 8 процентов. При этом наблюдаются существенные различия в уровне потерь между регионами. Максимальные потери отмечаются в регионах с высоким бытовым потреблением. Например, потери в распределительных электрических сетях Тверской и Смоленской областей находятся на уровне 1518 процентов, а в регионах Северного Кавказа достигают 30-40 процентов. Высокий уровень потерь электроэнергии в первую очередь обусловлен наличием коммерческих потерь, высоким износом электросетевого хозяйства и неоптимальными режимами работы электрических сетей. Основными причинами коммерческих потерь являются низкий уровень оснащённости приборами учета, их техническое и моральное устаревание, что не позволяет вести достоверный учёт электроэнергии, а также неурегулированность вопросов организации коммерческого учета электроэнергии на розничном рынке электроэнергии [4, 5].
Нетрудно заметить, что эффективное решение поставленных задач, а особенно проблемы высокого уровня потерь электрической энергии может быть достигнуто только с использованием достижений информационных технологий и, в частности, специализированных программных комплексов, а также автоматизированных информационно-измерительных систем, какой, к примеру, является АИИС КУЭ [6-9].
Основными методами снижения коммерческих потерь являются плановые или внеплановые обходы инспектором, проводимые с целью выявления неучтённого подключения к сетям или безучётного потребления электрической энергии; также распространённым вариантом выявления коммерческих потерь является последовательное измерение тока в линии электропередачи при помощи токовых клещей с целью обнаружения недобросовестных потребителей. Что касается повышенных технических потерь, то на сегодняшний день повсеместно применяется единственный способ их обнаружения - обход с проведением измерения и анализа температуры контактных соединений и проводов линии.
И, несмотря на непрерывно совершенствующиеся методы определения участков и даже конкретных потребителей с нарушениями правил энергопотребления, в том числе и с использованием рентгенотелевизионного оборудования и других дорогостоящих систем, а также с использованием лабораторных исследований приборов учёта, ситуация меняется в лучшую сторону незначительно ввиду неэффективности применяемых мер.
Существующие методы выявления потерь электрической энергии характеризуются чрезвычайно низкой эффективностью ввиду невозможности осуществления постоянного контроля, а также широкого спектра способов и методов хищения, некоторые из которых являются труднорегистрируемыми и совершенно незаметными при внешнем осмотре, проводимым энергоснабжающими организациями в ходе проверок на предмет незаконных подключений. Именно по причине высоких трудовых и временных затрат на проведение полного обследования электрической сети и низкая эффективность выборочных обследований, внедрение высокотехнологичных методов выявления и снижения потерь не обеспечивает устойчивое снижение величины потерь электрической энергии.
Значительное повышение эффективности может быть достигнуто только при создании возможности для локализации точек возникновения коммерческих и повышенных технических потерь. В таком случае эффективность всех существующих способов обнаружения потерь будет также увеличена.
Ранее авторами был разработан программный комплекс для анализа коммерческих и технических потерь в системах электроснабжения, состоящий из пяти оригинальных программ для ЭВМ [10-14].
Для решения задачи по повышению эффективности работы по обнаружению точек возникновения и снижению потерь электроэнергии в рамках настоящего научного исследования ставится следующая задача: разработка алгоритма принятия решений о применении тех или иных организационных и технических мероприятий по снижению потерь электрической энергии в распределительных сетях класса напряжения 0,4 -35 кВ.
Алгоритм принятия решений основывается на результатах, получаемых в ходе работы упомянутого программного комплекса. Упрощённо блок-схема работы программного комплекса представлена на рис. 1.
Рис. 1. Блок-схема работы программного комплекса
104
Из рис. 1 видно, что в ходе работы программного комплекса последовательно определяются величины коммерческих потерь в рассматриваемой системе электроснабжения и повышенных (устранимых) технических потерь электроэнергии.
Под коммерческими потерями в данном случае подразумевается неучтённое потребление электрической энергии, выполняемое частными лицами или организациями, а под повышенными техническими потерями - повышенный уровень потерь на нагрев проводников и элементов системы электроснабжения, вызванный ухудшением их технического состояния (например, ухудшение проводимости проводов питающих линий по причине обрыва части проводящих жил или повышение переходного сопротивления контактных соединений любого типа по причине ухудшения условий контакта).
Данный программный комплекс позволяет получать актуальную информацию о состоянии и эффективности работы системы электроснабжения, а также выполнять цифровое представление рассматриваемой электрической сети, что позволит значительно упростить процесс определения мест возникновения в сети неучтённого потребления и участков (элементов) с повышенными техническими потерями, а также снизить издержки компаний электросетевого комплекса, связанные с коммерческими и устранимыми техническими потерями, в случае принятия верных и своевременных решений о применении тех или иных мероприятий по снижению потерь электрической энергии.
Пример отчёта о работе программного комплекса на примере произвольной системы электроснабжения приводится в табл. 1 и текстовом продолжении ниже. Схематично рассматриваемая система электроснабжения представлена на рис. 2.
Таблица 1
Отчёт о работе программного комплекса _
№ п/п Длина, км ^ Ом Х, Ом и нач., В и кон., В I, А Р, кВт Прим.
1 1 0,428 0,4 230 226,49 6 1104 -
1.1 1 0,428 0,4 226,49 223,85 3 537,241 Коммерческие потери
1.2 0,2 0,0856 0,08 226,49 226,368 1 181,094 -
1.1.1 1 0,428 0,4 223,85 222,38 2 355,809 Технические потери
1.1.2 0,2 0,0856 0,08 223,85 223,732 1 178,986 -
1.1.1.1 0,2 0,0856 0,08 222,38 222,267 1 177,814 -
1.1.1.2 0,2 0,0856 0,08 222,38 222,267 1 177,814 -
Обнаруженные потери:
на участке воздушной линии 1.1 через расстояние в 0,482 км от ближайшего разветвления протекает неучтённый ток в 0,769+j0,5767 А;
на участке воздушной линии 1.1.1 присутствует дополнительное сопротивление в 0,02 Ом.
<Е>
3
-Ш-
4
1.1.1.1
1.1.1.2
1.1.2
1.2
Рис. 2. Схематичное изображение рассматриваемой системы электроснабжения с указанием обнаруженных несоответствий
Полный алгоритм принятия решений на основании полученной в результате работы программного комплекса информации приводится на рис. 3.
105
Нетрудно заметить, что разработанный алгоритм позволяет повысить эффективность применяемых на сегодняшний день способов борьбы с коммерческими и повышенными техническими потерями за счёт сужения области поиска источника возникновения потерь [15, 16].
Таким образом, воздействия тех или иных мероприятий по итогу принимаемых решений будут являться точечными и направленными на выявление и устранение уже установленного при помощи программных средства факта наличия потерь электрической энергии. Иными словами, обход инспектором будет производиться не в произвольном или периодическом порядке, а в порядке, обеспечивающем посещение точек системы электроснабжения с выявленными несоответствиями, что приведёт к повышению эффективности таких обходов за счёт увеличения удельной частоты обнаружения неучтённого потребления электрической энергии. Также применение разработанного алгоритма позволит организовывать выездные проверки технического состояния и планировать работу технических служб по техническому обслуживанию линий электропередачи и подстанционного/распределительного электрооборудования в порядке и в объёме, определённом результатом анализа системы электроснабжения, что, в свою очередь, позволит значительно снизить потери, связанные с ухудшением контактных соединений и предотвратить возникновение и развитие технологических нарушений в системах электроснабжения.
Представленный алгоритм является универсальным и может использоваться для принятия решений и мер по снижению потерь электрической энергии в распределённых системах электроснабжения, в которых осуществляется непосредственное подключение конечных потребителей к сети. Такими сетями в настоящее время являются сети низкого (до 1000 В) и среднего (6/10 - 35 кВ) напряжения, используемые для электроснабжения бытовых, промышленных и сельскохозяйственных потребителей.
Анализ системы электроснабже н ия специализированным программным комплексом
Организация внеплановых обходов инспектором
Организация выездных проверок технического состояния
Проверка приборов учёта «подозрительных потребителей»
- проверка приборов учёта на исп равн ость;
- проверка приборов учёта на предмет использования способов вмешательства в их работу;
- проверка отсутствия самовольных подключений непосредственно в точке
Выявление точек самовольного подключения к электрическим сетям
- проверка отсутствия самовольных подключений линиям электропередачи, расположенным открыто;
- проверка отсутствия самовольных подключений в распределительных пунктах.
Проверка технического состояния проводов ЛЭП
- анализ состояния токопроводов ЛЭП по условиям нагрева;
- проверка состояния соединений проводов ЛЭП, расположенных в пределах участка.
Проверка технического состояния коммутационных аппаратов и электрооборудования
- анализ состояния контактных соединений по условиям нагрева;
- проверка состояния коммутационных аппаратов и электрооборудования.
установки прибора учёта.
Рис. 3. Алгоритм принятия решений о применении мероприятий по снижению потерь электрической энергии
В результате проведённых исследований по проблеме повышения эффективности применяемых методов снижения потерь электрической энергии получены следующие результаты:
1. Разработан алгоритм принятия решений о применении тех или иных организационных и технических мероприятий по снижению потерь электрической энергии.
2. Доказано повышение эффективности применяемых методов снижения коммерческих и повышенных технических потерь электроэнергии при использовании разработанного алгоритма принятия решений.
3. Установлено, что наиболее эффективной областью применения разработанного алгоритма принятия решений являются распределительные сети класса напряжения 0,4.. .35 кВ.
4. Рекомендовано применение разработанного алгоритма принятий решений к использованию в основной деятельности электросетевых компаний в качестве вспомогательного средства при планировании и выполнении работ по снижению потерь электрической энергии.
Список литературы
1. В распределительных сетях Сибири за год выявлено почти 10 тысяч хищений электроэнергии на полмиллиарда рублей // Россети Сибирь [Электронный ресурс] URL: https://rosseti-sib.ru/index.php?option=com content&view=article&id=19682:v-raspr ed eli telnykh-setyakh-siMri-za-god-vyyavleno-pochti-10-tysyach-khishchenii-elektroenergii-na-polmilliarda-mblei-20200123-154844&catid=1111:40-novosti&lang=ru40 (дата обращения: 28.06.21).
2. В Бурятии энергетики ударят по энерговорам «Каланом» // Россети Сибирь [Электронный ресурс] URL: https://rosseti-sib.ru/index.php?option=com content&view= article&id=19921:v-buryatii-energetiki-udaryat-po-energovoram-kalanom-20200408-095208 & catid=2:uncategorised&lang=ru40 (дата обращения: 28.06.21).
3. Россети Сибирь продолжает снижать потери электроэнергии // Россети Сибирь [Электронный ресурс] URL: https://rosseti-sib.ru/index.php?option= com_content&view=article&id=20397:rosseti-siMr-prodolzhaet-snizhat-poteri-elektroenergii-20200908-152523&catid=1111:40-novosti&lang=ru40 (дата обращения: 28.06.21).
4. Об утверждении Стратегии развития электросетевого комплекса Российской Федерации [Текст]: распоряжение Правительства Российской Федерации от 3 апреля 2013 г. № 511-р в редакции от 18.07.2015 г. №1399-р.
5. Указ Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. N 204 "О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года". 19 с.
6. Rodrigues A.C. Identification of non-technical losses in distribution systems via state estimation and geometric tests / A.C. Rodrigues, A.S. Costa, D. Issicaba // 7th Brazilian Elec-trical Systems Symposium. 2018. P. 1-6.
7. Bezerra U.H Equivalent operational impedance: A new approach to calculate technical and non-technical losses in electric distribution systems / U.H. Bezerra, T.M. Soa-res, J.P.A. Vieira, (...), A.R.R. Manito, J.C.H. Paye // 7th Brazilian Electrical Systems Symposium. 2018. P. 1-6.
8. Иванов А.Г. Финансовые потери потребителей в связи с низким качеством электроэнергии [Текст] / А. Г. Иванов, В. Н. Соколова // Science Time. 2014. №11.
9. Kazymov I. Definition of fact and place of losses in low voltage electric networks / I. Kazymov, B. Kompaneets // 2019 International conference on industrial engineering, applications and manufacturing, icieam. 2019 - Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.
10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2017614865. Определение факта и места неучтённого потребления электрической энергии в распределительной сети: программа для ЭВМ / Б.С. Компанеец, И.М. Казы-мов (RU); правообладатель ФГБОУ ВО АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Заявка № 2017611828; заявл. 06.03.17; опубл. 27.04.2017, 288 Кб.
11. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2018611363. Определение неучтённого потребления электрической энергии в сети с применением проводов СИП: программа для ЭВМ / Б.С. Компанеец, И.М. Казымов (RU); правообладатель ФГБОУ ВО АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Заявка № 2017662573; заявл. 04.12.17; опубл. 01.02.2018, 48 Кб.
12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2018615310. Выявление мест неучтённого технологического присоединения в магистральной сети: программа для ЭВМ / Б.С. Компанеец, И.М. Казымов (RU); правообладатель ФГБОУ ВО АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Заявка № 2018612410; заявл. 15.03.18; опубл. 04.05.2018, 44 Кб.
13. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2018663201. Определение размера хищений электроэнергии в местах установки приборов учёта: программа для ЭВМ / Б.С. Компанеец, И.М. Казымов (RU); правообладатель ФГБОУ ВО АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Заявка № 2018660915; заявл. 08.10.18; опубл. 23.10.2018, 44 Кб.
14. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019613612. Определение участков с повышенным активным сопротивлением в распределительной сети: программа для ЭВМ / Б.С. Компанеец, И.М. Казымов (RU); правообладатель ФГБОУ ВО АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Заявка № 2019612251; заявл. 06.03.19; опубл. 19.03.2018, 50 Кб.
15. Петухов К.Ю. В сетях с низким уровнем потерь высокая надёжность [Текст] // Российские сети. 2017. № 2. C. 4.
16. Huang S.C. Non-technical loss detection using state estimation and analysis of variance / S.C. Huang, Y.L. Lo, C.N. Lu // IEEE Transactions on Power Systems. 2013. Vol. 28, is. 3. P. 2959-2966.
Казымов Иван Максимович, аспирант, bahek1995@mail.ru, Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова,
Компанеец Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, kompbs@mail.ru, Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова
DEVELOPMENT AN DECISION MAKING ALGORITHM FOR TAKING ACTION TO REDUCE ELECTRICITY LOSSES
I.M. Kazymov, B.S. Kompaneets
The purpose of this research is to develop an algorithm for making decisions on the use of certain organizational and technical measures to reduce electrical energy losses in distribution networks of 0.4 - 35 kV voltage class. This research is based on the original algorithm of decision-making developed by the authors based on the results of the work of the original software complex developed by the authors for the analysis of commercial and technical losses in power supply systems. The research demonstrated that using of the proposed decision-making algorithm will significantly increase the efficiency of organizational and technical measures to reduce electrical energy losses, which are currently used.
Key words: power supply system, distribution network, decision-making algorithm, reduction of electricity losses, software package, AIIS KUE.
108
Kazymov Ivan Maksimovich, postgraduate, bahek1995@mail.ru, Russia, Barnaul, Altai State technical University,
Kompaneets Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, head of the department, kompbs@,mail.ru, Russia, Barnaul, Altai State technical University
УДК 004.94:624
АНАЛИТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ ТОННЕЛЕЙ
ЯК. Исаева
В работе проводится сравнение при использовании имитационного программного обеспечения нескольких видов систем вентиляции тоннелей: естественной и искусственной. Делаются выводы о целесообразности применения механических побудителей движения воздуха.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, тоннель, поток, метод конечных элементов, имитационное моделирование, сравнительный анализ, подземное строительство, давление.
Имитационное компьютерное моделирование способно решить широкий спектр задач, в том числе и сложных, включающих в себя несколько разделов физики и химии [1-6]. В том числе, с помощью данного подхода возможно решение задачи о вентилировании тоннелей. Так как тоннели обычно используются в качестве транспортной артерии для движения автомобилей или поездов, то в таком случае остро стоит вопрос об обеспечении безопасного проезда или остановки автотранспорта (в случае дорожных пробок и т.п.) для людей. Так как в результате работы двигателей внутреннего сгорания или работы двигателей тепловых поездов в воздухе образуются вредные вещества то обновление воздуха в тоннеле является обязательным условием для сохранения жизни и здоровья человека [7-8]. При этом в тоннелях, которые являются подземными сооружениями, используется 2 вида вентиляции:
естественная (ветер и создаваемый в результате движения автомобилей или поездов движение воздушных масс);
искусственная (применение искусственных (механических) побудителей движения воздуха).
Необходимость в вентиляции в автомобильных или железнодорожных тоннелях обусловлена следующим:
снижения концентрации вредных газов в воздухе; снижения уровня пыли и задымленности в воздухе в тоннеле; придание нормальных климатических условий. При этом обновление воздуха в тоннеле необходима для:
обеспечения нормальных условий труда и жизнедеятельности водителей, пассажиров, людей (обеспечивающих ремонтные работы);
продления срока службы укрепительных сооружений, материала, дорожного полотна и др. за счет придания нормальных температурных режимов, а также влажности.
Поэтому для решения проблемы вентилирования в данной работе будет проведено имитационное компьютерное моделирование движения воздуха в тоннелях. Данное исследование проводилось в программе Ansys. Начальная скорость ветра составляла 1 м/с, и проводилось сравнение скорости ветра в конце восьмидесятиметрового
109
