close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Компенсация высших гармоник и реактивной мощности с учетом топологии и параметров распределительной сети электротехнического комплекса предприятий

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ЗАМЯТИН Егор Олегович
КОМПЕНСАЦИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК И РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ С УЧЕТОМ ТОПОЛОГИИ И ПАРАМЕТРОВ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА ПРЕДПРИЯТИЙ
Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и
системы
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург – 2018
Работа выполнена на кафедре общей электротехники федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования
«Санкт-Петербургский горный университет»
Научный руководитель:
Шклярский Ярослав Элиевич
доктор технических наук, доцент
Официальные оппоненты:
Таджибаев Алексей Ибрагимович
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Диагностика энергетического оборудования» ФГАОУ ДПО «Петербургский энергетический институт повышения
квалификации» (г. Санкт-Петербург)
Шескин Евгений Борисович
кандидат технических наук, заместитель заведующего отделом электроэнергетических систем, заведующий лабораторией исследований электроэнергетических систем АО
«Научно-технический центр Единой энергетической системы» (г. Санкт-Петербург)
Ведущая организация:
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный
электротехнический
университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
Защита состоится «27» декабря 2018 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.229.20 при федеральном государственном автономном
образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский
политехнический университет Петра Великого» по адресу: 195251, г. СанктПетербург, ул. Политехническая, д. 29, главный учебный корпус, аудитория 150.
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке
ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра
Великого» и на сайте www.spbstu.ru.
Автореферат разослан «____»_______________2018 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета Д 212.229.20
Иванов Дмитрий Владимирович
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В современных условиях, в связи с дефицитом энергоресурсов на первое место выдвигается задача эффективного использования генерируемой электрической энергии, что установлено соответствующим законом об энергосбережении № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений
в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В настоящее
время основные потребители электроэнергии являются нелинейными. Такие
потребители вызывают искажения кривой тока и напряжения, увеличивают
уровень реактивной мощности, что в свою очередь ведет к дополнительным
потерям электрической энергии и выводу из строя оборудования.
Наличие высших гармоник (ВГ) приводит к неэффективной компенсации реактивной мощности (РМ) в результате выхода из строя конденсаторных батарей (КБ) из-за перегрузки токами ВГ. Для эффективной компенсации ВГ необходима актуальная информация об уровне и спектре гармонических искажений. Для получения этой информации используются анализаторы параметров качества электрической энергии. Для компенсации отклонений показателей качества электрической энергии от требуемых значений
применяются различные устройства (фильтро-компенсирующие, конденсаторные батареи, активные фильтры, вольтодобавочные трансформаторы и
т.д.).
Как правило, компенсирующие устройства (КУ) устанавливают на
подстанции (ПС) или распределительном пункте (РП), что позволяет повысить качество напряжения и снизить потери мощности в сети до точки подключения КУ. Однако в сети после подключения КУ качество электрической энергии может остаться неудовлетворительным, что негативно влияет
на ее работу.
Это влияние может быть значительным, а может и нет, что должно
определять точку подключения КУ. Одним из основных факторов в этом
случае, влияющим на качество электрической энергии и, в частности, на потери мощности, является величина и характер нагрузки. Отсюда возникает
необходимость определения потребителей, оказывающих значительный
вклад в потери мощности.
Проблемой структурирования потерь мощности и их уменьшения
занимались многие ученые. Среди них такие известные как: Железко Ю.С. –
занимался структурированием потерь активной мощности, поиском зависимостей потерь мощности от различных энергетических параметров нагрузки.
Арриллага Дж. – занимался распределением компенсирующих устройств в
сложных электрических сетях промышленных предприятий. Абрамович Б.Н.
– занимался компенсацией высших гармоник в сетях нефтегазовых предприятий, разработкой алгоритма выбора устройств для компенсации высших
гармоник в указанной отрасли. Жежеленко И.В. – в общем виде рассматривал влияние высших гармоник на работу элементов электротехнического
4
комплекса промышленных предприятий и компенсацией высших гармоник.
Гришечко С.В. – занимался совершенствованием методов контроля показателей качества электрической энергии систем электроснабжения нетяговых
потребителей электрифицированных железных дорог.
Однако четкого подхода к выбору точки подключения КУ в сети,
содержащей высшие гармоники, до сих пор не разработано. Это касается
всех видов указанных выше КУ. В настоящий момент интерес к этой проблеме растет, и все больше ученых занимаются исследованиями в области
компенсации ВГ и снижения потерь, что позволяет сделать вывод о том, что
решение задачи по снижению потерь мощности и разработки методики по
выбору точек подключения КУ и их параметров при условии их наиболее
эффективного применения является актуальной.
Тема и содержание диссертации соответствует научной специальности 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы» на соискание
ученой степени кандидата технических наук по следующим пунктам областей исследований: п. 1 «Развитие общей теории электротехнических комплексов и систем, изучение системных свойств и связей, физическое, математическое, имитационное и компьютерное моделирование компонентов
электротехнических комплексов и систем», п. 2 «Обоснование совокупности
технических, технологических, экономических, экологических и социальных
критериев оценки принимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатации электротехнических комплексов и систем», п. 3 «Разработка, структурный и параметрический синтез электротехнических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективного
управления».
Объект исследования – распределительные сети среднего напряжения электротехнических комплексов действующих предприятий.
Предмет исследования – структура потерь активной мощности в
распределительных сетях электротехнических комплексов промышленных
предприятий.
Цель работы – повышение эффективности режимов распределительной сети предприятий с отличающимися технологическими процессами
и параметрами линейной электрической нагрузки, и нагрузкой, обуславливающей наличие ВГ. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1.
Анализ режимов распределительной сети предприятия с различным
характером технологического процесса и нагрузки;
2.
Системный анализ потерь мощности в зависимости от показателей
качества электрической энергии в распределительных сетях предприятий;
3.
Анализ и выбор эффективного метода многомерной оптимизации
для дальнейшего его использования при оптимизации по критерию минимума потерь мощности режимов распределительной сети предприятия при
наличии разного рода искажений в напряжении и токе;
5
4.
Разработка методического обеспечения поиска решения задачи по
повышению эффективности использования компенсирующих устройств при
различных функциональных зависимостях потерь мощности от показателей
качества электрической энергии;
5.
Разработка имитационной модели, адекватно отображающей полученные аналитические результаты исследований;
6.
Практическое подтверждение разработанных методов по повышению эффективности режимов распределительной сети путем применения
компенсирующих устройств.
Научная новизна работы
1.
Разработана новая научная идея снижения потерь мощности в распределительной сети электротехнических комплексов предприятий при
наличии ВГ и (или) РМ, в основу которой положено ранжирование потребителей по их вкладу в структуру потерь при различной топологии сети;
2.
Разработан новый подход к определению функциональной зависимости потерь мощности в распределительной сети с различным характером
нагрузки от нормируемых и ненормируемых показателей качества электрической энергии и параметров сети;
3.
Доказана целесообразность использования впервые сформированной
функции Zi , учитывающей параметры качества электрической энергии, топологию сети и характер нагрузки, значение которой позволяет выбрать
наиболее эффективные параметры и точки подключения КУ;
4.
Разработана методика выбора параметров и точек подключения
компенсирующих устройств в зависимости от топологии сети, параметров
нагрузки и режимов ее работы, основанная на полученных в работе функциональных зависимостях с применением нейронной сети прямого распространения ошибок (многослойный персептрон) и нечеткой логики;
5.
Доказана возможность применения разработанной методики для любого вида компенсирующих устройств в зависимости от типа искажений
напряжения и тока.
Теоретическая значимость исследования обоснована следующим:
1.
Доказаны методики, расширяющие границы применимости компенсирующих устройств в условиях различного характера нагрузки в сочетании
со сложной топологией распределительной сети;
2.
Применительно к проблематике диссертации результативно использован комплекс существующих базовых методов исследования, таких как:
имитационное моделирование, нечеткое нейросетевое программирование,
системный анализ;
3.
Раскрыты и выявлены новые проблемы по снижению потерь мощности в распределительной сети электротехнического комплекса, заключающиеся в выявлении связи между топологией распределительной сети, параметрами нагрузки и точками подключения компенсирующих устройств при
6
определении суммарных потерь мощности в распределительной сети предприятия;
4.
Разработан алгоритм выбора точек подключения компенсирующих
устройств в распределительной сети электротехнического комплекса, учитывающий параметры, режим работы нагрузки и топологию сети.
Практическая значимость
Значение полученных результатов исследования для практики подтверждается следующим:
1.
Разработаны и внедрены методики распределения компенсирующих
устройств в распределительной сети, их параметров и режимов работы;
2.
Определены пределы и перспективы использования разработанной
методики;
3.
Представлены методические рекомендации по дальнейшему совершенствованию способов повышения эффективности системы электроснабжения электротехнических комплексов предприятий;
4.
Разработанная в диссертации методика определения параметров,
режимов работы и точек подключения компенсирующих устройств приняты
к использованию при модернизации электротехнического комплекса ООО
«Рос Агро» и ООО «КОНТИНУМ», о чем получена справка и акт о внедрении основных результатов работы.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использованы методы имитационного моделирования, системного анализа, многопараметрической оптимизации функций нескольких переменных, теоретических основ электротехники,
теории нейросетевого и нечеткого нейросетевого прогнозирования колебаний нагрузки.
На защиту выносятся следующие положения:
1.
Выведенная аналитически функция ранжирования потребителей ,
корректность которой подтверждена результатами имитационного моделирования, позволяет однозначно оценить их вклад в общие потери мощности
в распределительной сети;
2.
Разработанный алгоритм выбора точек подключения и параметров
КУ обеспечивает эффективность их применения с целесообразной степенью
снижения величины суммарных потерь мощности;
3.
Разработанный алгоритм управления КУ при наличии ВГ и (или) РМ
с применением метода прогнозирования изменения нагрузки, реализованного на основе нечеткой нейронной сети, позволяет предиктивно реагировать
на изменения нагрузки, что повышает эффективность работы КУ.
Степень достоверности результатов исследования обусловлена
тем, что: имитационное моделирование проводилось с использованием лицензионного программного обеспечения; измерения параметров качества
электрической энергии, представленных в работе, проводились с использованием сертифицированной и поверенной измерительной аппаратуры; ста-
7
тистические данные получены из открытых официальных источников, таких
как Росстат; теория построена на известных зависимостях и согласуется с
опубликованными результатами по теме диссертации в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией; использованы сравнения результатов автора и результатов отечественных и зарубежных исследователей; идея базируется на анализе существующих решений данной проблемы;
использованы современные методы сбора и обработки данных с применением вычислительной техники и современных интеллектуальных систем.
Апробация результатов
Работа выполнялась на базе кафедры Общей электротехники СанктПетербургского горного университета. Полученные результаты исследований в виде аналитической зависимости, методики и программного обеспечения приняты к внедрению в ООО «Рос Агро» (Ленинградская область) и
ООО «КОНТИНУМ» (г. Санкт-Петербург), что подтверждено соответствующими документами.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: международная конференция «55-я студенческая научная конференция (горная секция) (55th
Students scientific session(mining section))» – 2014, Краков, Польша; «2-й
международный научно-технический семинар» – 2016, Санкт-Петербург;
международная конференция «67th Berg- und Hüt-tenmännischer Tag» – 2016,
Фрайберг, Германия; «Молодежный день Международного форума по энергетической эффективности и развитию энергетики РЭН-2017» – 2017,
Москва.
Личный вклад автора
Проведение всех этапов исследования, сбор, классификация исходных данных, вывод новой аналитической зависимости, разработка имитационной модели, планирование и проведение имитационного моделирования,
подготовка публикаций, научных докладов и рукописи диссертации.
Публикации по работе
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 3
статьях в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией
РФ. Общее число публикаций по теме диссертации составляет 11 работ.
Структура работы
Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав с выводами по каждой из них, заключения, библиографического списка и приложения. Основная часть диссертации изложена на 126 страницах машинописного текста. Работа содержит 41 рисунок, 14 таблиц. Библиографический
список включает 102 наименования.
8
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы
научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Научно-технические проблемы коррекции показателей качества электрической энергии и энергетических показателей нагрузки» проведен анализ энергопотребления, потерь при передаче электрической
энергии в различных отраслях промышленности, а также влияния отклонения показателей качества электрической энергии на эффективность работы
системы электроснабжения предприятий.
Определены затраты предприятий различных отраслей на электрическую энергию и её удельный расход на производство продукции (рисунок 1).
Рисунок 1 – Расход электрической энергии по отдельным видам потребителей
Выявлено влияние отклонения показателей качества электрической
энергии, а также энергетических показателей нагрузки на потери активной
мощности. Установлено, что величину потерь прежде всего можно связать с
ненормируемыми показателями, такими как суммарный коэффициент гармонических составляющих тока и коэффициент мощности:
P = 3I12 (1 + THDI2 ) R ,
(1)
и
2
 I 
P = 3 A  R ,
 KM 
где: I1 – действующее значение тока первой гармоники;
(2)
I A – активная составляющая тока; R – активное сопротивление линии; THDI – суммарный
P
коэффициент гармонических составляющих тока; KM =
– коэффициент
S
9
мощности, P – активная мощность нагрузки; S – полная мощность нагрузки.
Далее в работе обоснован выбор объектов исследования. Представлены особенности электротехнических комплексов выбранных объектов.
Приведены типовые схемы распределительных сетей среднего напряжения
для выбранных объектов с учетом их различных топологий: предприятия
алюминиевой промышленности, горнодобывающей промышленности и социально-значимые объекты. Указанные объекты выбраны в связи с отличающимися проблемами в области качества электрической энергии, влиянием
на качество электрической энергии внешней сети и зависимостью технологического процесса от качества электрической энергии. Для каждого объекта
определены среднестатистические отклонения ПКЭ от Национального стандарта и ненормируемых энергетических показателей нагрузки, имеющие
наиболее существенное влияние на потери активной мощности.
Проведен сравнительный анализ указанных электротехнических
комплексов предприятия, на основе которого были выявлены различия системы электроснабжения и режимов нагрузки выбранных объектов.
Представлена традиционная методика выбора точек подключения и
параметров компенсирующих устройств на примере ФКУ и оценены её недостатки. Основной недостаток заключается в том, что применение ФКУ
повышает качество электрической энергии относительно внешней сети, однако во внутренних сетях предприятия качество электроэнергии остается на
низком уровне, также снижается пропускная способность сети.
При этом существенной проблемой является варьирование величины
суммарных потерь мощности в зависимости от точек подключения КУ.
Исходя из результатов приведенного анализа были поставлены цель
и задачи научного исследования.
Во второй главе «Выбор метода оптимизации и вывод аналитического выражения для поиска точек подключения и параметров компенсирующих устройств» выбран критерий оценки эффективности работы электротехнического комплекса предприятия – величина суммарных потерь активной мощности в электрической распределительной сети предприятия.
Проведен системный анализ потерь мощности (рисунок 2).
10
Рисунок 2 – Системный анализ влияния различных параметров на величину
потерь активной мощности
Выявлены следующие нетрадиционные факторы, влияющие на потери мощности:
•
нелинейность нагрузки, что характеризуется понятием суммарного
коэффициента гармонических составляющих – THDI ;
•
полная мощности нагрузки – S, которая включает в себя активную,
реактивную мощности и мощность искажения – P, Q и D соответственно, P
и Q также связаны между собой коэффициентом мощности – KM (ненормируемый показатель);
•
активное сопротивление ЛЭП – R которое, в свою очередь, зависит
0
от длины ЛЭП – l, температуры окружающей среды – t , материала ЛЭП –
'
ρ, и сечения проводов ЛЭП – S .
Дальнейший анализ позволил выявить факторы, наиболее значимо
влияющие на уровень потерь, независимо от характера нагрузки и технологии производства. К ним относятся:
THDI ; l; P; KM .
•
Впервые введена функция Zi ранжирования потребителей по их
вкладу в суммарные потери активной мощности.
В основе формирования функции лежит соотношение:
Zi =
Pi
,
P
(3)
где: Pi и P – потери активной мощности, создаваемые i – м потребителем и суммарные соответственно.
В исходном виде это соотношение можно представить в виде:
Zi
(S
=
2
i
2
'
− Pi 2 ) ki2 lU
i 1 sin( )S
U12 sin(i )Si' ( S2 − P2 ) k2 l
,
(4)
11
где:
Si и S – модуль полной мощности i -го потребителя и суммарной
полной мощности соответственно; Pi и P – активная мощность i -го по'
требителя и суммарная активная мощность соответственно; S – эквивалентное сечение проводов ЛЭП; ki и k – коэффициента искажения тока i го потребителя и суммарный коэффициент соответственно; KMi , KM  –
коэффициенты мощности i -го потребителя и средневзвешенный соответ'
ственно;  – удельное сопротивление ЛЭП i -го потребителя; Si – сечение
проводов ЛЭП i -го потребителя.
Пренебрегая незначительными факторами, определенными выше,
было получено выражение:
Zi =
li Pi 2 KM2  ki2
,
2
l P2 KMi
k2
(5)
которое легло в основу для дальнейшего решения поставленной задачи.
Следующим шагом по целесообразному и обоснованному уменьшению потерь мощности является необходимость в оптимизации функции
ранжирования. Для этого в работе были проанализированы различные методы многомерной оптимизации. Сравнивались между собой следующие методы: Генетический, Машина Больцмана, Хука-Дживса, Парето.
В результате был выбран метод оптимизации по Парето, как наиболее рациональный по нескольким причинам: простота, низкая вычислительная нагрузка и множественность оптимальных решений. Метод заключается
в следующем: вектор решения x  S называется оптимальным по Парето,
'
если не существует x  S такого, что
'
( ) ()
() ( )
fi x  fi x' для всех i = 1,..., k и
fi x'  fi x хотя бы для одного i .
Определив значения Zi для каждого узла нагрузки в распределительной сети предприятия, можно построить упорядоченное её распределение.
Для примера такое распределение, полученное на основе имитационного моделирования распределительной сети предприятия с различной
нагрузкой, показано на рисунке 3. Здесь за критерий принята величина
накопленного процента, равная 80 %.
12
Рисунок 3 – Диаграмма Парето для определения значимых потребителей
Разработан алгоритм выбора точек подключения компенсирующих
устройств и их параметров. В процессе разработки алгоритма написана программа «Автоматизированная система определения места подключения
компенсирующих устройств» и получено свидетельство о государственной
регистрации программы для ЭВМ № 2018617921.
На основе разработанного алгоритма сформирована методика определения точек подключения КУ, которая заключается в следующем:
1.
Получить данные путем инструментальных замеров (активная мощность; коэффициент мощности; суммарный коэффициент гармонических
искажений; длина ЛЭП);
2.
Согласно полученным данным рассчитать функцию Z i для каждого
потребителя;
3.
Ранжировать полученные данные по убыванию значений Zi ;
4.
Определить потребители, вносящие наибольший вклад в потери по
методу Парето;
5.
Согласно результатам расчета определить точки подключения КУ.
Следует отметить, что измерения проводятся в течение недели, согласно рекомендациям стандарта (ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-430:2008)), в качестве исходных данных принимаются значения измеренных
величин при соответствующей им максимальной активной мощности.
Имитационное моделирование радиальной схемы электроснабжения
с вариацией состава и режимов нагрузки предприятия позволило доказать
корректность выражения (5) и разработанной методики.
13
В третьей главе «Выбор компенсирующих устройств, разработка
алгоритма функционирования выбранных устройств» для примера реализации разработанных в работе алгоритмов выбран тип компенсирующих
устройств – фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ).
Приведена методика выбора параметров ФКУ исходя из требуемого
потребления реактивной мощности.
В основе методики лежит следующее: при выборе параметров ФКУ
настройка его реактора и конденсаторной батареи на частоту, близкую к
компенсируемой гармонике, рассматривается как необходимое условие, которое может быть выполнено при любой емкости конденсатора. Таким образом, на основной частоте ФКУ генерирует реактивную мощность. При выборе емкости конденсаторной батареи следует определиться с количеством
контуров по ВГ и необходимым уровнем генерируемой реактивной мощности ФКУ. Количество контуров определяется исходя из анализа спектрального состава тока нагрузки, полученного по результатам измерения параметров режима электрической сети. Далее необходимо распределить генерируемую реактивную мощность ФКУ между отдельными контурами, пропорционально току гармоники, на которую настроен контур.
Емкость и индуктивность контуров определяется по выражениям:
(v −1) Q ; L
=
2
Cv
v
v  pU
2
2
v
=
1
Cvv2
,
(6)
где: Cv и
Lv – емкость конденсатора и индуктивность катушки в контуре,
настроенного на частоту гармоники v ; Qv – реактивная мощность этого же
контура.
С целью реализации прогнозирования изменения нагрузки проведен
сравнительный анализ графиков нагрузки активной и реактивной мощности
на выбранных объектах исследования. Анализ показал, что на рассматриваемых в работе предприятиях как потребление, так и соотношение активной и
реактивной мощностей существенно различаются. Кроме этого, графики
нагрузки могут носить как равномерный, так и неравномерный характер.
Неравномерность нагрузки очевидно вызывает необходимость в регулировании параметров КУ в процессе работы предприятия. К такого рода предприятиям прежде всего относятся предприятия горнодобывающей отрасли.
Сформирован алгоритм работы ФКУ для равномерной и неравномерной нагрузки.
Описан способ вычисления реактивной мощности, учитывающий не
только фундаментальную составляющую синусоиды тока и напряжения, но
и искажения этих кривых (рисунок 4).
14
Рисунок 4 – Измерение коэффициента мощности
Для осуществления регулирования КУ при переменном характере
нагрузки необходим прогноз ее изменения.
Проведен сравнительный анализ методов прогнозирования нагрузки
с целью выбора метода прогнозирования и последующей оптимизации работы ФКУ и предотвращения негативных явлений (перекомпенсация, простой
КУ, перегрузка КУ).
Выявлено, что метод, основанный на применении нечеткой нейронной сети, является наилучшим с точки зрения точности прогнозирования.
Средняя ошибка прогнозирования этого метода для рабочих дней составила
2,5 %, а для выходных дней – 1,5 %. Наибольшей ошибкой прогнозирования
среди сравниваемых методов обладает регрессионный анализ, – 3,5 % для
рабочих дней и 3,0 % для выходных дней. Для нейронной сети средняя
ошибка прогнозирования составила 2,9 % – рабочие дни и 2,1 % – выходные
дни.
Проведено сравнение традиционной методики выбора точки подключения и параметров ФКУ с предложенной на примере цеха с дуговыми
сталеплавильными печами. Основываясь на имитационной модели доказана
эффективность предложенной методики.
В результате ранжирования были выявлены потребители, оказывающие наиболее существенное влияние на суммарные потери мощности.
15
Таблица 1 – Суммарные потери активной мощности в цеху с дуговыми сталеплавильными печами
Снижение
Снижение
№
Без приТрадицион- Предложенпри традипри предлоп/
менения
ная методи- ная методиционной
женной меп
ФКУ, кВт
ка, кВт
ка, кВт
методике, %
тодике, %
1
592,3
334,3
345,3
43,6
41,7
Исходя из полученных результатов выявлено, что применение разработанной методики позволяет добиться результатов, близких по эффективности к традиционному способу с меньшими затратами на покупку оборудования (экономия составила 60 %).
В четвертой главе «Экономический эффект» проведен экономический расчет применения разработанной методики на примере ФКУ для схемы, представленной на рисунке 5.
Полученные исходные данные:
1.
Электролиз 1:
P = 501023,83 кВт; KM = 0,8; THDI = 0,1; l = 1,2 км ;
2.
Электролиз 2:
3.
Электролиз 3:
•
Прочие потребители:
P = 501023,83 кВт; KM = 0,8; THDI = 0,1; l = 1,2 км ;
P = 501023,83 кВт; KM = 0,8; THDI = 0,1; l = 1,4 км ;
4.
ДЛП: P = 39050 кВт; KM = 0,65; THDI = 0,05; l = 3 км ;
5.
ДАМ: P = 70545 кВт; KM = 0,74; THDI = 0,07; l = 4 км ;
6.
УФС: P = 64000 кВт; KM = 0,64; THDI = 0,06; l = 10 км ;
•
ЭНЦ: P = 226786 кВт; KM = 0,5; THDI = 0,05; l = 7 км ;
P = 5000 кВт; KM = 0,87; THDI = 0,02; l = 15 км ;
16
Рисунок 5 – Схема электроснабжения электротехнического комплекса предприятия ПАО «РУСАЛ БРАТСК»
Применив разработанную методику получены следующие результаты (рисунок 6).
Рисунок 6 – Ранжированные потребители
Согласно результатам расчетов, компенсировать необходимо потребители под номерами 1, 3, 7. Суммарная реактивная мощность указанных
потребителей 87811,871 квар.
17
Данные о стоимости ФКУ получены из открытых источников, размещенных в информационно-телекоммуникационной сети интернет, и составляют в среднем 250 руб/квар.
Таблица 2 – Суммарные годовые потери мощности предприятия
НаименоваДо модернизации
После модернизации
ние
АбсолютОтносительАбсолютОтносительная величино годового
ная величино годового
Потери активна,
потребления,
на,
потребления,
ной мощности
кВтч/год
%
кВтч/год
%
6046900
3,55
3930485
2,31
Таким образом, применив разработанную методику затраты на электрическую энергию снизились на 2116415 кВтч/год, что в денежном эквиваленте составит 3301607,4 руб/год, при тарифе 1,560 руб/кВтч.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам диссертационной работы можно сделать следующие
выводы:
1.
Проведен анализ режимов распределительной сети предприятия с различным характером технологического процесса, топологии распределительной сети и нагрузки (алюминиевая, горнодобывающая промышленности, социально-значимые объекты), выявлены отклонения показателей
качества электрической энергии от заданного уровня;
2.
Проведен системный анализ потерь мощности в зависимости
от показателей качества электрической энергии в распределительных сетях
предприятий. На основе анализа выявлены ненормируемые показатели качества электрической энергии, характеризующие параметры нагрузки и топологию распределительных сетей и в значительной степени функционально
связанные с суммарными потерями мощности в сети предприятий (суммарный коэффициент мощности гармонических составляющих тока, коэффициент мощности);
3.
Впервые введена функция ранжирования потребителей по их
вкладу в суммарные потери мощности в распределительной сети электротехнического комплекса предприятий Zi , позволяющая однозначно оценить
вклад отдельного потребителя в общие потери мощности;
4.
Проведен анализ и выбор эффективного метода многомерной оптимизации для дальнейшего его использования при оптимизации по
критерию минимума потерь мощности режимов распределительной сети
предприятия при наличии разного рода искажений в напряжении и токе.
Анализ показал, что в рамках поставленной задачи наиболее рациональным
является метод оптимизации по Парето, ввиду возможности получения
множественности решений по этому методу и простоты его реализации;
18
5.
Разработано методическое обеспечение поиска решения задачи по повышению эффективности использования компенсирующих
устройств при различных функциональных зависимостях потерь мощности
от показателей качества электрической энергии. Написана компьютерная
программа, позволяющая определить точки подключения и параметры КУ
согласно разработанной методике и получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018617921, на основе вышесказанного разработана методика определения точек подключения и параметров КУ как при равномерной, так и при неравномерной нагрузках;
6.
Разработана имитационная модель, адекватно отображающая
полученные аналитические результаты исследований и подтверждающая
корректность полученных выражений и результатов;
7.
Выявлено, что используя метод Парето в сочетании с полученной функцией ранжирования Zi , возможно существенно уменьшить затраты на КУ (до 60 %) по сравнению с применением традиционной методики.
8.
Получено практическое подтверждение разработанных методов по повышению эффективности режимов распределительной сети путем применения компенсирующих устройств. Получены акт и справка о
внедрении.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1.
Замятин, Е.О. Повышение коэффициента мощности в электрических сетях с нелинейной нагрузкой [текст] / Я.Э. Шклярский, Е.О. Замятин // «Известия вузов. Горный журнал», 2014. – № 2, – с. 99-106 (соискатель 50 %) (журнал из списка ВАК).
2.
Замятин, Е.О. Система мониторинга и оценки показателей
качества электрической энергии на основе искусственной нейронной сети
[текст] / Я.Э. Шклярский, Е.О. Замятин // «Естественные и технические
науки», 2015. – № 3 (81), – с. 127-129 (соискатель 60 %) (журнал из списка
ВАК).
3.
Замятин Е.О. Методика определения точек подключения
фильтро-компенсирующих устройств на основе применения принципа Парето [текст] / Е.О. Замятин, А.Я. Шклярский // «Естественные и технические
науки», 2018. – № 7 (121), – С. 239-244 (соискатель 80 %) (журнал из списка
ВАК).
19
Статьи в сборниках и трудах конференций:
4.
Замятин, Е.О. К вопросу о внедрении распределенной генерации: интерфейс взаимодействия с распределительной системой [текст] /
Я.Э. Шклярский, О.И. Цинкович, Е.О. Замятин // Материалы докладов восемнадцатой научно-технической конференции «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность», изд-во Томского политехнического университета, 2012. – с. 204-206 (соискатель 20 %)
5.
Замятин, Е.О. Энергетические характеристики сети с нелинейной нагрузкой [текст] / А.Н. Скамьин // Материалы международной
научно-практической конференции «XLII Неделя науки СПбГПУ», изд-во
СПбГПУ, 2013. – с. 73-75 (соискатель 50 %).
6.
Замятин, Е.О. Faultless maintenance of capacitor bank in the
context of voltage anharmonity [текст] / E. Zamyatin // 55 Konferencija Studenckich Kol Naukowych Pionu Gorniczego 11 grudnia 2014 r. Krakow, AGH
(соискатель 100 %)
7.
Замятин, Е.О. Concept for electric power quality indicators
evaluation and monitoring stationary intellectual system development [текст] /
Egor Olegovich Zamyatin, Yaroslav Elievich Shklyarskiy, Emiliya Vladimirovna
Yakovleva, // International Journal of Applied Engineering Research ISSN 09734562, 2016 – Number 6, Vol. 11, – с. 4270-4274 (соискатель 80 %) (индексируется в базе SCOPUS).
8.
Замятин, Е.О. Система мониторинга показателей качества
электрической энергии на основе искусственной нейронной сети [текст] /
Я.Э. Шклярский, Е.Н. Ильницкая, Е.О. Замятин // «Современная наука и
практика», 2016. – № 5 (10), – с. 35-37 (соискатель 60 %)
9.
Замятин, Е.О. Concept for electric power quality intellectual
system development [текст] / E. Zamyatin // 67th Berg- und Hüt-tenmännischer
Tag, 2016. (соискатель 100 %)
10.
Замятин, Е.О. Влияние сопротивления системы на уровень
высших гармоник в сети [текст] / А.Н. Скамьин, Е.О. Замятин // Материалы
II Всероссийской (с международным участием) молодежной научнопрактической конференции «Введение в энергетику», Кемерово, Изд-во
КузГТУ, 2016. – с. 122-125. (соискатель 50 %)
11.
Замятин, Е.О. Developing of electric power quality indicators
evaluation and monitoring intellectual system [текст] / Andrey Y. Shklyarskiy,
Julia V. Rastvorova, Egor O. Zamyatin // Young Researchers in Electrical and
Electronic Engineering (EIConRus), 2018 IEEE Conference of Russian,
15.03.2018. pp 761-762. (соискатель 50 %) (индексируется в базе SCOPUS).
12.
Свидетельство о госрегистрации программы для ЭВМ
2016660883. Российская Федерация. Визуализация спектрального состава
сигнала напряжения или тока / Е.О. Замятин, Я.Э. Шклярский,
Е.Н. Ильницкая; правообладатель федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский
20
горный университет. – № 2016615243; заявл. 24.05.2016; зарегистр.
22.09.2016; опубл. 20.10.2016 – 1 с.
13.
Свидетельство о госрегистрации программы для ЭВМ
2018617921. Российская Федерация. Автоматизированная система
определения места подключения компенсирующих устройств /
Е.О. Замятин,
Я.Э. Шклярский,
А.Я. Шклярский;
правообладатель
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет. –
№ 2018615248; заявл. 21.05.2018; зарегистр. 04.07.2018; опубл. 04.07.2018,
Бюл. № 7. – 1 с.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа