Определение потерь мощности по потерям напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Петрова, Елена Геннадиевна

• Петрова, Елена Геннадиевна
• кандидат технических наук
• 1997

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петрова, Елена Геннадиевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1. Описание объекта исследования и параметров схемы замещения

1.2. Анализ параметров схемы замещения при различном сочетании ее элементов.

1.3. Анализ диапазона изменения отношений реактивных и активных сопротивлений схемы замещения при различном сочетании ее элементов

1.4. Исследование относительных потерь напряжения в активном и реактивном сопротивлении схемы замещения при различном сочетании ее элементов

Выводы по первой главе

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ПО ПОТЕРЯМ НАПРЯЖЕНИЯ В РАДИАЛЬНЫХ СЕТЯХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМПРЕДПРИЯТИЙ

2.1. Определение соотношения потерь мощности АР* и потерь напряжения AU*

2.2. Оценка степени влияния различных факторов на соотношение AP*/AU*

2.3. Определение потерь мощности по потерям напряжения с учетом статических характеристик нагрузки.

Выводы по второй главе.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ПО ПОТЕРЯМ НАПРЯЖЕНИЯ В МАГИСТРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

3.1. Описание объекта исследования

3.2. Определение соотношения потерь мощности АР* и потерь напряжения AU* в магистральной электрической сети

3.3. Исследование потерь мощности АР* в магистральной электрической сети

3.4. Исследование потерь напряжения AU* в магистральной электрической сети .л.

3.5. Исследование соотношения потерь мощности и потерь напряжения в магистральной электрической сети AP*/AU*

Выводы по третьей главе

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.

4.1. Подбор приборов для проведения эксперимента

4.2. Представление результатов эксперимента

4.3. Обработка результатов эксперимента.

4.4. Построение уравнения прямой линии среднеквадратичной регрессии по полученным данным

Выводы по четвертой главе

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ПО ПОТЕРЯМ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ВЕРОЯТНОСТНОМ ХАРАКТЕРЕ ЗАДАНИЯ НАГРУЗКИ

5.1. Исследование зависимости коэффициента реактивной мощности tgtp от коэффициента загрузки к3 асинхронного двигателя

5.2. Определение математического ожидания соотношения потерь мощности и потерь напряжения M[AP*/AU*].

Выводы по пятой главе

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение потерь мощности по потерям напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий»

Актуальность проблемы. Потери активной мощности в электрических сетях являются одной из важнейших характеристик расхода электроэнергии, которые определяют эффективность работы как энергосистем, так и систем электроснабжения промпредприятий. Одним из резервов повышения эффективности работы систем электроснабжения промпредприятий (СЭС ГШ), является более обоснованный учет фактических значений потерь мощности в питающих (на 10 кВ) и в распределительных (на 0.38 кВ) сетях, который необходим как для повышения достоверности балансовых расчетов электроэнергии, так и для выбора мероприятий и рекомендаций по снижению потерь.

Н а данном этапе развития энергетики предъявляются все более жесткие требования к системе определения потерь мощности, трудности в учете и контроле которых связанны с вероятностно определенной или неопределенной исходной информацией. Все это требует постоянного совершенствования методических подходов к решению данной проблемы.

Потери активной мощности на передачу в настоящее время определяются в основном, как разность достаточно близких величин, а именно - отпуска электроэнергии с шин источника питания (ИП) и полезного отпуска электроэнергии потребителям. Это приводит к значительным ошибкам в учете потерь мощности, связанных, во-первых, с относительно большой погрешностью счетчиков, из-за чего не может быть достигнута необходимая точность результатов и, во-вторых, недостаточным количеством счетчиков в системах электроснабжения промпредприятий. Непосредственные измерения потерь мощности также крайне затруднительны. Наиболее удобным является измерение величины, пропорциональной потерям мощности, а именно, потерь напряжения. Измерение уровней напряжения в системах электроснабжения проводится гораздо более точно и масштабно: на источнике питания, на трансформаторных подстанциях и на зажимах электроприемников.

Вопросам определения потерь мощности по потерям напряжения посвящено много исследований, однако в некоторых из них рассматриваются сельские электрические сети [23], в других обособленно исследуется соотношение потерь мощности и потерь напряжения в распределительных сетях 0.4 кВ [13]. Между тем, необходимо рассматривать систему электроснабжения промпредприятия от источника питания до зажимов электроприемника как единый комплекс.

На основе вышеизложенного можно сделать вывод об актуальности исследования вопросов, посвященных определению потерь мощности по потерям напряжения в системах электроснабжения промпредприятий напряжением 10 и 0.4 кВ при детерминированном и вероятностном характере задания нагрузки.

Цель и задачи работы. Настоящая работа выполнена с целью разработки метода определения потерь мощности по потерям напряжения в радиальных и магистральных сетях СЭС ПП с использованием параметров сети, детерминированных и вероятностных параметров нагрузки, а также учетом и без учета статических характеристик электропотребителей.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Анализ пределов изменения основных параметров элементов схемы замещения реальной системы электроснабжения промпредприятий, содержащей кабель, трансформатор, ишнопровод (Shomt=160^2500kBA)3 а также характера зависимостей этих параметров от номинальной мощности понижающего цехового трансформатора.

2. Создание методики определения потерь мощности по потерям напряжения в радиальных и магистральных сетях системы электроснабжения промпредприятий.

3. Анализ степени влияния различных параметров, а именно * параметров сети, параметров нагрузки, статических характеристик нагрузки на точность определения потерь мощности по потерям напряжения.

4. Определение соотношения относительных потерь мощности и потерь напряжения при вероятностном характере задания нагрузки.

Методика проведения исследований. Исследования, проведенные в диссертационной работе, базируются на использовании методов математического моделирования электрических сетей СЭС ПП, ряда положений электротехники и основ электроснабжения. В работе использовалась теория вероятностей. При решении поставленных в работе задач расчеты проводились на ПЭВМ.

Предложенные в диссертационной работе выводы основаны на обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных на действующих предприятиях и подтвержденных в производственных условиях. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов, и рекомендаций обеспечивается сопоставлением результатов, полученных с использованием различных методов.

Научная новизна.

1. Установлено, что любой из параметров схемы замещения электрической сети СЭС ПП может быть представлен уравнением степенной функции в зависимости от номинальной мощности трансформатора с соответствующим показателем степени.

2. Показано, что для электрических сетей СЭС ПП, состоящих из кабельной линии, понижающего трансформатора и шинопровода, представленных радиальной схемой замещения, потери активной мощности с достаточной степенью точности возможно определять по потерям напряжения, зная лишь параметры исследуемой сети, а именно отношение суммарного реактивного и суммарного активного сопротивлений: ЛР*=[2 / (1 + Х^ / R£)]aU*. Установлено, что при определении потерь мощности по потерям напряжения для участка, содержащего кабель и трансформатор необходимо знать лишь номинальную мощность понижающего цехового трансформатора SHOMT:

AU*. j-0.15

АР* = [2 / (1 + 0.5Sg3OMT)]AU* = [l.25SHопт

3. Рассмотрены и выявлены особенности влияния различных видов статических (СХ) электроприемников на соотношение потерь мощности и потерь напряжения, а также различных степеней компенсации реактивной мощности и коэффициентов реактивной мощности tgq>, а именно: для крутых СХ при С>0.8 и tgq>>l неучет СХ может привести к погрешностям до 15+30% в зависимости от параметров исследуемой сети. При других степенях компенсации реактивной мощности и коэффициентах реактивной мощности, а также для пологих и средних СХ в учете СХ при определении потерь мощности по потерям напряжения нет необходимости.

4. Разработана методика определения потерь мощности по потерям напряжения магистральной сети СЭС ПП, позволяющая при количестве присоединений ШМА п>4. при коэффициенте реактивной мощности tg<p=0.5+l и длине шинопровода Ьш>0.05 км определять потери мощности в магистральной сети по потерям напряжения, зная лишь номинальную мощность понижающего трансформатора, используя следующее

О 9 соотношение АР» = (1.8ShoM)AU*, при этом погрешность данного определения не превышает 9%.

5. Получено расчетное выражение для определения математического ожидания соотношения потерь мощности и потерь напряжения M[AP*/AU*], а также исследовано влияние матожидания коэффициента реактивной мощности M[tgcp] на матожидание соотношения потерь мощности и потерь напряжения M[AP*/AU»].

Практическая ценность работы.

Предложенные методики определения потерь мощности по потерям напряжения позволяют повысить достоверность балансовых расчетов электроэнергии, а также дают возможность более обоснованно рекомендовать мероприятия по снижению потерь и экономии электроэнергии.

Реализация работы.

Предложенные методики определения потерь мощности по потерям напряжения, а также разработанные практические рекомендации внедрены на производственном объединении AM О ЗИЛ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах и заседании кафедры ЭПП МЭИ, научно-технической конференции "Электросбережения, электроснабжение, электрооборудование" в г. Новомосковске в ноябре 1996г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано три печатные работы.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 26 таблиц, 100 иллюстраций, список использованной литературы включает 55 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, акта о внедрении.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Петрова, Елена Геннадиевна

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Исследование параметров схемы замещения сети показало, что любой из параметров, а именно сопротивления трансформаторов RT, Хт кабелей RK, Хк и шинопроводов Rm, Хш в зависимости от номинальной мощности трансформатора SH0MT допустимо аппроксимировать убывающей степенной функцией. Анализ диапазонов изменения параметров схемы замещения при различном сочетании ее элементов, а также при возможных наименьших и наибольших длинах кабеля и шинопровода дает возможность сделать вывод о том, что сопротивления кабеля (активное и реактивное) не оказывают никакого влияния на суммарное сопротивление схемы замещения. Влияние же сопротивления шинопровода неоднозначно и зависит от длины шинопровода, а именно, при длине Ьш>0.2 км сопротивление шинопровода становится соизмеримым с сопротивлением трансформатора и соответственно оказывает существенное влияние на суммарное сопротивление схемы замещения электрической сети.

2. Из проведенных исследований отношений реактивных и активных сопротивлений схемы замещения в зависимости от номинальной мощности трансформатора SHOMT следует, что eT=XT/RT, &K=XK/RK. еш=Хш^ш возможно представить возрастающей степенной функцией.

3. Для электрических сетей СЭС ПП, состоящих из кабельной линии, понижающего трансформатора и шинопровода, представленных радиальной схемой замещения, потери активной мощности с достаточной степенью точности возможно определять по потерям напряжения, зная лишь параметры исследуемой сети, а именно отношение суммарного реактивного и суммарного активного сопротивлений: АР*=[2 / (I + Х^ / R^jAU*. При определении потерь мощности по потерям напряжения для участка, содержащего кабель и трансформатор необходимо знать лишь номинальную мощность понижающего цехового трансформатора SHOMT:

АР* = [2 / (1 + 0.5Shqmt)|AU* = [L25S^6MT]AU*,

4. Установлено, что влияние статических характеристик на соотношение потерь мощности и потерь напряжения неоднозначно, как для различных видов СХ, так и для различных степеней компенсации реактивной мощности С и коэффициентов реактивной мощности tgcp, а именно: для крутых СХ при С>0.8 и tgcp>l неучет СХ может привести к погрешностям до 15*30% в зависимости от параметров исследуемой сети. При других степенях компенсации реактивной мощности и коэффициентах реактивной мощности, а также для пологих и средних СХ в учете СХ нет необходимости.

5. Разработанная методика определения потерь мощности по потерям напряжения магистральной сети СЭС ПП, позволяет при количестве присоединений магистрального шинопровода ШМА п>4, при коэффициенте реактивной мощности tgq>=0.5*l и длине шинопровода Ьш>0.05 км определять потери мощности в магистральной сети по потерям напряжения, зная лишь номинальную мощность понижающего трансформатора, используя следующее соотношение

О 9

АР* = (1.8SH oM)AU*. при этом погрешность данного определения не превышает 9%.

6. Для проведения измерения потерь напряжения AU с целью дальнейшего определения по ним потерь мощности по предлагаемой методике расчетный ожидаемый уровень потерь напряжения должен быть больше 1.5%,что имеет место для трансформатора SHOMT=1000 кВА при к3 >0.4. В результате проведенного эксперимента получено, что усредненное соотношение AP*/AU* составляет 0.436, что отличается от теоретически рассчитанного по формуле АР* =

2%. 1 i.ZJ3HOMT

AU* =0.444 на

7. Получено расчетное выражение для определения математического ожидания соотношения потерь мощности и потерь напряжения М[ЛР*/ди*], а также исследовано влияние матожидания коэффициента реактивной мощности Mftgcp] на матожидание М[АР*/ди*]. Наибольшее влияние M[tg<p] на M[AP*/AU*] имеет место при больших степенях компенсации реактивной мощности, а именно при С>0.5 для всего исследуемого рада с.к.о. a[tgcp]=0*0.4, для сети только с трансформатором; при маленьких степенях компенсации 0=0*0.25 случайный характер tgcp необходимо учитывать при a[tg<p]=0.l и 0.4. Для сети, содержащей кабель, трансформатор, шинопровод, воздействие М [tgcp] на М[ДР*/ди*] аналогично, однако, степень этого влияния меньше.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петрова, Елена Геннадиевна, 1997 год

1. Баркан Я.Д., Маркушевич Н.С. Использование статистической информации о качестве напряжения в электрических сетях. . М.: Энергия, 1972. - 119 с.

2. Бессмертный И.С. Схемы городских электрических сетей. -М.: Изд-во Минком.хоз РСФСР, 1963.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

4. Глазунов А.А., Глазунов А.А. Электрические сети и системы. -М.: Госэнергоиздат, 1960. 360 с.

5. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1977. - 479 с.

6. Головкин П.И. Энергосистема и потребители электрической энергии. М.; Энергия, 1979. - 368 с.

7. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Об определении характеристик нагрузки по напряжению методом пассивного эксперимента.// Электричество, 1972, N2, с.21-24.

8. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е. Обобщение статической характеристики нагрузки реактивной мощности в функции напряжения.// Электричество, 1975, N12, с. 48-50.

9. Гуревич Ю.Е., Хачатрян Э.А. Расчет статических характеристик крупных узлов нагрузки с использованием типовых параметров. М.: Всесоюзный институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов, 1980. - 30 с.

10. Дирепаскин В.П., Курсков В.И., Мерпорт Э.И. Сравнение методик расчета потерь электроэнергии в питающих сетях// Электрические станции, 1983, N1, с.42-44.

11. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1983.

12. Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Бошко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. Киев: Техника, 1971.

13. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1989.

14. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1987.

15. Карпов Ф.Ф. Расчет городских распределительных сетей. -М.: Энергия, 1968.

16. Качество электроэнергии в сетях промышленных предприятий. Материалы конференции. М.: МДНТП, 1977.

17. Керного В.В., Поспелов Г.Е., Федин В.Т. Местные электрические сети. Минск.: Вышэйшая школа, 1982.

18. Клебанов Л.Д. Вопросы методики определения и снижения потерь электроэнергии в сетях. Л.: ЛГУ, 1973.

19. Конюхова Е.А. Исследование влияния статических характеристик нагрузки на потери мощности и напряжения в системе электроснабжения промпредприятия// Промышленная энергетика, 1995, №9.

20. Конюхова Е.А., Петрова Е.Г. Определение потерь мощности по потерям напряжения в системах электроснабжения промпредприятий. // Вестник МЭИ, 1997, №5, с.48-53.

21. Копытов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электрической энергии в промышленности. Справочник. М.: Энергия, 1978.

22. Котельников О.И. Оптимизация регулирования напряжения в системах электроснабжения машиностроительных предприятий. Автореф. Дис. Канд. Техн. Наук. Горький, 1975.

23. Левин М.С., Лещинская Т.Б. Влияние разветвленности сети на соотношение потерь напряжения и потерь мощности в ней. // Электрические станции, 1997, №4, с. 44-46.

24. Либова Л.Е. Статистический метод определения регулирующих эффектов нагрузки по напряжению. В кн.: Тр. ВНИИЭ. Вып. 46.

25. Лид ее А.Я. Коэффициент мощности бытового эл е ктро пот ребл е н и я. // П ром ы шл е иная энергетика, 1968, N4, с.4-7.

26. Лисеев Н.С., Унгер А.П. Методика обработки контрольных замеров в энергосистеме.// Электричество, 1979, N2, с.18-22.

27. Маркман Г.З. Вопросы управления качеством электроэнергии по отклонениям напряжения в электрических распределительных сетях. -В кн.: Применение математических методов и вычислительной техники в энергосистемах. Вып.1. Томск: 1977, с.87-92.

28. Маркович И.М. Режимы электрических систем.-М.: Энергия, 1964.

29. Маркушевич Н.С. Автоматизированное управление режимами электросети 6-20 кВ. М.: Энергия, 1980. - 207 с.

30. Маркушевич Н.С., Соддаткина Л.А. Качество напряжения в городских электрических сетях. М.: Энергия, 1975. - 255 с.

31. Маркушевич Н.С. Регулирование напряжения и экономия электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 1984.

32. Мельников Н.А., Соддаткина Л.А. Регулирование напряжения в электрических сетях, М.: Энергия, 1968. - 152 с.

33. Мирпорт Э.И., Арнов В.Г. Некоторые вопросы экспериментального и расчетного определения регулирующего эффекта нагрузки по частоте и напряжению.//Элекгрические станции, 1969, N1, с.32-34.

34. Петрова Е.Г. Определение потери мощности по потере напряжения в радиальных сетях с учетом характеристик нагрузки и других параметров электрической сети. М., 1996 г., - 11с- Деп. в АО *Информэнерго", 20.02.96, №3437 эп96.

35. Повышение качества электрической энергии в промышленник электрических сетях. Материалы конференции. М.; МДНТП, 1982.

36. Поспелов Г.Е., Сыч Н.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях.-М.: Энергоиздат, 1981. 215 с.

37. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистемы/Под ред. Казанцева В.Н. М.: Энергоатомиздат, 1983.

38. Поярков КМ. Регулирование напряжения в электрических сетях сельских районов. г М.: Энергия, 1965.

39. Правила устройства электроустановок/Минэнерго СССР -6-изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985.

40. Проектирование и эксплуатация систем электроснабжения промышленных предприятий. Материалы конференции. М.: МДНТП, 1984.

41. Проектирование промышленных электрических сетей./Крупович В.И., Ермилов А.А., Иванов B.C., Крупович Ю.В. М.: Энергия, 1979.

42. Сербиновский Г.В., Федосенко Р.Я. Электрические нагрузки жилых зданий.//Электрические станции, 1966, N8.

43. Справочник по электропотреблению в промышленности/под ред. Минина Г.П. и Копытова Ю.В. М.: Энергия, 1978.

44. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. М.: Госэнергоиздат, 1963.

45. Указания по определению электрических нагрузок в промышленных установках. Инструктивные указания по проектированию электрических промышленных установок. ГПИ ТП ЭП, 1968, N6.

46. Федорова И.А. О влиянии некоторых химических производств на статические характеристики узлов нагрузки энергетических систем.//Известия ВУЗов СССР. Энергетика, 1964, N7, с.88-92.

47. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев.: Наукова Думка, 1985.

48. Щиголев Б.М. Математическая обработка наблюдений. -М.:Физматгиз, 1962.

49. Щербина Ю.В., Бойко Н.Д., Бутенко А.Н. Снижение технологического расхода электроэнергии в электрических сетях. -Киев:- 150 -Техника, Техника, 1981.

50. Экономия энергии в электрических еетях./Под ред. Качановой Н.А. и Щербины Ю.В. Киев: Техника, 1986.

51. Электрические системы, т.2. Электрические сети/Под ред. В.А. Веникова.-М.: Высшая школа, 1971. 437 с.

52. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии (Под общ. ред. профессоров МЭИ: И. Н. Орлова (гл. ред.) и др.) 7-е изд; испр. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1988.-880 е.: ил.

53. Charles Т. Huddkeston. Robert P. Broadwater. Reconfiguration Algorithm for Minimizing Losses in Radial Electric Distribution Systems. -Electric Power Systems Research,1990, N18, p. 31-34.

54. S.D.Kellogg and W.Mack Grady. A Linearized Procedure for Voltage Control. Electric Power Systems Research, 1990, N18, p. 23-26.

55. David W. Reardon Control of reactive power in distribution systems with an end-load and fixed load condition. Trasactions on Power Apparatus and Systems, 1985. N10, p. 15-17.

56. Утверждаю иректор АМО ЗИЛ Титов A.M. 1997г.

57. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы ПЕТРОВОЙ Е.Г. "Определение потерь мощности по потерям напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий "

58. Разработанные методики реализованы при определении потерь мощности по потерям напряжения в питающих (на 10 кВ) и цеховых сетях (на 0.4 кВ) Механосборочного корпуса автозавода им. Лихачева (МСК ЗИЛ).

59. С этой целью были проведены исследования параметров схемы замещения системы электроснабжения МСК, а также измерения потерь напряжения в питающих и цеховых сетях.

60. Получены также расчетные выражения для определения математического ожидания соотношения потерь мощности и потерь напряжения при вероятностном характере задания нагрузки.