Разработка системы активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных электрических сетях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Насыров, Ринат Ришатович

• Насыров, Ринат Ришатович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Насыров, Ринат Ришатович

Оглавление

Введение

Глава 1. Особенности активно-адаптивной системы в сравнении с классическими средствами регулирования напряжения в распределительных сетях

1.1. Нормативно-правовая база в области качества электроэнергии

1.2. Практика регулирования напряжения в распределительных сетях трансформаторами

1.3. РПН как автоматическое средство регулирования напряжения

1.4 Компенсирующие устройства как средства регулирования напряжения

1.4.1 Батареи статических конденсаторов

1.4.2 Синхронные компенсаторы

1.5 Регулирование напряжения при помощи ПБВ

1.6. Описание предлагаемой системы (ААС) регулирования напряжения на

базе РПН силовых трансформаторов распределительной сети

Выводы по главе 1

Глава 2. Метод выбора необходимых узлов для контроля отклонения

напряжения в распределительной сети

2.1. Общий принцип выбора точек контроля

2.2 Методы определения электрически близкого и удаленного электроприемника

2.2.1 Расчетно-измерительный метод оценки электрически ближайшего и удаленного потребителя

2.2.2 Метод прямых измерений для оценки электрически ближайшего и удаленного электроприемника потребителя

2.2.3 Оценка электрически ближайшего и удаленного электроприемника потребителя в сети 0,38 кВ

2.3 Алгоритм выбора необходимых узлов для контроля отклонения

напряжения в распределительной сети

Выводы по главе 2

Глава 3. Развернутая система централизованного регулирования напряжения на подстанциях центров питания 220-110/20-6 кВ

3.1 Классический способ централизованного регулирования напряжения на подстанциях 220-110/20-6 кВ

3.2 Алгоритмы и устройства активно-адаптивной системы

централизованного распределенного регулирования напряжения

3.2.1 Алгоритм работы блока 1 контроля и анализа установившегося отклонения напряжения в точках контроля

3

3.2.2 Алгоритм сбора, обработки и анализа получаемых данных в центре

питания (блок 2)

3.2.3 Алгоритм работы блока 3 управления РПН

Выводы по главе 3

Глава 4. Тестирование активно-адаптивной системы регулирования напряжения в распределительных сетях

4.1 Требования к тестовой схеме распределительной сети

4.2 Разработка тестовой схемы распределительной сети

4.3 Анализ режимов регулирования напряжения

Выводы по главе 4

Выводы по работе

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных электрических сетях»

Введение.

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 режимов -методы 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.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Насыров, Ринат Ришатович

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Насыров, Ринат Ришатович, 2013 год

Список литературы

1. И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов, Ю.В. Шаров, А.Ю. Воробьев. Управление качеством электроэнергии, [ред.] Ю.В. Шаров. 2-е, переработанное и дополненное. Москва : Издательский дом МЭИ, 2008. ISBN 978-5-383-00280-3.

2. Межгосударственный стандарт. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения 13109-97. Минск : ИПК Издательство стандартов, 1998 г.

3. Качество электрической энергии в муниципальных сетях Московской области. Карташев И.И., Пономаренко И.С., Тульский В.Н., Шамонов Р.Г., Масленников Г.К., Васильев В.В. 8, 2002 : б.н., Москва г., Промышленная энергетика. ISSN 0033-1155.

4. Солдаткина, Л.А. Регулирование напряжения в городских сетях, [ред.] H.A. Мельников. Москва : "Энергия", 1967. стр. 263.

5. A.A. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова, Б.Н. Неклепаев, М.Н. Околович. Электрическая часть станций и подстанций, [ред.] Александр Александрович Васильев. Москва : Энергия, 1980. Для студентов вузов.

6. Лохашша, А.К. Силовые трансформаторы. Справочная книга, [ред.] Под ред. С.Д. Лизунова. Москва : Москва, 2004. ISBN 5-98073-004-4..

7. Техническое описание и инструкция по эксплуатации регулятора напряжения трансформаторов APT-IM и РНМ-1.

8. В.И., Идельчик. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. Москва : Энергоатомиздат, 1989. ISBN 5-283-01012-0.

9. Круть Н.С. к.т.н., Ерощенков В.А. к.т.н. Регулирование напряжения силовых трансформаторов подстанций энергосистемы по каналам телемеханики.

10. А.П. Бурман, П.А. Бутырин, В.И. Виссарионов, A.A. Глазунов, A.A. Гремяков, Э.Н. Зуев, И.И. Карташев, В.В. Кривенков, В.А. Кузнецов, И.Б. Пешков, O.A. Поваров, Ю.К. Розаков, Ю.П. Рыжов, В.А. Старшинов, В.А. Строев, С.Ю. Сыромятников, C.B. Шульженко. Основы современной энергетики: Курс лекций для менеджеров энергетичеких компаний. Москва : Издательство МЭИ, 2003. Т. 2. ISBN 5-7046-0889-2 / ISBN 5-7046-0923-6 (4.2).

11. Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики. Насыров, P.P., Скорощинский, A.A. и к.т.н., с.н.с. В.Н. Тульский. Москва :

6.Н., 2008. О целесообразности централизованного регулирования напряжения в распределительных сетях. ОАО "НТЦ электроэнергетики".

0.

12. Гражданский кодекс Российской Федерации Принят Государственной Думой 22 декабря 1995 года.

13. Закон РФ от 07.02.1992 N 2300-1 (ред. от 28.07.2012) "О защите прав потребителей"

14. Постановление от 1 декабря 2009 г. N 982 об утверждении единого перечня продукции, подлежащей обязательной сертификации, и единого перечня продукции, подтверждение соответствия которой осуществляется в форме принятия декларации о соответствии.

15. Федеральный закон от 26.03.2003 N 35-Ф3 (ред. от 30.12.2012) "Об

электроэнергетике"

16. Приказ Минэнерго РФ от 08.07.2002 N 204 "Об утверждении глав Правил устройства электроустановок" (вместе с "Правилами устройства электроустановок. Издание седьмое. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Главы 7.5, 7.6, 7.10").

17. Правила устройства электроустановок (7 издание). Глава 1.2 Москва, Издательство ЭНАС, 2003

18. Электроэнергетика: учебное пособие / Ю.В. Шаров, В.Я. Хорольский, М.А. Таранов, В.Н. Шемякин. - Ставрополь: АГРУС, 2011. - 456 с.

19. http://www.kvar.su/

20. Основы современной энергетики. В 2 т. Т.2. Современная электроэнергетика : учебник для вузов по направлениям "Теплоэнергетика", "Электроэнергетика", "Энергомашиностроение" / Ред. А. П. Бурман, В. А. Строев ; Общ. ред. Е. В. Аметистов . - 4-е изд., перераб. и доп . - М. : Изд. дом МЭИ, 2008 . - 632 с. - ISBN 978-5-383-00161-5.

21. Баркан Я.Д.Автоматическое управление режимом батарей конденсаторов. - М.: Энергия, 1978. - 112 е., ил.

22. Силовые трансформаторы. Справочная книга / Под ред. С.Д. Лизунова, А.К. Лоханина. М.: Энергоиздат, 2004. - 616 с. ISBN 5-98073-004-4.

23. http://www.eon.com {Germany)

24. PSI PDOK ZSR Loesungsbeschreibung, E.ON (Germany)

25. P.P. Насыров, к.т.н., доц. В.Н. Тульский. «Разработка способа управления средствами регулирования напряжения в распределительных сетях 6-10(20)/0,38 кВ». XVI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2010

26. Ябузарова И.М., руководитель P.P. Насыров. «Разработка алгоритма управления устройством автоматического регулирования напряжения под нагрузкой». XVIIIМ Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2012. С.385

27. А.К. Асаиов, P.P. Насыров, к.т.н., доц. В.Н. Тульский. «Современное состояние качества электрической энергии в сетях г. Бишкек Кыргызской республики». XVIII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2012. С.356.

28. IEC 61000-3-6:1996 - Assessment of Emission Limits for Distorting Loads in MV and HV Power Systems, technical report type 3.

29. IEC 61000-4-30, 2003, Power quality measurement methods.

30. CENELEC EN 50160:1999 - Voltage Characteristics of Electricity supplied by public distribution systems. European standard (supersedes 1994 edition).

31. ANSI/IEEE 519:1992. IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems. IEEE 1992.

32. NRS 048-2:2003. Electricity Supply - Quality of Supply. Part 2: Voltage Characteristics, Compatibility Levels, Limits and Assessment Methods (supersedes 1996 edition).

33. EDF Emeraude Contract: Contrat Emeraude pour la fourniture d'electricite au tariff Vert. Annexe 2: Qualite des fournitures en HTA (l-50kV) and НТВ (>50 kV). Electricite de France.

34. Electricity Association Engineering Recommendation G5/4: Planning Levels for Harmonic Voltage Distortion and the Connection of Non-linear Equipment to Transmission Systems and Distribution Networks in the United Kingdom. January 2001

35. HQ voltage characteristics: Characteristics and Target Values of the Voltage Supplied by Hydro-Quebec Transmissions System, July 1999. And for the distribution system: Characteristics and Target Values of the voltage supplied by Hydro-Quebec MV and LV systems, 2001. www.hydroquebec.com

36. IEC 61000-2-12, 2003-04: Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2-12: Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signaling in public medium-voltage power supply systems.

37. Electricity Association Engineering Recommendation P28: Planning Limits for Voltage Fluctuations Caused by Industrial, Commercial and Domestic Equipment in the United Kingdom. September 1989

38. IEC 61000-2-8,2002. Voltage dips and short interruptions on public electric power supply systems with statistical measurement results. Technical Report

39. IEEE P1159:1995. IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality. IEEE Stds. Coordinating Committee 22 on Power Quality. 1995

40. IEEE 1346:1998 Recommended practice for evaluating electric power system compatibility with electronics process equipment.

41. SEMI F47-0200, Specification for semiconductor processing equipment voltage sag immunity, SEMI 1999, 2000.

42. Cigre WG 39.04, Measurements of Quality in Electric Systems, Electra No. 185 August 1999

43. Robert A., Power Quality Monitoring at the Interface Between Transmission System and Users, International Conference on Harmonics and Power Quality, October 2000.

44. IEEE 1366:2001, Trial Use Guide for Electric Power Distribution Reliability indices, 2001/

45. IEEE 859:1987, IEEE Standard Terms for Reporting and Analyzing Outage Occurrences and Outage States of Electrical Transmission Facilities, Reaffirmed in 1993.

46. Canadian Electricity Association (CEA), www.canelect.ca. June 2002.

47. Guide to quality of electricity supply for industrial applications, part 2. Voltage dips and short interruptions. Paris, France: UIE, 1996.

48 Шведов Г.В. Электроснабжение городов: электропотребление, расчетные нагрузки, распределительные сети: учебное пособие /Г.В. Шведов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - 268 с. ISBN 978-5-383-00743-3.

49 Фокин, Ю. А. Применение методов математической статистики в энергетических расчетах. Москва : МЭИ, 1981.

50. Е.С. Венцель. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. 5-е, стер. Москва : Высшая школа, 1998. ISBN 5-06-003522-0.

51. СП 31.110.2003 Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий. 2004 г.

52. И.Г. Каранетян, Д.Л. Файбисович, И.М. Шапиро. Справочник по проектированию электрических сетей. Москва : ЗАО Издательство НЦ ЭНАС, 2005. Под редакцией Д.Л. Файбисовича.

53. ГОСТ 53333-2008 Контроль качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Москва : Стандартинформ, 2009 г.

54. Маркушевич Н.С., Солдаткина Л.А. Качество напряжения в городских электрических сетях. 2. Москва : "Энергия", 1975. стр. 256. Под ред. H.A. Мельникова.

55. Электротехнический справочник, [ред.] Под общ. ред. профессоров МЭИ. Москва : Издательство МЭИ, 2003. Т. 2. ISBN 5-7046-0986-4.

56. Техническое описание и инструкция по эксплуатации регулятора напряжения трансформаторов APT-IM и РНМ-1

57. Р.Р. Насыров, В.Н. Тульский. «Разработка способа управления средствами регулирования напряжения в распределительных сетях 6-10(20)/0,38 kB». XVI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2010/

3.5. Е.С. Вентцель. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. 5-е, стер. Москва : Высшая школа, 1998. ISBN 5-06-003522-0.

58. Обработка сигналов. Первое знакомство. Юкио Сато. Под ред. Ёсифуми Амэмия, Изд. Додэка, 2002, 176 с. ил. (Япония — перевод на русский язык)

59. В.А. Веников, A.A. Глазунов, Л.А. Жуков, Л.А. Солдаткина. Э45

Электрические сети, т.2 Под ред. В.А. Веникова. Учебн. пособие для электроэнерг. вузов. М., «Высш. школа», 1971. 440 с. с илл

60. Конюхова Е.А., Шаров Ю.В. Потери и установившиеся отклонения напряжения в электрических сетях напряжением 6-10/0,4 kB. - М.: Энергоатомиздат, 2006. - 120 с. ISBN 5-283-03249-3