CC BY
112
112
Е.К.Ещин
6. ELECTRICAL PLAN REVIEW. Bulletin EPR-1, November 2002. 45 p.
7. Стариков Б.Я., Азарх В.Л., Рабинович З.М. Асинхронный электропривод очистных комбайнов / М., Недра, 1981. - 288 с.
8. Терёхин В.Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7.0.1): учебное пособие / В.Б. Терёхин; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 292 с.
9. F. Corcoles, J. Pedra, M. Salichs, L. Sainz, “Analysis of the induction machine parameter
identification” IEEE Trans. Energy Conversion, Vol 17, No 2, June 2002, pp. 183-190.
10. Ещин Е.К. Модель асинхронного электродвигателя в системе электроснабжения //
Электротехника. - 2002. -№1. C.40-43.
11. В.Т.Антипов. Комбайн проходческий КСП-32. Руководство по эксплуатации / Ясиноватский машиностроительный завод, 1999. - 120 с.
□ Автор статьи:
Ещин
Евгений Константинович, докт. техн.наук, профессор каф. прикладных информационных технологий КузГТУ.
Email: [email protected]
УДК 621.311:621.314
Ф.С. Непша, А.А. Шевченко, В.В. Дабаров
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЙ УСТРОЙСТВ ВСТРЕЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ФИЛИАЛА ОАО «МРСК СИБИРИ» - «КУЗБАССЭНЕРГО - РЭС»
Режимы электрических систем, содержащих замкнутые электрические сети различных номинальных напряжений1, не являются достаточно экономичными из-за проявления электрической неоднородности [1], т.е. отношение (1) для всех ветвей схемы не выполняется.
R
— = const (1)
X
Для улучшения качества напряжения и повышения экономичности работы электрической сети необходимо выбирать оптимальные значения коэффициентов трансформации, которые в общем случае могут быть комплексными.
Как известно, основными средствами регулирования напряжения путем изменения коэффициентов трансформации являются силовые трансформаторы, снабженные РПН - устройством переключения регулировочных ответвлений под нагрузкой. Данное устройство, встроенное в трансформатор, дает наиболее экономичное решение. При этом коэффициент трансформации представляет собой вещественное число.
Блок оптимизации комплексных
1 Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг. (соглашение
№ 14.В37.21.2073
коэффициентов трансформации является одной из частных задач комплексной оптимизации
установившихся режимов электрических систем. Его реализация производится с учетом решения, полученного на верхних уровнях алгоритма оптимизации режима. Полученные значения коэффициентов трансформации могут быть положены в основу дальнейших расчетов послеоптимизационных режимов.
При решении задачи оптимизации положений устройств встречного регулирования напряжения трансформаторов минимизируемой функцией, в общем случае, являются суммарные по системе потери активной мощности [2].
Математическая формулировка при этом состоит в определении минимума функции суммарных потерь активной мощности сети:
F = АРТ(КТ) ^ тт, (2)
где КТ - коэффициент трансформации
регулируемых трансформаторов; ЛР£ - суммарные потери активной мощности сети.
При этом данная задача решается в условиях ограничений по уровням напряжений в узлах сети и по диапазонам регулирования трансформаторов:
1тт — и1 — /и1тах , (3)
КТ тт — КТ — КТ тах , (4)
где и - вектор напряжений в узлах сети.
Задание перечня узлов. Определение принципа нумерации и задание имен узлов
Воспроизведение топологии сети, моделирование схем замещения сетевых элементов
Задание параметров для моделирования трансформаторов: Я, Х,в,ктр
Проверка сходимости полученного режима
Разделение исследуемой электрической сети на энергорайоны по общему признаку - центр питания
Рис. 1. Алгоритм создания расчётной модели
Для того чтобы осуществить поиск минимума целевой функции (2) необходимо, прежде всего, создать модель исследуемой энергосистемы. Создание модели исследуемой энергосистемы наиболее удобно производить на базе программного комплекса (ПК) Яа8й^т3 [3]. Алгоритм создания расчетной модели исследуемой энергосистемы в ПК Яа81^т3 представлен на рис. 1.
После создания расчетной модели производится расчет двух режимов: среднего максимума и среднего минимума. Режим среднего максимума создается на основе средних значений потребляемой активной и реактивной мощности за 8 часов с наиболее высокой суммарной нагрузкой исследуемой сети, средний минимум, соответственно, за 8 часов с наименьшей нагрузкой исследуемой сети за сутки.
Режим среднего максимума является базисным для определения глобального минимума целевой функции, т.е. таких положений РПН, ПБВ при которых потери в электрической сети минимальны без учета ограничений. Режим среднего минимума является базисным для проверки выполнения ограничения (3), т.к. именно в минимальном режиме напряжение сильнее всего отклоняется от номинальных значений.
После того, как подготовка расчетных режимов завершена можно приступить непосредственно к оптимизации положений устройств встречного регулирования напряжения трансформаторов. Для этого удобно воспользоваться методом покоординатного спуска.
Суть метода покоординатного спуска заключается в следующем.
Пусть п] и п2 переменные (положения РПН трансформаторов Т-1, Т-2 одной подстанции), по которым осуществляется поиск, а АР = / (п]} п2) -целевая функция, подлежащая оптимизации. Функция / (п], п2) вычисляется каждый раз, когда выбираются следующие значения п] и/или п2. Прежде всего, задаются начальными значениями (определяются действующими положениями РПН или ПБВ) п/0) и п2(0) и вычисляется значение АР = / (п/0), п2(0)). Изменим п] на величину некоторого шага А п/]).
Предположим, что мы увеличили п]ш Получим п/]) = п/0) + Ап/]). Вычислим АР = / (п/]), п2(0)). Если это значение больше, чем АР = / (п/0), п2(0)), то этот шаг бракуется и делается шаг в противоположном направлении п/]) = п/0) - Ап/]).
Снова вычисляется АР = / (п/]), п2(0)). Если оно меньше, чем АР = / (п/0), п2(0)), то, очевидно, следует продолжать движение в данном направлении, уменьшая п] (координату п]). Величина шага может при этом меняться.
Движение по п] продолжается до тех пор, пока АР = / (п/7), п2(0)) не перестанет уменьшаться или п ] не достигнет своего предельно допустимого значения. Затем п] остается неизменным и равным значению, при котором целевая функция достигла наименьшего значения, и начинает меняться п2 (координата п2) в направлении, соответствующем уменьшению целевой функции.
Когда возможности п2 будут исчерпаны, вновь
114
Ф.С. Непша, А.А. Шевченко, В.В. Дабаров
Исходные данные:п1(0), п2(0), схема потокораспределения для режима среднего максимума и среднего минимума^Кт1, Кт2, АР^^^К^, Кт2), где пьп2 - Положения устройств встречного регулирования трансформаторов Т-1,2
I ~
Увеличение п1 (п1(1) = п1(0) + А п1(1))
Повторение аналогичного алгоритма для определения п2опт, определение ^опт
Нет
у
Возврат к предыдущим этапам до тех пор, пока условие (1) не будет выполняться
Рис. 2. Метод покоординатного спуска в виде блочного алгоритма для двухтрансформаторной подстанции
Оптимальные положения устройств РПН, ПБВ определены
переходят к изменению п] а потом опять к изменению п2. Так поступают, пока целевая функция продолжает уменьшаться. Процесс поиска прекращается, как только АР= / (п], п2) уже невозможно уменьшить с помощью изменения п] и п2. После получения глобального минимума в режиме среднего максимума осуществляется проверка ограничения (3) в режиме среднего минимума нагрузок. Если условие не выполняется, то осуществляется возврат к предыдущему шагу.
Также метод покоординатного спуска можно изобразить в виде блочного алгоритма, который представлен на рис. 2.
После определения оптимальных положений устройств встречного регулирования напряжения производится оценка экономического эффекта от снижения потерь активной мощности за различные периоды времени (сутки, месяц, год).
Для оценки эффективности оптимизации положений устройств встречного регулирования на-
пряжения, приведенная выше последовательность действий была реализована в рамках распределительной сети 35-110 кВ филиала ОАО «МРСК Сибири» - «Кузбассэнерго - РЭС».
В результате теоретически было показано, что потери активной мощности в распределительной сети 35-110 кВ, путем оптимизации положений устройств встречного регулирования напряжения трансформаторов, можно снизить на 1,45 %. При этом полученное снижение потерь активной мощности в распределительной сети 35-110 кВ достигается в основном за счет сети 35 кВ, где потери активной мощности были снижены на 6,2%.
Для наглядности эффект от оптимизации положений устройств встречного регулирования напряжения представлен на рис. 3, где синим цветом показано распределение потерь активной мощности в течение суток до оптимизации положений устройств встречного регулирования напряжения, а красным - после оптимизации.
66000 6ШЗО 62000 60000 Ч 58000 56000 5Ш00 52000 50000
О 1 2 3 и 5 6 7 8 3 т Л 12 13 % 15 Ш 17 18 19 20 21 22 23
№
ф исходный режим после оптимизации
Рис. 3. Активные потери распределительной сети филиала ОАО «МРСК Сибири» - «Кузбассэнерго - РЭС» до и после оптимизации
Возможный экономический эффект от оптимизации текущего режима распределительной сети 35-110 кВ филиала ОАО «МРСК Сибири» -«Кузбассэнерго - РЭС» путем оптимизации положений устройств встречного регулирования напряжения оценивается по формуле:
ЭГ =(АР1 -АР2 )• Та • 8760, (5)
где Эг - годовая экономия в оплате электроэнергии, кВт; АР1 - потери активной мощности до оптимизации, кВт; АР2 - потери активной мощности после оптимизации, кВт; Та - тариф на потери активной энергии, руб/кВт-ч, принимается равным
0,99 руб/кВт-ч.
При этом годовая экономия в оплате электроэнергии за счет снижения потерь активной мощности в сетях 35-110 кВ филиала ОАО «МРСК Сибири» - «Кузбассэнерго - РЭС» составила бы
ЭГ = (59339,99 - 57707,4\ 0,99 • 8760 = 14158 тыс. руб.
Таким образом, осуществление оптимизации положений устройств встречного регулирования напряжения трансформаторов в рамках распределительных сетей 35-110 кВ филиала ОАО «МРСК Сибири» - «Кузбассэнерго - РЭС» позволило бы снизить потери электрической энергии в сетях на 14,3 млн. кВт-ч в год, что в денежном эквиваленте при средней стоимости потерь активной мощности 0,99 руб/кВт составляет 14158 тыс. руб. за год.
Полученные результаты показывают, что оптимизация положений устройств встречного регулирования трансформаторов является одним из наиболее простых и эффективных методов беззатратной оптимизации электрических режимов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Веников, В. А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем / В. А. Веников, В. Г. Журавлев, Т. А. Филиппова. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.
2. Филиппова, Т. А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем / Т. А. Филиппова, Ю. М. Сидоркин, А. Г. Русина. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011 - 401 с.
3. Программный комплекс «Ка8й^ш3». Документация пользователя. - Екатеринбург, 2011 - 236 с.
□ Авторы статьи:
Непша Федор Сергеевич,
- аспирант каф. электроснабжения горных и промышленных предприятий КузГТУ E-mail: [email protected]
Шевченко Анастасия Александровна
- ст. преп. каф.электроснабжения горных и промышленных предприятий КузГТУ, E-mail: [email protected]
Дабаров Владимир Викторович
- ассистент каф. общей электротехники КузГТУ E-mail: [email protected]
