Разработка системы активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных электрических сетях

Актуальность темы

Работа электроприемников во многом зависит от качества электроэнергии (КЭ). При низком КЭ снижается эффективность работы электроприемников (вплоть до полного прекращения работы), быстро изнашивается изоляция оборудования, сокращается срок его службы [1]. Поэтому необходимо стремится к поддержанию такого КЭ на зажимах электроприемников, при котором сохраняется их работоспособность и срок службы максимален, а потери электроэнергии в питающей сети минимальны.

Современная нормативно-правовая база в области энергосбережения и качества электрической энергии предписывает всем субъектам электроэнергетического рынка обеспечить именно такой режим работы в точке общего присоединения.

Периодический контроль качества электрической энергии в распределительных сетях 6−10/0,38 кВ свидетельствует о систематических нарушениях нормативных требований к КЭ [2]. Наиболее часто регистрируется нарушения нормативных требований по установившемуся отклонению напряжения. Сетевые компании, передающие электрическую энергию потребителям, обязаны использовать все средства регулирования напряжения, постоянно контролировать качество поставляемой электроэнергии и проводить сертификационные испытания ЭЭ, затраты на которые достигают миллионов рублей. Поэтому регулирование напряжения в распределительных сетях наиболее актуальная задача обеспечения КЭ и этому следует уделять особое внимание.

Объект исследования. Распределительные электрические сети напряжением 110−220/6−20 кВ.

Предмет исследования. Активно-адаптивная система управления автоматическими регуляторами напряжения трансформаторов с РПН (ААС), обеспечивающая установленные нормы отклонения напряжения у наибольшего числа электроприемников, по данным непрерывных измерений напряжения у потребителей.

Цель исследования. Исследование возможности активно-адаптивного воздействия на параметры режима распределительной сети при различном характере нагрузки и её удаленности от центра питания.

Задача исследования. Разработка системы регулирования напряжения под нагрузкой на трансформаторах с РПН по результатам измерений напряжения в узлах распределительной электрической сети, с реализацией алгоритмов активной адаптации к изменениям напряжения в это сети.

Методы исследования. Метод описательной математической статистики — взаимокорреляция (корреляционный анализ), метод математического моделирования. Для расчета установившихся режимовметоды Зейделя, Ньютона и метод «в два этапа». Методы компьютерной реализации при решении систем нелинейных, линейных уравнений.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается применением апробированных методов расчета установившихся режимов с использованием апробированных моделей линий электропередачи и силовых трансформаторов, использованием общепринятых физических допущений в отношении математического моделирования распределительных сетей, использованием экспериментальных данных, полученных в результате многочисленных измерений параметров режимов и качества электроэнергии, проведенных при участии автора.

Основные результаты работы.

1. Разработан алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в сети определяющий диапазон отклонения напряжения во всех узлах этой сети при наличии изменении напряжения в этих точках.

2. Разработанная активно-адаптивная система регулирования напряжения показала высокую эффективность регулирования напряжения с точки зрения обеспечения КЭ по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей. 3. Разработана схема тестовой распределительной сети на основе методов описательной математической статистики, содержащая 45 трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ.

Научная новизна.

1. Разработан расчетно-измерительный метод определения фиксируемых контрольных точек в распределительной сети, изменения отклонения напряжения в которых характеризуют диапазоны отклонений напряжения во всех других точках этой сети.

2. Разработана система прогнозирования контроля и анализа установившегося отклонения напряжения на заданном интервале времени и способная воздействовать на ход изменения напряжения в большинстве точек распределительной сети путем корректировки коэффициентов трансформации трансформаторов в ЦП.

3. Разработаны алгоритм и система сбора, обработки и анализа данных, по установившимся отклонениям напряжения в ТК для выработки «команды» на изменение номера ответвления РПН с целью корректировки коэффициентов трансформации трансформаторов в ЦП и введения напряжения в большинстве точек распределительной сети в заданные диапазоны.

Основные положения, выносимые на защиту:

•Алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в электрической распределительной сети, изменения отклонения напряжения в которых характеризуют диапазоны отклонений напряжения во всех других точках этой сети.

• Алгоритмы работы ААС обеспечивающие КЭ по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей.

— Практическая значимость. Алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в электрической распределительной сети может быть применен не только для ААС, но так же и для выбора контрольных точек при проведении периодических сертификационных испытаний электроэнергии. ААС — эффективное средство обеспечения КЭ по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей, что приводит к снижению рисков сетевых компаний, связанных в конечном итоге с ущербами от продажи потребителям некачественной электроэнергии. Применение ААС повышает технико-экономические показатели распределительной сети.

Реализация результатов работы. Разработанные алгоритмы ААС были реализованы в среде программирования С# (С Sharp) как часть программы расчета установившихся режимов. ААС интегрировалась в программу по расчету режимов как воздействие на коэффициент трансформации силового трансформатора центра питания — подстанции, питающей распределительную сеть. Разработанные алгоритмы могут быть реализованы в программируемых логических контроллерах ведущих производителей. Такие контроллеры легко интегрируемы в АСУ ТП подстанций для управления работой РПН силовых трансформаторов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на общероссийских и международных конференциях:

1. Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008. ОАО «НТЦ электроэнергетики», ООО «ДиалогЭлектро»;

2. XVI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2010.

3. Вторая Всероссийская научно-практическая конференция «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем — ЭНЕРГО-2012».

Москва, 4−6 июня 2012 г.) — М.: Издательский дом МЭИ, 2012. -420с.:ил.

4. XVIII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2012 — два доклада.

Обсуждались в ходе стажировки в «Чешском техническом университете в Праге» на кафедре «Электроэнергетики», результативно выставлялись на:

1. Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ). (Федеральное агентство по делам молодежи. Правительство Москвы. ОАО «ГАО «ВВЦ») Диплом II степени за проект «Разработка методов и средств управления качеством электрической энергии» 2009 г.

2. Выставке «Молодежь и Ресурсосбережение» 2010 г. Москва. Правительство Москвы. Департамент Семейной и Молодежной Политики. Почетная грамота. Проект «Разработка методов и средств управления качеством электрической энергии».

Отмечена дважды Министерством образования и науки РФ, Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, Федеральным агентством по образованию, Федеральным агентством по науке и инновациям — Почетной грамотой победителя программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.») 2009 и 2010 годах.

Тестировались на разработанном программном комплексе.

Выводы по работе.

1. Нормативно-правовая база в области КЭ диктует жесткие требования по отклонению напряжения на зажимах электроприемников. Существующие средства регулирования напряжения, не достаточно обеспечивают качество электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения.

2. Предложенный численный критерий позволяет учитывать межлинейную неоднородность в распределительных сетях 6−20 кВ.

3. Алгоритм выбора узлов для контроля отклонения напряжения в распределительной сети выявляет те узлы сети число которых достаточно для определения требуемого диапазона отклонения напряжения во всех узлах этой сети.

4. Разработанные алгоритмы активно-адаптивной системы развернутого централизованного регулирования напряжения, на основании прогноза хода изменения напряжения в контрольной точке распределительной сети 6−20 кВ, позволяют определить требуемое изменение напряжения в центре питания по условию обеспечения качества электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего числа потребителей.

5. Тестирование активно-адаптивной системы регулирования напряжения производилось на тестовой и реальной схемах распределительных сетей. Результаты тестирования показали высокую эффективность регулирования напряжения по обеспечению качества электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей в сравнении с классическим методом встречного регулирования.

Заключение

.

В диссертационной работе показана актуальность поставленной задачи исследования: создание активно-адаптивной системы развернутого централизованного регулирования напряжения. В результате решения задачи были разработаны:

1. алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в сети определяющий диапазон отклонения напряжения во всех узлах этой сети при наличии изменении напряжения в этих точках;

2. ААС показавшая высокую эффективность регулирования напряжения у наибольшего возможного числа потребителей;

3. схема тестовой распределительной сети на основе методов описательной математической статистики, содержащая 45 трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ.

В работе показана высокая эффективность (на порядок выше, чем при регулировании по принципу встречного регулирования напряжения) активно-адаптивной системы управления РПН силовых трансформаторов распределительной сети как средства обеспечения КЭ по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей.

Алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в электрической распределительной сети может быть применен не только для активно-адаптивной системы управления РПН силовых трансформаторов распределительной сети, но так же и для выбора контрольных точек при проведении периодических сертификационных испытаний электроэнергии.