Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«Донецький національний технічний університет»

УДК 621.314.222.6

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Багатоцільова оптимізація схем і параметрів розподільчих електричних мереж міст із урахуванням динаміки їх розвитку

Спеціальність 05.14.02 - Електричні станції, мережі та системи

Перепечений Віталій Олександрович

Донецьк - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі “Електропостачання міст” Харківської національної академії міського господарства Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Говоров Пилип Парамонович, професор кафедри “Світлотехніка та джерела світла” Харківської національної академії міського господарства Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Зорін Владлен Володимирович, професор кафедри електропостачання інституту енергозбереження і енергоменеджменту Національного технічного університету України «КПІ» Міністерства освіти і науки України, м. Київ;

- кандидат технічних наук, доцент Тугай Юрій Іванович, завідувач відділу оптимізації систем електропостачання Інституту електродинаміки НАН України, м.Київ

Захист відбудеться “12“ листопада 2009р. о 13.15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д11.052.02 у ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки України за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 1 навчальний корпус, ауд. 203.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» за адресою 83001, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 2 навчальний корпус

Автореферат розісланий “_8_“ _жовтня_ 2009 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради

Д11.052.02, к.т.н., доц. А.М. Ларін

електричний мережа розподільчий місто

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У період становлення ринкових відносин в Україні в умовах дефіциту паливних та енергетичних ресурсів, однією із першочергових задач електроенергетики є зниження витрат на побудову і експлуатацію систем електропостачання різного рівня.

Успішному вирішенню задачі сприяє ефективне планування перспективних і поточних режимів та параметрів електричних мереж що є необхідною умовою проведення діючої політики енерго- та ресурсозбереження в Україні. Розв'язання цієї задачі дозволить виявити вузли мереж з понаднормативними капітальними та експлуатаційними витратами і визначити шляхи зменшення витрат при побудові та експлуатації систем електропостачання (СЕП).

Традиційні шляхи вирішення визначеної задачі базуються на вузькоорієнтованому підході, який передбачає врахування лише окремих із показників ефективності, та тільки для деяких окремих, заздалегідь визначених умов. Вони не враховують комплексного характеру задачі і широкого діапазону зміни її параметрів та умов функціонування у часі. Це означає, що параметри та режими СЕП, визначені як оптимальні для одного зі співвідношень, не є такими для інших. Наслідком такого стану є застосування заздалегідь завищених потужностей трансформаторів та перерізів провідників ліній, підвищене значення втрат напруги та потужності в мережі. Але, не зважаючи на це, нажаль, саме цей принцип покладено в основу побудови сучасних будівельних норм за якими сьогодні здійснюється проектування системи електропостачання міст та населених пунктів. Результатом застосування такого традиційного підходу до проектування міських електричних мереж є значне завантаження території міст кабельно-провідниковою продукцією за низького рівня навантаження обладнання та ліній і відповідного зростання значень експлуатаційних та капітальних витрат.

Аналіз методів вирішення поставленої задачі свідчить про те, що вони базуються на детермінованому однокритеріальному підході і не враховують всього спектру соціальних та економічних умов функціонування мереж. Тому підвищення ефективності розподільчих електричних мереж міст на основі врахування соціально-економічних умов та динаміки їх зміни у часі є актуальною задачею значної соціально-економічної ваги.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика роботи пов'язана з основним напрямком науково-дослідних робіт кафедри „Електропостачання міст” Харківської національної академії міського господарства і виконувалась згідно координаційного плану фундаментальних досліджень в галузі гуманітарних, психолого-педагогічних і соціально-економічних наук, проблем освіти, рекомендованих до формування науково-експертними радами за фаховими напрямами Відділення з питань науки Науково-методичної ради Міносвіти України (наказ МОН України №37 від 13.02.97р.) «Дослідження та розробка принципів, методів нових високоефективних засобів освітлення, оптимізація режимів експлуатації освітлювальних та опромінювальних установок різного функціонального призначення» № ДР 0107U007929, (2006 р.); «Розробка наукових основ енергозбереження у системах електропостачання та освітлення міст» № ДР 0106U004602, (2006 - 2008 рр.); «Розробка проекту реконструкції зовнішнього освітлення м. Лозова Харківської області» (постанова кабінету міністрів України від 19 квітня 2004 р. № 509); «Державна програма реформування ЖКГ України» №1869/ІV, та договори про співдружність № 28, №115, №703/04, №1901/04, №1807/04, № 1874/04, №1986/05, №2023/05, №2045/05, №1403/06.

Мета та задачі досліджень. Метою досліджень є оптимізація параметрів розподільчих електричних мереж міст на основі врахування багатокритеріальності і багатопараметричності задачі, розподілу їх у просторі, а також зміни параметрів та умов функціонування у часі.

У межах цього дослідження розв'язані такі задачі:

- розвинуто методи побудови математичних моделей розподільчих мереж міст, що характеризуються комплексним характером процесів, а також невизначеністю вхідної інформації;

- створені й обґрунтовані моделі розподільчих електричних мереж, що описують у цілісному вигляді взаємозалежні процеси в мережах;

- розроблено на основі модельних і експериментальних досліджень методи моделювання параметрів розподільчих електричних мереж міст, що враховують багаторівневу ієрархічну структуру і невизначений характер процесів у них;

- розроблені рекомендації з вибору параметрів і схем розподільчих електричних мереж міст;

- підтверджена ефективність отриманих теоретичних результатів і працездатність запропонованих технічних рішень в умовах проектування й експлуатації.

Об'єкт дослідження - нормальні режими розподільчих електричних мереж міст.

Предмет дослідження - оптимізація схем та параметрів мереж.

Методи дослідження - для аналізу та розв'язання поставленої задачі дослідження виконані з використанням методів математичної статистики та нечіткої логіки. Розрахункова частина виконана із застосуванням методів поетапної і комплексної оптимізації, геометричного та математичного програмування.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1. Одержали подальший розвиток методи оптимізації параметрів і режимів систем електропостачання міст, що відрізняються врахуванням багатокритеріальності задачі, а також невизначеності схем і параметрів електричних мереж, чим забезпечується більш високий рівень обґрунтованості прийняття проектних рішень.

2. Вдосконалено техніко-економічні моделі й цільові функції оптимізації розподільчих електричних мереж міст, за умови врахування зміни величини й співвідношення між навантаженнями й довжиною мереж, що забезпечує виявлення області економічності схем для конкретних умов їх застосування.

3. На підставі результатів розрахунково-теоретичних досліджень, проведених з використанням розроблених моделей, для сучасних соціально-економічних умов уточнено значення оптимальних параметрів мереж середньої й низької напруги (потужності ТП, довжини й перерізів провідників ліній, схем мереж середньої й низької напруги) та уперше обґрунтована доцільність дроблення трансформаторної потужності в міських електричних мережах й застосування петльових мереж середньої й низької напруги для живлення споживачів з малою щільністю навантаження, чим забезпечуються покращені вартісні показники мереж й більш висока надійність і якість електропостачання споживачів.

4. Вперше встановлено граничне значення довжини лінії низької напруги (0,25 км), при якому у разі довжини лінії більш 0,25 км розрахунок мережі необхідно виконувати за припустимою втратою напруги, а у разі довжини лінії до 0,25 км - за економічними міркуваннями.

Практичне значення отриманих результатів:

- отримані в дисертації алгоритми розрахунку розподільчих електричних мереж дозволили створити моделі для дослідження параметрів електричних мереж при різному обсязі і характері вхідної інформації;

- запропоновано методику підтримки прийняття найвигідніших рішень для конкретних умов проектування;

- Харківськими міськими електричними мережами прийнята і впроваджена методика розрахунку режимів мереж, що дозволило визначити зони економічної стійкості різних типів і потужностей ТП у залежності від характеру і щільності житлової забудови;

- АК «Харківобленерго» прийнята до впровадження методика вибору оптимальних параметрів і конфігурації міських розподільчих електричних мереж у районах багатоповерхової забудови, що дозволило визначити доцільну конфігурацію мережі і її параметри, а також виявити зони економічної стійкості прийнятих рішень.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні положення дисертаційної роботи отримані автором самостійно, а саме: розробка алгоритму та програми досліджень; розробка методичних основ прогнозування режимів та параметрів розподільчих електричних мереж міст з врахуванням фактора надійності при їх проектуванні; опрацювання схемних моделей розподільчих електричних мереж; теоретичне обґрунтування принципів побудови розподільчих електричних мереж мало- та багатоповерхової побудови міст; розробка та обґрунтування основних принципів моделювання режимів розподільчих електричних мереж; розробка методів оптимізації схем та параметрів систем електропостачання міст з врахуванням багатокритеріальності задачі та невизначеності вхідної інформації; розробка структури та алгоритму автоматизованого вибору схем та параметрів розподільчих електричних мереж, які могуть застосовуватись при створенні програм для рішення багатокритеріальної задачі.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на чотирнадцяти семінарах і конференціях, у числі яких десять міжнародних: «Проблеми економії енергії» (м. Львів, 2001р.); «Электроснабжение, электросбережение, электрооборудование» (г. Гомель, 2001 г.); «Керування режимами роботи об'єктів електричних систем КРЕС» (м. Донецьк, 2002 та 2008 рр.); «Фізичні і технічні проблеми світлотехніки й електроенергетики» (м. Харків, 2005 р.); «Проблеми сучасної електротехніки ПСЕ-2008» (м. Київ, 2008 р.); «Силова електроніка і енергоефективність» (с. Малий маяк, 2007 та 2008 рр.); «Электроснабжение, энергосбережение и электроремонт» (г. Новомосковск, 2000 г.); ХХХІ науково-технічна конференція викладачів, аспірантів і співробітників Харківської академії міського господарства. (м. Харків, 2000 та 2002 рр.); семінарах Наукової ради НАН України «Наукові основи електроенергетики» (м. Харків, 2002 - 2008 рр.).

Публікації. Матеріали дисертації відображені в 23 публікаціях з яких 18 у фахових виданнях ВАК України (9 - в журналах, 9 - в збірниках), 5 доповідей на міжнародних конференціях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг роботи становить 231 сторінок машинописного текстові, у тому числі 151 сторінки основного тексту, 41 ілюстрацій на 39 сторінках тексту, 3 таблиці на 2 сторінках, 6 додатків на 26 сторінках, 124 найменувань використаних літературних джерел на 13 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі «Аналіз існуючих методів розрахунку схем і параметрів систем електропостачання міст» наведено характеристику міст у зв'язку із задачами вивчення проблем їх електропостачання, здійснено аналіз систем електропостачання (СЕП) міст та їх структур. Узагальнено характеристики СЕП міст, задачі й умови їх функціонування. Здійснено структурування СЕП по ряду ознак: технологічному, номінальній напрузі, конструктивному виконанню та функціональному призначенню. Показано, що основним параметром міської розподільчої електричної мережі, що визначає схему побудови і параметри всіх інших її елементів, є потужність трансформаторної підстанції. У зв'язку зі зміною вхідних даних, збільшенням навантажень споживачів і зміною принципів планування міських кварталів встановлена необхідність визначення найвигіднішої потужності трансформаторів ТП, виходячи з вибору перерізів провідників ліній за економічною щільністю струму та урахуванням щорічних витрат і також вартості річних втрат електроенергії. Виконано аналіз методів оптимізації параметрів СЕП й визнано за необхідне використання методів багатокритеріальної оптимізації.

здійснено аналіз схем та параметрів мереж і зроблено висновок щодо доцільності застосування найпростіших схем мереж та конструкцій розподільчих пристроїв і ліній за умов мінімізації кількості електроустаткування та спрощення його конструкції. Визначено напрямки підвищення ефективності існуючих методів розрахунку схем та параметрів систем електропостачання міст.

В другому розділі «Моделювання схем і параметрів електричних мереж з урахуванням невизначеності вхідних даних і багатокритеріальності задачі» розглянуті методологічні принципи моделювання схем і параметрів мереж в умовах невизначеності вхідних даних і багатокритеріальні задачі. За основу моделювання взято апарат, що базується на понятті розпливчастої безлічі.

За результатами класифікації інформаційних ситуацій розроблено алгоритм розв'язання задачі який включає:

- формування безлічі рішень і безлічі станів середовища;

- визначення основних показників ефективності за допомогою оціночного функціонала ;

- визначення органом ухвалення рішення інформаційної ситуації, що характеризує поводження середовища;

- вибір критерію ухвалення рішення з безлічі критеріїв;

- прийняття за обраним критерієм оптимального рішення.

задача оптимізації параметрів СЕП міст зведена до визначення екстремумів функціоналу виду

,(1)

де - критеріальна j-а вектор-функція оптимізації; - ваговий коефіцієнт j-ої функції; - вектор параметрів СЕП (активних і реактивних опорів мережі, коефіцієнтів трансформації силових трансформаторів, уставок регулюючих і компенсуючих пристроїв).

В результаті процедура оптимізації схем і параметрів СЕП міст зведена до спрямованого перебору варіантів, що відрізняються схемами мереж, довжиною і перетином ліній, законами регулювання напруги в центрах живлення, положеннями відгалужень трансформаторів ТП, параметрами і місцями установки додаткових засобів місцевого регулювання напруги. З метою подолання чисельної несумірності окремих критеріїв, а також їх більш строгої ран жировки, здійснено нормування критеріїв шляхом їх приведення до безрозмірного виду в сполученні із застосуванням методу експертних оцінок для визначення чисельних значень коефіцієнтів. Для врахування інтегрального характеру критеріїв за умов того, що витрати від зниження надійності і якості електропостачання прийняті пропорційними середньому квадратові відхилень показників від їхнього номінального значення, критеріальні функції кожного i-го показника економічності, надійності або якості представлені у вигляді другого початкового моменту розподілу показників у часі. Для розгалуженої мережі значення показника додатково “зважено” за споживаною потужністю , а зміна показників у часі враховано їх “зважуванням” за споживаною ЕЕ.

У підсумку цільова функція оптимізації міст представлена у вигляді

, (2)

де - критеріальна функція економічної ефективності; - критерії економічності, надійності і якості електропостачання; - критерії соціальної і технічної ефективності відповідно; - вагові коефіцієнти економічної і соціальної ефективності, відповідно; - вагові коефіцієнти показників економічності, надійності і якості, відповідно.

Таким чином економічний критерій, у даній роботі, розглядається не як одиничний обмежений критерій, а як складний, який об'єднує економічні , надійністні і якісні складові.

У третьому розділі «Моделювання схем і параметрів розподільчих електричних мереж» розглянуті методи вибору перетину ліній і принципи побудови схем мереж. Показано, що важливим заходом, що забезпечує вибір найбільш економічного варіанту схеми мережі, є передпроектна оцінка її параметрів. Установлено, що в основу відомих методів розрахунку покладений дискретний стохастичний підхід, число оптимізаційних параметрів зведене до одного, у рідких випадках - до двох параметрів (потужності ТП і перетинові ліній низької напруги). Зроблено висновок про необхідність розширення числа параметрів, які оптимізуються і урахування невизначеності вхідної інформації.

З огляду на той фактор, що в умовах багатоповерхової забудови для розподільчих мереж використовується обмежене число стандартних потужностей трансформаторів (250, 400 і 630 ), визнане доцільним застосування методу поетапної комплексної оптимізації.

Вирази для питомих наведених витрат при виборі перетину ліній за економічними показниками отримано у вигляді:

, (3)

де , - довжина ділянки зовнішньої і внутрибудинкової мережі, відповідно.

При виборі перетину за припустимою втратою напруги маємо:

де - відрахування на амортизацію, ремонт і обслуговування ліній; - довжина i-ої ділянки мережі; - питомий опір матеріалу проводу (кабелю); - безліч вартостей лінії не залежне і залежне від перетину відповідно; - час максимальних втрат; - точкове навантаження i-ої ділянки мережі; - безліч цін на електроенергію.

Аналіз результатів дослідження (рис.1) свідчить, що при малих довжинах, розрахунок зовнішніх мереж за приводить до значної перевитрати грошових коштів і тільки при =0,25км , а при км .

Значення критичної довжини зовнішньої мережі отримано у вигляді:

При визначальними при виборі перерізу ліній є економічні розуміння, при переріз варто вибирати за припустимою втратою напруги.

Показано, що для районів багатоповерхової забудови варто рекомендувати вибір перетину зовнішніх і внутрибудинкових мереж за економічних розумінь.

Розроблено моделі витрат для різних варіантів живлення споживачів.

Аналіз результатів дослідження (рис.2) свідчить про економічні переваги магістральних схем. Навіть при існує область економічності магістральних схем (при порядку 0,2ч0,3 і =1ч2, відповідно). При магістральну схему можна застосувати до 0,46. При цьому область застосування магістральних ліній розширюється зі збільшенням .

У районах багатоповерхової забудови доцільним є об'єднання однією лінією 0,38 кВ навантажень з різними коефіцієнтами участі в максимумі. Більш рівномірне завантаження ліній протягом доби і здешевлення розподільчого пристрою 0,38 кВ у ТП супроводжується зниженням як експлуатаційних так й капітальних витрат.

Математична модель питомих приведених витрат усієї мережі 0,38 кВ віднесеної до величини сумарної потужності району отримана у вигляді:

де - коефіцієнти, що залежать від марки кабелю 0,38 кв; - коефіцієнт, що залежить від матеріалу жил кабелю, часу, максимальних втрат, вартості загубленої електроенергії і номінальної напруги мережі; - коефіцієнти, що залежать від способу побудови мережі і ступені її резервування.

Математична модель приведених витрат мережі середньої напруги отримана у вигляді

, (7)

де - довжина мереж СН; - вартість одиниці довжини лінії СН; - втрати електроенергії в мережах СН.

Модель питомих приведених витрат на мережу СН, віднесена до 1 ква сумарного навантаження ТП району, отримана у вигляді

Розроблені моделі дозволяють попередньо визначити оптимальне значення питомих приведених витрат на мережі низької і середньої напруги з врахуванням вартості елементів мережі і передбачуваної схеми побудови. У якості параметрів, що оптимізуються рекомендовані кількість ТП, підключених до однієї лінії (), кількість ліній, що відходить від джерела живлення () і перетин ліній ().

Математична модель мінімізації приведених витрат на мережу низької і середньої напруги отримана у вигляді:

. (9)

Встановлено, що в умовах малоповерхової забудови вибір перетину за економічними показниками, доцільно здійснювати при кількості навантажень на одній лінії

, (10)

і при довжині лінії

. (11)

Вибір перетину за доцільно здійснювати при

, . (12)

Четвертий розділ «Дослідження економічних характеристик схем розподільчих мереж» присвячено дослідженню схем і параметрів розподільчих електричних мереж. У якості основи досліджень використані економічні характеристики петлевих і двопроменевих мереж для районів багатоповерхової забудови при зміні поверхневого навантаження від 5000 до 18000 . Розглянуто наступні варіанти схем: 1 - петлеві мережі СН і НН, з однотрансформаторними ТП, а також спільним живленням освітлювального і силового навантаження; 2 - петлеві мережі СН і НН, з однотрансформаторними ТП, а також роздільним живленням освітлювального і силового навантаження; 3 - двопроменеві мережі СН і НН, із двотрансформаторними ТП; 4 - двопроменеві мережі СН, із двотрансформаторними ТП, і петлевими мережами НН із роздільним живленням освітлювальних і силових навантажень; 5 - двопроменеві мережі СН і НН, із двотрансформаторними ТП, і установкою пристроїв АВР у РУ 0,4 кВ ТП.

На рис.3 представлені залежності для різних варіантів схем побудови розподільчої мережі. За базу прийняті витрати на мережу першого варіанту з ТП . Аналіз отриманих залежностей показує, що при зміні поверхневої щільності навантаження в межах від 5000 до 18000 : у варіанті 1 із ТП перевищення витрат складає 20 - 24 %; перевищення витрат у варіанті 2 із ТП складає 8-19 %; у варіанті 2 із ТП - 31 - 35 %. Варіанти 3 і 4 із ТП дорожче базового на 47 - 62 %.

Дослідженням впливу окремих складових приведених витрат на їхню сумарну величину (рис.4) показано, що для петлевих мереж з однотрансформаторними ТП у районах багатоповерхової забудови одним з головних факторів, що впливають на , є витрати на ТП, що складають від 82 до 90 % від сумарних приведених витрат. Зроблено висновок про те, що розподільча мережа 10 кВ практично не впливає на сумарні витрати мережі. Показано (рис.5), що обмежуючим фактором при виборі ТП у районах малоповерхової забудови є довжина ліній.

При дослідженні оптимальних параметрів розподільчої мережі районів багатоповерхової забудови враховувалася ланка мережі, що складається з ТП і розподільної мережі 0.38 кВ. Питомі приведені витрати на мережу, віднесені до сумарної потужності отримані у вигляді

Дослідженнями встановлено, що незалежно від значень коефіцієнтів прийнятої моделі третя частина змінних витрат приходиться на ТП, а 67,7% - на лінії 0,38 кВ, причому із загальної частки змінних витрат на лінії 0,38 кВ близько 25% приходиться на ту частину витрат, що не залежать від перетину ліній, і по 37,5% на ті частини, що залежать від перетину ліній і від втрат електроенергії в них.

Математична модель оптимальної потужності ТП отримана у вигляді

.(14)

З огляду на те, що із загальної частки змінних витрат на лінії 0,38 кВ 25% повинно приходитися на частину, що не залежить від перетину, а по 37,8% на ті частини, що залежать від перетину проводів і від втрат електроенергії в лініях, отримано математичну модель оптимального перетину провідників ліній

.(15)

Оптимальне число ліній, що відходять від ТП, визначено за формулою

.(16)

Отримані вирази дозволяють у передпроектному аналізі визначити конфігурацію мережі і її параметри в залежності від вартісних показників окремих елементів мережі, щільності житлової забудови і середнього навантаження окремих споживачів.

Значення економічно доцільної довжини ліній отримано у вигляді

. (17)

На рис.6 показані графічні залежності оптимальної потужності трансформаторів ТП від вхідних даних. Аналіз рис.6 свідчить про те, що на величину найбільший вплив робить будівельна частина ТП (параметр ), коефіцієнт завантаження трансформаторів ( ) і конфігурації мережі низької напруги . Зменшення параметру в два рази приводить до зниження на 37 %, підвищення в два рази приводить до збільшення на 58 %. Збільшення коефіцієнту завантаження трансформаторів на 50 % приводить до зниження на 33%, зниження на 30 % приводить до збільшення на 43%.

Аналіз залежностей від зміни постійних (рис.7) показує, що на в більшій мірі впливає параметр , що визначає вартість кабелів, яка не залежить від перетину.

Його збільшення приводить до різкого зростання . Зниження в два рази знижує на 65 %. Зміна параметру в більшій мері впливає на визначення конфігурації мережі низької напруги й у меншій мірі впливають на вибір .

Аналіз економічної стійкості прийнятих рішень виконано за умовами вираження параметрів варіантів у частках від їхніх економічних значень.

На рис.8 показана залежність при різних значеннях . Аналіз кривих свідчить про те, що питомі змінні витрати найбільш стійкі до зміни параметра і відповідно до зміни числа навантажень на лінії вдвічі, отже зменшується або збільшується на 1,3%.

Аналіз зон економічності ТП різних потужностей для комплектних ТП і ліній з залізобетонними опорами за умови, що різниця питомих приведених витрат між ТП суміжних потужностей не перевищує 5 %, показав, що економічно виправдано застосування ТП потужністю 63 () при до 24 м; ТП потужністю 40 () при від 14 до 74 м; ТП потужністю 25 () при від 33 м і вище.

Звідси можна зробити висновок, що в умовах малоповерхової забудови найбільш прийнятною потужністю ТП з економічної точки зору є 40. ТП потужністю 63 варто встановлювати в місцях зосередження суспільних навантажень, ТП потужністю 25 - у районах населеного пункту з дуже малою щільністю забудови.

Врахування впливу динаміки росту навантаження на параметри розподільчих мереж показує, що при років і змінюється від 1 до 0.76. Така зміна приводить до зміни від 1 до 1.06, від 1 до 1,2 і від 1 до 1,06 від аналогічних параметрів, визначених по приведених витратах.

Підвищення розрахункового терміну до 16-20 років при дає значення , чому відповідає , і . Аналіз отриманих значень для показує, що при навіть розрахунковий термін 20 років практично не змінює , отримане без обліку росту навантаження і до деякої міри змінює конфігурацію розподільчої мережі 0,38 кВ і в той же час завдяки збільшенню дозволяє зменшити перетин на одну ступінь.

Аналіз отриманих залежностей дозволяє зробити висновок, що врахування динаміки росту навантажень при проектуванні внутріквартальних розподільчих мереж доцільне при років і темпах росту навантаження вище існуючих, причому найбільший вплив воно робить на вибір конфігурації мережі 0,38 кВ, а не на параметри трансформаторних підстанцій.

У п'ятому розділі «Структурно-алгоритмічні основи автоматизованого вибору схем і параметрів розподільчих електричних мереж» розроблені структура та алгоритм автоматизованого вибору схем і параметрів розподільчих електричних мереж. З врахуванням високого рівня складності побудови розподільчих мереж здійснене структурування їх описів по ступені складності з відповідним розділенням представлень про проектовану мережу на ієрархічні рівні й аспекти.

Основу застосовуваного інформаційно-обчислювального комплексу (ІОК) складає інформаційна система, база даних (БД). Структурно БД побудована за реляційним принципом. Опис бази даних спеціальними таблицями забезпечує можливість досить простої зміни структури і складу інформації в масивах, а також додавання нових або зміни існуючих форматів вхідних і вихідних таблиць без яких-небудь переробок у програмах комплексу. Неформальний опис БД здійснено з застосуванням інфологічної моделі даних, а її адаптація до машинного язика БД - із застосуванням датологічної моделі.

БД зберігає і переробляє всього чотири види вихідних даних: ділянки, пункти, схеми електричної мережі, графіки навантажень і напруг, а також стандартні довідкові таблиці. Дані про ділянки схеми містять зведення про тип ділянки (повітряної або кабельної лінії, реактор, трансформатор, комутаційний апарат), топологію схеми (найменування і номер початкового і кінцевого пункту). Дані про пункти схеми містять зведення про тип пункту, його номері, марки трансформатора і положення регулювальних відгалужень, інформацію про моделі низьковольтної мережі, величину і час обмірюваного навантаження на головній ділянці ліній 0,38 кВ, тип графіка навантаження. Інформація про типів графіків активних і реактивних навантажень містить у собі дані про тип графіка, і число ступіней стаціонарності, коефіцієнти варіації, число годин використання максимуму. Аналогічні дані необхідні і для завдання графіків навантажень і напруг джерел живлення. Довідкові дані про характеристики стандартних проводів і кабелів, силових трансформаторах і ін. вводяться у вигляді таблиць.

Наявність єдиної автоматизованої бази даних, а також її пристосованість до нових змін видів інформації, вхідних і вихідних форм і таблиць дозволяє вирішувати широке коло задач, пов'язаних із проектуванням розподільчих мереж міст. Перша група задач забезпечує нагромадження паспортно-статистичної і довідкової інформації. В другій групі зосереджені задачі, пов'язані з використанням різних даних про експлуатацію устаткування, необхідних насамперед для планування й організації капітальних і поточних ремонтів, профілактичних іспитів і т.ін. У третій групі об'єднані задачі аналізу показників надійності різних видів електроустаткування, електричних навантажень, а також задачі статистичної обробки даних про характеристики і параметри різних видів електромережного устаткування. Четверта група задач призначена для розрахунку параметрів та режимів елементів схеми електричної мережі. До їх переліку входять:

- розрахунок втрат потужності й електроенергії в мережах;

- розрахунок якості електричної енергії;

- розрахунок надійності електропостачання.

1) За результатами роботи розроблено алгоритм вибору оптимальної конфігурації розподільчих мереж.

Використання розробленого алгоритму дозволяє на основі визначення найвигіднішої потужності ТП, визначити найвигіднішу конфігурацію мереж 10 та 0,38 кВ, в залежності від конкретних умов експлуатації.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача по встановленню закономірностей формування математичних моделей параметрів розподільчих електричних мереж з врахуванням динаміки їх зміни та невизначеності вхідних даних, що дозволило розробити рекомендації щодо вдосконалення структури та уточнення параметрів мереж. Отримані в дисертації алгоритми та програми розрахунку розподільчих електричних мереж у своїй сукупності являють собою суттєвий вклад у теорію і методи математичного моделювання схем і параметрів розподільчих електричних мереж міст.

Основні висновки та практичні рекомендації дисертації полягають в наступному:

1. Обґрунтовано необхідність розвитку методів проектування систем електропостачання міст на основі врахування динаміки їх розвитку та умов функціонування.

2. розвинуто методи побудови математичних моделей розподільчих мереж міст, що на відміну від відомих враховують комплексний характер процесів, а також невизначеність вхідної інформації, чим забезпечується більш коректний вибір параметрів мереж і підвищується точність розрахунку їх режимів.

3. створені й обґрунтовані математичні моделі розподільчих електричних мереж міст, які на відміну від відомих описують у цілісному вигляді взаємозалежні процеси в них, тим самим досягається врахування більшого числа факторів, що впливають на формування розподільних електричних мереж.

4. Розроблені методи моделювання параметрів розподільних електричних мереж міст, які враховують багаторівневу ієрархічну структуру і невизначений характер процесів у них, що забезпечує можливість розрахунку мереж з врахуванням зміни їх параметрів та режимів у часі.

5. розроблені рекомендації з вибору параметрів і схем розподільчих електричних мереж міст, що дозволяють враховувати взаємний вплив мереж різної напруги, а також низький рівень достовірності вхідної інформації.

6. Розроблено наукові основи вибору оптимальної потужності трансформаторів ТП з роздільним урахуванням параметрів та режимів мереж різних рівнів, і на їх основі обґрунтовано необхідність дроблення трансформаторної потужності у міських розподільчих електричних мережах.

7. Розроблено принципи вибору методів розрахунку розподільчих електричних мереж міст в умовах невизначеності їх параметрів та режимів і на їх основі обґрунтована область застосування методів розрахунку мереж.

8. Розроблено критерії вибору схем розподільчих електричних мереж міст з урахуванням параметрів та режимів електроспоживачів і визначено область застосування схем мереж.

9. підтверджена ефективність отриманих основних теоретичних результатів і вірогідність запропонованих проектних і технічних рішень в умовах проектування й експлуатації мереж шляхом впровадження програми та методики розрахунку розподільчих електричних мереж в АК «Харківобленерго» та в Харківських електричних мережах.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Перепеченый В.А. Влияние учета динамики роста нагрузки на параметры распределительных электрических сетей городов / В.А. Перепеченый // Комунальне господарство міст. - Київ «техніка» - 2002.- № 38. - с.254-257.

2. Говоров Ф.П. Оптимизация параметров распределительных электрических сетей малонаселенных пунктов / Ф.П. Говоров, В.Ф. Говоров, В.А. Перепеченый // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2003.- № 5. - С.68-71.

3. Говоров Ф.П. Учет фактора надежности при проектировании распределительных электрических сетей городов / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Энергетика и электрификация. - 2002. - №6. - С.12-16.

4. Говоров Ф.П. Оптимизация схем и параметров распределительных электрических сетей / Ф.П. Говоров, В.Ф. Говоров, В.А. Перепеченый // Наукові праці Донецького технічного університету. Серія: “Електротехніка і енергетика”. - ДонНТУ. - 2002. - №50. - С.113-116.

5. Говоров Ф.П. Комплексная оптимизация режимов работы систем электроснабжения городов / Ф.П. Говоров, О.Н. Довгалюк, В.А. Перепеченый // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков. 1999. - № 46. - С. 75-78.

6. Говоров Ф.П. Формирование распределительных линий 0,38 кВ в районах многоэтажной застройки / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Новые решения в современных технологиях. Харьков. 2000.- №117 - С. 53-54.

7. Говоров Ф.П. К вопросу о регулировании напряжения в распределительных электрических сетях / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Коммунальное хозяйство городов. - Киев “Техніка”. 1997.- №11. - С. 109-111.

8. Говоров Ф.П. Учет фактора надежности при проектировании распределительных электрических сетей городов / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Материалы международной научно-технической конференции. - Гомель, 2001. - С. 65-66.

9. Говоров Ф.П. Выбор экономических схем распределительных сетей районов многоэтажной застройки / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый, В.Ф. Говоров // «Проблеми економії енергії».- Львів.- Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”. - 2001. - С. 145.

10. Говоров Ф.П. Использование математических моделей распределительных сетей при их предпроектной оценке / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // «Электроснабжение, энергосбережение и электроремонт».- Новомосковск. - 2000. - С. 75-82.

11. Говоров Ф.П. К вопросу о компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения и освещения городов / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый, В.Ф. Говоров // Энергетика и электрификация. - 2007. - №7. - С.54-58.

12. Говоров П.П. Оптимізація схем та параметрів систем електропостачання міст / П.П. Говоров, О.І. Ганус, В.О. Перепечений // Технічна електродинаміка: тематичний випуск «Силова електроніка та енергоефективність».- 2007.- Ч.2.- С.93-100.

13. Говоров Ф.П. Многоцелевая оптимизация схем и параметров систем электроснабжения городов с учетом динамики их развития / Ф.П. Говоров, А.И. Ганус, В.А. Перепеченый // Технічна електродинаміка: тематичний випуск «Силова електроніка та енергоефективність». - 2008. - Ч.1.- С.52-55.

14. Говоров Ф.П. Состояние и пути повышения энергоэффективности производства в системах электроснабжения и освещения городов / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый, В.Ф. Говоров // Энергетика, энергосбережение, энергоаудит. - 2007. - №3. - С. 94-100.

15. Говоров Ф.П. Структурно-алгоритмические основы автоматизированного выбора схем и параметров распределительных электрических сетей городов / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Технічна електродинаміка: тематичний випуск «Проблеми сучасної електротехніки». - 2008. - Ч.2. - С.36-40.

16. Говоров Ф.П. Повышение эффективности систем электроснабжения городов на основе учета условий их функционирования / Ф.П. Говоров, В.Ф. Говоров, В.А. Перепеченый // Наукові праці Донецького технічного університету. Серія: “Електротехніка і енергетика”. - ДонНТУ. - 2008. - №8. - С.228-231.

17. Говоров Ф.П. Оптимизация параметров распределительных электрических сетей районов малоэтажной застройки / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Материалы международной научно-технической конференции «Физические и технические проблемы светотехники и электроэнергетики». ХНАГХ. - Харьков. - 2003. - С. 88-93.

18. Говоров П.П. Спеціальні питання електропостачання / П.П. Говоров, В.О. Перепечений // ХДАМГ. Харків. - 2002. - 72 с.

19. Говоров Ф.П. Расчетные условия выбора сечений низковольтных городских электрических сетей / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый, В.Г. Воропай // Тезисы докладов. ХХХ научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. Городской электротранспорт, электроснабжение и освещение городов. Харьков, 2000. - С. 33.

20. Говоров Ф.П. Оптимизация параметров распределительных электрических сетей районов малоэтажной застройки городов / Ф.П. Говоров, В.Ф. Говоров, В.А. Перепеченый // Збірник тез доповідей ІІ-ї міжнародної науково-технічної конференції “Керування режимами роботи об'єктів електричних систем - 2002”. - ДонНТУ. - 2002 р.- С. 19-24.

21. Говоров Ф.П. Определение наивыгоднейших параметров распределительной сети 0.38 кВ в районах многоэтажной настройки / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Сборник тезисов докладов ХХХІ научно-технической конференции преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской академии городского хозяйства. ХГАГХ. - 2002.- С. 38-39.

22. Говоров Ф.П. Оптимизация эффективности городских распределительных электрических сетей на проектном уровне / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Тезисы докладов ІІ международная научно-практическая конференция «Физические и технические проблемы светотехники и электроэнергетики» ХНАГХ. - 2005. - С.91.

23. Говоров Ф.П. Разработка и использование математических моделей при выборе схем и параметров распределительных электрических сетей / Ф.П. Говоров, В.А. Перепеченый // Тезисы докладов ІІ международная научно-практическая конференция «Физические и технические проблемы светотехники и электроэнергетики» ХНАГХ. - 2005. - С.92.

У роботах, опублікованих у співавторстві автору належать [1, 2, 5, 18] - розробка алгоритму та програми досліджень; [3, 8] - розробка методичних основ прогнозування режимів та параметрів розподільчих електричних мереж міст з врахуванням фактора надійності при їх проектуванні; [4, 17, 20, 22, 23] - опрацювання схемних моделей розподільчих електричних мереж; [6, 9, 14, 21] - теоретичне обґрунтування принципів побудови розподільчих електричних мереж мало- та багатоповерхової побудови міст; [10] - розробка та обґрунтування основних принципів моделювання режимів розподільчих електричних мереж; [12, 13, 14, 16] - розробка методів оптимізації схем та параметрів систем електропостачання міст з врахуванням багатокритеріальності задачі та невизначеності вхідної інформації; [14, 15] - розробка структури та алгоритму автоматизованого вибору схем та параметрів розподільчих електричних мереж, які могуть застосовуватись при створенні програм для рішення багатокритеріальної задачі.

АННОТАЦИЯ

Перепеченый Виталий Александрович. Многоцелевая оптимизация схем и параметров систем электроснабжения городов с учетом их развития - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 - «Электрические станции, сети и системы». ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет», Донецк 2009.

Диссертация посвящена повышению эффективности распределительных электрических сетей городов на проектном уровне.

В работе выполнен анализ существующих методов расчета режимов и параметров распределительных электрических сетей городов. Сделан вывод о том, что для решения вопроса повышения эффективности работы сетей необходима разработка методики комплексной оптимизации параметров и режимов систем электроснабжения, обеспечивающей одновременный учет интересов потребителей и энергосистемы. На ее основе исследованы условия оптимального формирования СЭС городов в современных социально-экономических условиях, характеризующихся многокритериальностью задачи и высоким уровнем неопределенности исходной информации и выявлены общие закономерности построения СЭС.

Осуществлен анализ схем и параметров сетей и сделан вывод относительно целесообразности применения простейших схем сетей и конструкций распределительных устройств и линий при условиях минимизации количества электрооборудования и упрощения его конструкции. Определены направления повышения эффективности существующих методов расчета схем и параметров систем электроснабжения городов.

Процедура оптимизации схем и параметров СЭС городов сведена к направленному перебору вариантов, которые отличаются схемами сетей, длиной и сечением линий, законами регулирования напряжения в центрах питания, положениями ответвлений трансформаторов ТП, параметрами и местами установки дополнительных средств местного регулирования напряжения. С целью преодоления численной несоизмеримости отдельных критериев, а также их более строгой ранжировки осуществлено нормирование критериев путем их приведения к безразмерному виду в сочетании с применением метода экспертных оценок для определения численных значений коэффициентов.

Разработаны концептуальные математические модели параметров распределительных электрических сетей городов, отличающиеся от известных тем, что позволяют учитывать многокритериальность задачи и неопределенность входной информации. При разработке математических моделей учитывалась величина приведенных затрат, надежность и качество электроснабжения потребителей. В качестве дополнительного технического критерия рассматривается удельный расход цветного металла на распределительные сети 6(10) и 0,38 кВ.

Применением разработанных моделей обоснованы методы и критерии комплексной оценки схем и параметров распределительных сетей.

Разработан комплекс моделей распределительных электрических сетей, который в отличие от известных позволяет предварительно определить оптимальное значение удельных затрат и выведено условие оптимизации для сетей низкого и среднего напряжения с учетом стоимости элементов сети и предполагаемой схемы построения.

С целью обобщения результатов исследования разработана математическая модель удельных приведенных затрат всей сети 0,38 кВ отнесенной к величине суммарной мощности района многоэтажной застройки и математическая модель удельных приведенных затрат сети среднего напряжения, в которых в качестве оптимизируемых параметров учитывается количество ТП, подключенных к одной линии, число линий, отходящих от источника питания и сечение линий.

В работе, в качестве методологической основы выбора схем и параметров РС принят структурный синтез принципиальной схемы РС и моделировании ее функционально-структурных отношений между элементами путем применения системных принципов и теоретико-множественного подхода. Тем самым обеспечена иерархическая структура модели, связь функций и параметров отдельных элементов РС (линий, трансформаторов, компенсирующих и регулирующих устройств) с режимами работы, а также достигнута однотипность описания режимов на разных уровнях РС. Рассмотренный подход создал условия для применения модульного принципа моделирования режимов работы РС городов.

На основе полученных результатов разработаны структурно-алгоритмические основы автоматизированного выбора схем и параметров распределительных электрических сетей, которые позволяют обеспечить определение значения наивыгоднейшей мощности ТП и выбрать наивыгоднейшую конфигурацию сетей 10 и 0,38 кВ в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Ключевые слова: распределительная электрическая сеть, трансформатор, сечение линии, плотность нагрузки, схема сети, математическая модель.

АНОТАЦІЯ

Перепечений Віталій Олександрович. багатоцільова оптимізація схем і параметрів розподільчих електричних мереж міст з врахуванням динаміки їх розвитку - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 - «Електричні станції, мережі й системи». ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», Донецьк 2009.

Дисертація присвячена підвищенню ефективності розподільних електричних мереж міст на проектному рівні.

У роботі виконаний аналіз існуючих методів розрахунку режимів і параметрів розподільчих електричних мереж міст. Зроблено висновок про те, що для рішення питання підвищення ефективності роботи мереж необхідна розробка методики комплексної оптимізації параметрів і режимів систем електропостачання, що забезпечує одночасне врахування інтересів споживачів і енергосистеми. На її основі досліджені умови оптимального формування СЕП міст у сучасних соціально-економічних умовах, що характеризуються багатокритеріальністю задачі й високим рівнем невизначеності вхідної інформації й виявлені загальні закономірності побудови СЕП.

На основі отриманих результатів розроблено структуру та алгоритм автоматизованого вибору схем і параметрів розподільчих електричних мереж, які дозволяють забезпечити значення найвигіднішої потужності ТП і вибрати найвигіднішу конфігурацію мережі 0,38 кВ залежно від конкретних умов планування району.

Ключові слова: розподільна електрична мережа, трансформатор, перетин лінії, щільність навантаження, схема мережі, математична модель.

ABSTRACT

Perepechenyy Vitaliy Aleksandrovich. The multipurpose optimization of charts and parameters of cities distributive electric power supply networks with account of their development dynamics - The manuscript.

This thesis is intended to attain the graduate degree of candidate of engineerings sciences on speciality 05.14.02 - "Electric stations, network and systems". Donetsk National Technical University, Donetck 2009

The thesis is devoted to upgrading efficiency of cities distributive electric networks efficiency at the project stage.

The analysis of existent calculation methods for modes and parameters of cities distributive electric networks is pursued in the paper. Conclusion is made that development of method of complex optimization of parameters and modes of the systems of power supply, providing the simultaneous account of interests of users and grid in order to work out the issue of improvement of grib work efficiency is needed. On its basis the treatment of conditions concerning optimum forming of SES in current modern socio-economic conditions to be characterized multi-criteria tasks and by the high level of vagueness of initial information and general conformities to law of SES construction is made.

The structural-algorithmic bases of the automated choice of charts and parameters of distributive electric networks which allow providing the value of the best power of TP and choosing the best network configuration 0,38 kV depending on the concrete terms of planning of district are developed, on the basis results got by me.

Keywords: distributive electrical networks, transformer, section of line, closeness of loading, chart of network, mathematical model.

Підп. до друку 10.09.2009 р.

Друк на ризографі

Замовл. № 4929

Формат 60 х 84 1/16

Умовн.-друк. арк. 0,9

Тираж 100 прим.

Папір офісний

Обл.-вид. арк. 1,1

61002, м. Харків, вул. Революції, 12

Сектор оперативної поліграфії ЦНІТ ХНАМГ

61002, м. Харків, вул. Революції, 12

Размещено на Allbest.ru

...