CC BY
24
УДК 621.311
Попов В. В.1, KoMapi4MHa Д. I.2
1Канд. техн. наук, доцент, Запорiзький нацональний технчний yHieepcumem, УкраТна, E-mail: [email protected]
2Магстрантка, Запорзький нацональний технчний yнiверситет, УкраТна
РОЗРОБКА МЕТОДУ ВИБОРУ ПРИСТРО1В КОМПЕНСАЦИ РЕАКТИВНО!" ПОТУЖНОСТ1 ЗА УМОВИ М1Н1МАЛЬНИХ
ЗВЕДЕНИХ ВИТРАТ
Розроблено метод оптимального вибору eapiaHma розподту потужностi пристрогв компенсаци реактив-ног потужностi за умови мтмальних зведених витрат, який дозволяв знизити втрати електроенерги у трансформаторах комплектних трансформаторних тдстанцш (КТП) i розподтьнш внутршньозаводськш мережi електропостачання, а також забезпечув вибiр оптимально! кiлькостi i номтальног nотужностi трансформа-торiв КТП.
Ключов1 слова: компенсащяреактивног потужностi, синхронний двигун, конденсаторна батарея, мтшальт зведеш витрати, алгоритм, оптимiзацiя.
Компенсащя реактивно! потужносп е одним з най-ефективтших енергозбертаючих заходiв, який дозволяе знизити втрати активно! електроенерги при И передавали, розподшу та перетворювант у трансформаторах мереж! електропостачання промислових щдприемств за рахунок зниження величини реактивно! потужностi, що пере-даеться через елементи електрично! мереж!.
Встановлення пристро!в компенсаци реактивно! потужносп в мережах промислових шдприемств стиму-люеться енергопостачальною оргашзащею шляхом виз-начення оптимального коефщента реактивно! потуж-ностi (tgфопт) в режимi максимального навантаження, який встановлюеться в договорi на постачання електроенерги м1ж енергосистемою та тдприемством. У разi пе-ревищення заданого коефiцiента реактивно! потужностi в режимi максимальних навантажень збiльшуеться величина тарифно! ставки оплати електроенерги на величину пропорцшну перевищенню заданого коефщента реактивно! потужносп.
Загальна потужнють пристро!в компенсацi!' реактивно! потужносп <2Ку визначаеться на основi забезпечення балансу реактивно! потужностi на границ балансово! на-лежностi: енергопостачальна оргатзащя - тдприемство, за умови забезпечення заданого коефщента реактивно! потужносп в режим максимального навантаження.
Для компенсаци реактивно! потужносп у мережах тдприемства найбiльш ефективним е використання кон-денсаторних батарей (КБ) i синхронних двигунiв (СД), як1 генерують реактивну потужнiсть у режимi перезбуджен-ня. Конденсаторнi батаре! застосовують у мережах з на-пругою <1000 В (низьковольтт конденсаторнi установки (НКУ)) i у мережах з напругою >1000 В (високовольтт конденсаторнi установки (ВКУ)). Використання НКУ або ВКУ визначаеться контрольними умовами мереж1 електропостачання тдприемства iз метою найбiльш ефек-тивно! компенсацi! реактивно! потужностi. При цьому перевагою ВКУ е менша питома варпсть i меншi пишш втрати електроенергi!' на генерацiю реактивно! потужносп, а застосування НКУ дозволяе знизити втрати елек-© Попов В. В., Комар1чина Д. I., 2013
троенерги у трансформаторах КТП i розподiльнiй мереж! внутршньозаводського електропостачання.
Можливiсть використання СД як джерела реактивно! потужностi обумовлюеться коефiцiентом завантаження за активною потужтстю, в залежностi вiд якого визначаеться величина реактивно! потужносп, яку можуть генерувати СД за умовами забезпечення динамiчно!' спйкосп. Незважаючи на те, що пишш втрати на одини-цю генеруемо! реактивно! потужносп у СД значно бiльше, нж у конденсаторних батарей, якщо за умови технологи на виробницга установлен! синхроннi двигуни з коефi -щентом завантаження, який допускае генерацш реактивно! потужностi, то для компенсаци реактивно! потужносп рекомендуються синхронт двигуни [1].
Таким чином, при виборi пристро!в компенсацi! реактивно! потужносп визначаеться найб!льш ефективний варiант розподiлу сумарно! потужностi компенсуючих пристро!в, визначеною за умовами забезпечення балансу реактивно! потужностi на гранищ балансово! належ-ностi, за видами джерел реактивно! потужностi (НКУ, ВКУ i СД). Ця задача ускладнюеться, оск1льки на ефективний вибiр розподiлу пристро!в компенсацi! реактивно! потужносп впливають багато iнших чинниюв, як1 виз-начають ефективнiсть системи електропостачання про-мислового п1дприемства (витрати на компенсацшт при-стро!, на трансформатори КТП, кабельнi лiнi! 6-10 кВ, втрати електроенергi!' в елементах мереж1 електропостачання, витрати на генерацш реактивно! потужносп i т. д.). Комплексне врахування усiх параметр!в, як1 впливають на ефектившсть вибору варiанта компенсацi! реактивно! потужносп, е досить складним, осшльки змiна одного параметра, наприклад потужносп НКУ, докорш-ним чином змiнюе iншi параметри (капiтальнi втрати на НКУ i трансформатори КТП, втрати активно! електроенерги у трансформаторах i елементах розподшьно! мереж!) ^ таким чином, визначення оптимального вар!анта е трудомкткою задачею, пов'язаною з розрахунком дос-татньо велико! кшькосп вар!анпв.
Розроблеш рiзнi пiдходи до виршення задачi вибору виду, потужностi i мiсця розмiщення пристро!в компенсацп реактивно! потужностi, як1 можна роздалити за видом цшьово! функцп, що потребуе отгашзацп.
Найбiльше застосування знайшли так1 методи визна-чення оптимального розподiлу пристро!в компенсацп реактивно! потужносп, як метод кусково-безперервно! функцп оптимальних зведених витрат [2] i метод визначен-ня компенсацп реактивно! потужностi за умови забезпе-чення пропускно! здатносп грансформаторiв КТП за реактивною потужшстю при забезпеченш оптимального коефiцiента завантаження трансформатор!в КТП. Суть першого метода полягае у розрахунку цiльово! функцi! оптимальних зведених витрат, яка визначаеться в залеж-носп в!д вихвдних даних системи електропостачання i характеристик пристро!в НКУ i ВКУ, визначених у виглящ вщповщних критерiальних коефiцiентiв. Другий метод полягае у тому що, вибiр НКУ для /-то! КТП здшснюеться у виглядi двох складових. Основна частина обираеться за умовою забезпечення оптимального коефiцiента завантаження трансформатора у режимi максимального на-вантаження. Додаткова частина НКУ, яка визначаеться за умови забезпечення мiнiмальних витрат [3].
Визначення розподiлу компенсацi! реактивно! потужносп за вищенаведеними методами мае певт недолiки. В першому метода не враховуються втрати електроенерги у трансформаторах КТП i визначення оптимальних зведених витрат здiйснюегься з певними припущеннями.
У другому методi важко формалiзувати процес визначення коефщента у, який визначае доцшьшсть установки додаткових НКУ за умовами мiнiмальних зведених витрат. Тому для вибору оптимального варiанта розпод-iлу потужностi пристро!в компенсацп доцшьно розро-бити метод, який дозволяе формалiзувати вибiр оптимального варiанта розподiлу пристро!в, як1 використо-вуються для компенсацi! реактивно! потужносп.
Тому, у статтi представлено метод вибору оптимального варiанта розподшу КРП за умовою мiнiмальних зве-дених витрат. Розглянемо суть запропонованого метода.
Вибiр пристро!в КРП проводиться в такш послщов-носп:
- для кожно! КТП визначаеться оптимальний ко-ефiцiент завантаження;
- визначаеться потужшсть НКУ за умовою забезпечення пропускно! здатносп трансформатора за реактивною потужшстю;
- визначаеться рiзниця приведених витрат для варь антв з використанням i без використання КБ на сторонi НН трансформатора.
Алгоритм вибору компенсуючих пристро!в наведено на рис. 1.
Рiзниця в показниках характеристик НКУ i ВКУ визначаеться за допомогою вщносних диференцшних по-казник1в
де К*КУ, КВКУ - питома варпсть пристро!в НКУ i ВКУ ввдповвдно, тис.грн./кВАр; Сонку , Совку - питомi втрати погужносгi у пристроях НКУ i ВКУ ввдповвдно,кВт/кВАр.
Розрахунок проводиться окремо для /-того вузла (КТП). Визначаються зведенi втрати холостого хода i короткого замикання трансформатора /-то! КТП, якi враховують втрати активно! потужносп в елементах мереж! ввд джерела живлення до трансформатора, обумовлеш передаванням додатково! реактивно! потужносп, яка дорiвнюе втратам реактивно! потужносп у трансформатор! [2]
ДРХ1 = АРХ + а' ДРК, = ДРК + а '
1х • ^номт 100 '
иК ' ^номт, 100 ;
(2)
де ДРхх 1, ДРкI - втрати потужносп холостого хода i короткого замикання вщповщно, кВт; I х, и к - струм холостого хода i напруга короткого замикання вщповщно, %; а - екв!валент реактивно! потужносп, який визначаеться в залежносп в!д ввддаленосп трансформатора в!д джерела живлення ! задаеться у вихвдних даних для розрахунку, кВт/кВАр; £ номт - номшальна потужшсть трансформатора /-то! КТП, кВА.
За умовами мшмальних втрат електроенерги у трансформатор! визначаеться оптимальний коефщент заван-таження трансформатора
К * =.
ДРх ' 8760
ДРк тм
(3)
де т м - число годин максимальних втрат, яке визначаеться в залежносп ввд числа годин використання максимального навантаження Т м, год/рш.
тМ =| 0,124 +
Т
М
10000
2
' 8760.
(4)
Визначаеться розрахункова потужшсть пристро!в
бНКУрозрг
0НКУрозр 1 = брозрг + Дбтг - бт,
розрг
(5)
де брозрг - розрахункова реактивна потужшсть /'-то! КТП, кВАр; Дбтг - втрати реактивно! потужносп у трансформатор! /-то! КТП, кВАр; бт - пропускна здатшсть трансформатора за реактивною потужшстю, при забезпеченш оптимального коефщента завантаження, кВАр, яка роз-раховуеться за формулою
аП I1х'^номт + Дбтг = Птг '\ -100-+
(З*)
иК'^ном 100
(6)
ДК КУ = К
НКУ
- К
ВКУ;
ДСоКУ = СоНКУ - СоВКУ , (1)
78
КЗЫ 1607-6761. Електротехика та електроенергетика. 2013. №1
анку, = 0
^ анку, , аВКУ, ^^г ,
К1НЕЦЬ
Рис. 1. Алгоритм вибору компенсуючих пристро!в: де Крм - коефщент р1зночасност1 максимум1в навантаження; tgфопт -оптимальний коефщент реактивно! потужноси, який задаеться енергопостачальною оргашзащею; Иктп - ильюсть КТП
QTi =
S
HOMTi
• к *
"22
- p
poзpг
(7)
дe n^ - чжл0 тpaнcфopмaтopiв i-TOï KTП; Sномт - н0-мiнaльнa пoтyжнicть тpaнcфopмaтopa i-TOï KTП, rBA;
Pp03pi, Qpœp -poзpaxyнкoвi aктивнa i peaктивнa п0-тужшстъ для i-TOï KTП в1дп0в1дн0, кBт i RBAp.
Згiднo визнaчeнoмy зa фopмyлoю (5) знaчeнню QнкУcтaнд - QнкУpoзp визнaчaeтьcя дoцiльнicть вcтaнoв-лeння кoмпeнcyючиx пpиcтpoïв нa бoцi нижч01' нaпpyги (HH) тpaнcфopмaтopa з викopиcтaнням дифepeнцiйнoгo ^^i^ema зaвaнгaжeння, який визнaчaeгьcя зa фopмyлoю:
AK з, =
( з, 2"-( зз 2
(S)
дe К *, К зз - кoeфiцieнги зaвaнтaжeння тpaнcфopмaтopa для ум0в бeз кoмпeнcaцiï i з кoмпeнcaцieю peaктивнoï пoтyжнocтi нa б0Щ HH тpaнcфopмaтopa вiдпoвiднo.
Koeфiцieнт зaвaнтaжeння тpaнcфopмaтopa ( К з) виз-нaчaeтьcя зa фopмyлoю
к З =-
S
Pi
nT . S
•°HOMTi
(9)
дe S * - poзpaxyнкoвa пoвнa пoтyжнicть KTП зa ум0ВИ вiдcyтнocтi пpиcтpoïв HKy rBA:
SPi = + AQTi 22 , (iG)
Для i-того вyзлa визнaчaeтьcя piзниця y втpaтax eлeк-тpoeнepгiï для вapiaнтiв бeз кoмпeнcaцiï' i з M^reraa^^ peaктивнoï пoтyжнocтi, МБт. год
AW = (пт • AKзг • APK • Хm - ACo^ • QHKy • Тм2- iGЛ (ii)
дe Тм - чтел0 г0дин викopиcтaння мaкcимaльнoгo га-вaнгaжeння.
Дaлi визнaчaютьcя дифepeнцiйнi звeдeнi витpaти, тиc. грн.
К + К
AЗ = \Ен + aiGG 0 |-ЛКррУ • Qнкy-AW-ß, (i2)
дe Ен - кoeфiцieнт eфeктивнocтi кaпiтaлoвклaдeнь; К a, К 0 - нopмaтивнi кoeфiцieнти вiдpaxyвaнь нa aмopти-зaцiю i oбcлyгoвyвaння, %; ß - вapтicть aктивнoï eлeктpo-eнepгiï, rp^^m«.
Якщ0 AЗ < G, т0 ycтaнoвкa нКУ нa /'-0му вyзлi e шд0-цiльнoю.
Пoтyжнicть пpиcтpoïв y BKУ визнaчaeтьcя зa фop-МУЛ0Ю, RBAp
QBKУ = QKy -Z Q
нКУ,
(i3)
Для вapiaнтa визнaчaeмo cyмapнi звeдeнi витpaти, тиc.гpн.
„ i К a + К o
з z =\Ен + a 0
iGG
= (Z К к
КтП + С0нКУ -Z QHKy i + CoBKy -+ [(Z (пт • APxi2-S76G + Z (Кз2, • APK2-хт)• iG-3 +
+ (CoHHK - Z QHKy, + Сяку - Qвкy ) - tm - iG-3] -ß. (i4)
Bибip пpиcтpoïв кoмпeнcaцiï peaктивнoï пoтyжнocтi poзглянeмo нa пpиклaдi cиcтeми eлeктpoпocтaчaння мa-шинoбyдiвнoгo зaвoдy (виxiднi дaнi нaвeдeнi y тaбл. i).
Texнiкo-eкoнoмiчнi пoкaзники cиcтeми eлeктpoпoc-тaчaння мaшинoбyдiвнoгo зaвoдy пpи викopиcтaннi зaп-poпoнoвaнoгo мeтoдa вибopy кoмпeнcyючиx пpиcтpoïв ^apiam i) в пopiвняннi з вapiaнтoм вибopy пpиcтpoïв кoмпeнcaцiï зa ум0В зaбeзпeчeння пpoпycкнoï здaтнocтi тpaнcфopмaтopiв КтП (вapiaнт 2) нaвeдeнi в тaбл. 2.
Екoнoмiчний eфeкт пpи викopиcтaннi зaпpoпoнoвaнo-ro мeтoдa ( вapiaнт i) y пopiвняннi з вдомим мeтoдoм виз-нaчeння poзпoдiлy кoмпeнcyючиx пpиcтpoïв (вapiaнт 2) cтaнoвить i52,7 тиc. гpн.
ВИСНОВКИ
Як видн0 з тaбл. 2 вapiaнт з вибopoм пpиcтpoïв к0м -ra^auu peaктивнoï пoтyжнocтi зa мeтoдoм мiнiмaльниx звeдeниx витpaт зaбeзпeчye знaчний eкoнoмiчний eфeкт.
Змiнюючи y вapiaнтax в^дт дaнi (чиcлo i пoтyжнicть тpaнcфopмaтopiв КтП, вapтicть eлeктpoeнepгü' i тaк дaлi) м0жлив0 визнaчeння oптимaльнoгo вapiaнтa вибopy i poзпoдiлy кoмпeнcyючиx пpиcтpoïв, щ0 вiдпoвiдae ви-м0зi !3z = Зmin.
Зaпpoпoнoвaний мeтoд вибopy кoмпeнcyючиx ^и-cтpoïв д0зв0ляе:
- визгачити oптимaльний вapiaнт poзпoдiлy юмшн-caцiï peaктивнoï пoтyжнocтi нa croporn HH i BH тpaнc-фopмaтopiв КтП;
- визнaчити oптимaльнe чтел0 i нoмiнaльнy п0-тyжнicть тpaнcфopмaтopiв;
- визнaчити eкoнoмiчнy eфeктивнicть вщ впpoвaджeн-ня кoмпeнcaцiï peaктивнoï пoтyжнocтi;
- фopмaлiзyвaти poзpaxyнoк кoмпeнcaцiï peaктивнoï пoтyжнocтi в кoмплeкci з вибopoм iншиx eлeмeнтiв eлeк-тpичнoï мepeжi.
Дaний мeтoд мoжe 6ути викopиcтaний як нa cтaдiï пpoeктyвaння eлeктpoпocтaчaння, тaк i пpи oцiнювaннi eфeктивнocтi eлeктpoпocтaчaння пiдпpиeмcтвa, якe зга-xoдитьcя в eкcплyaтaцiï.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
i. Жeлeзкo Ю. С. Koмпeнcaция peara™®® мoщнocти и mmbraerne кaчecтвa элeктoэнepгии / Жeлeзкo Ю. С. -м. : Энepгoaтoмиздaт, i9S5. - 224 c.
Z Qh
+ Co
- бвкy2+
X
SG
ISSN i6G7-676i. Елeктpoтexнiкa тa eлeктpoeнepгeтикa. 2Gi3. №i
Таблиця 1. Вихщш даш для вибору компенсуючих пристро!в в систем! електропостачання машинобуд1вного заводу
№ КТП Найменування цеху Ррозр , кВт брозр , кВАр 2 РГмм ) Марка ! перер!з КЛ, - 1 (м)
КТП1 Терм!чний цех 3218,3 1790,6 2 • ААШв3 • 150 40
КТП2 Мехатчний цех 612,3 639,1 ААШв3 • 35 250
КТП3 Механоскладальний цех 714,2 810,3 ААШв3 • 35 150
КТП4 1нструментальний цех 845,1 875,2 2 • ААШв3 • 35 180
КТП5 Насосна станцш 292,1 212,3 2 • ААШв3 • 35 180
КТП6 Ковальська-пресовий цех 1218,5 1132,1 2 • ААШв3 • 50 200
КТП7 Ливарний цех 1321,2 1076,2 2 • ААШв3 • 50 130
Печ! ЕШП 2•2500кВт 4000 2276 2 • ААШв3 • 120 130
СД насосно! станцп 2•400кВт 640,9 260,9 2 • ААШв3 • 3 200
Сумарне розрахункове навантаження заводу ХР= 12861,7 кВт Хб = 8868,8 кВАр
Таблиця 2. Технжо-економ!чш показники вар1ант1в вибору пристрош компенсаци реактивно! потужност!
Показник Позначення Одиниця вим1рювання Вар1ант 1 Вар1ант 2
Сумарна реактивна потужшсь КУ кВАр кВАр 6050 6050
Реактивна потужшсть пристройв НКУ кВАр кВАр 5150 2450
Реактивна потужшсть пристройв ВКУ кВАр кВАр 900 3600
Каштальш витрати К тис. грн. 902,4 987,5
Втрати електроенерги Д W МВт год 539,4 656,3
Експлуатацшш витрати И тис. грн. 705,1 847,6
Зведен! витрати З тис. грн. 813,4 966,1
2. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т. 1 Электроснабжение / Под. общ. ред. А. А. Федорова. - М. : Энергоатомиздат, 1986. -586 с.
3. Демов О. Д. Управлшня потужшстю компенсуваль-них установок в електричних мережах промислових
шдприемств з урахуванням нових екожмчних умов / О. Д. Демов, Хшда Айман Тахер, С. М. Мельничук // Вкн. Вшниц. Полтехн. 1н.-ту. - 2001. - № 6. -С. 98-101.
Стаття над1йшла до редакцп 08.01.2013.
П1сля доробки 25.01.2013.
Попов В. В.1, Комаричина Д. И.2
'Канд. техн. наук, доцент, Запорожский национальный технический университет, Украина
2Магистрантка, Запорожский национальный технический университет, Украина
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВЫБОРА УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПО УСЛОВИЮ МИНИМАЛЬНЫХ ПРИВЕДЕННЫХ ЗАТРАТ
Разработан алгоритм оптимального выбора варианта распределения мощности устройств компенсации реактивной мощности по условию минимальных приведенных затрат, который позволяет снизить потери электроэнергии в трансформаторах КТП и распределительной внутризаводской сети электроснабжения, а также обеспечивает выбор оптимального количества и номинальной мощности трансформаторов КТП.
Ключевые слова: компенсация реактивной мощности, синхронный двигатель, конденсаторная батарея, минимальные приведенные затраты, алгоритм, оптимизация.
Popov V. V.1, Komarichina D. I.2
'Ph.D. Candidate, Associate Professor, Zaporozhye National Technical University, Ukraine
2Undergraduate, Zaporozhye National Technical University, Ukraine
DEVELOPMENT OF OF REACTIVE POWER COMPENSATION SELECTION BY THE TERMS OF MINIMUM REDUCED COSTS
Reactive power compensation (RPC) is one of the most effective energy .saving measures that can reduce active power losses during its transmission. Determination of the reactive power compensation distribution for the existing methods has certain disadvantages. Therefore, the method of selection of the optimal way to allocate the RPC by the minimum reduced cost is proposed. The algorithm choice allows compensating devices:
— to determine the best way to allocate the RPC on the low voltage (LV) side and high voltage (HV) transformer complete transformer substations;
— to determine the optimal number and nominal power transformers;
— to determine the cost-effectiveness of the introduction of reactive power compensation;
— to formalize the calculation of RPC in combination with a selection of other items mains.
This method can be used as a power supply designing step, and evaluationof the effectiveness of power supply company which is operating.
Keywords: reactive power compensation, synchronous motor, capacitor bank, minimum discounted costs, algorithm, optimization.
REFERENCES
1. Zhelezko Yu. S. Kompensaciya reaktivnoj moshhnosti i povy'shenie kachestva e'lektroe'nergii. Moscow, E'nergoatomizdat, 1985, 224 p.
2. Spravochnik po e' lektrosnabzheniyu i
e'lektrooborudovaniyu. Ed. By A. A. Fedorova. Moscow, E'nergoatomizdat, 1986, 568 p. 3. Demov O. D. Upravlinnya potuzhnistyu kompensuval'lnykh ustanovok v elektrychnykh merezhakh promyslovyzh pidpryiemstv, Visn. Vinnyts. Politekhn, 2001, No. 6, pp. 98-101.
82
ISSN 1607-6761. EneKipoTexmKa Ta e^eKipoeHepreTHKa. 2013. №1
