Системный анализ потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях в условиях неопределенности

, (12)

где , - эквивалентные активное и индуктивное сопротивления кабельных или воздушных линий; , - активное и индуктивное сопротивления i-й линии; - эквивалентный ток ввода ПС, представляется как случайный процесс; - суммарное сопротивление линии и нагрузки i-го присоединения.

Для магистралей:

; , (13)

где - эквивалентные сопротивления разомкнутых разветвленных или сведенных к ним замкнутых магистралей; , - эквивалентные сопротивления i-й магистрали.

Для силовых трансформаторов и двигателей:

; (14)

где , - эквивалентные активное и индуктивное сопротивления силовых трансформаторов ТП, или трансформаторов 10/6 или 10/3 кВ, или двигателей; , - соответственно активное и индуктивное сопротивления i-го трансформатора или двигателя, определенное при его реальной загрузке; - паспортная мощность i-го трансформатора или электродвигателя.

Выражения для эквивалентных проводимостей силового трансформатора аналогичны выражениям его эквивалентных сопротивлений.

Отличительной особенностью приведенных выражений является учет коэффициентов загрузки, меняющихся случайным образом:

, (15)

где - коэффициент загрузки трансформатора (двигателя) - случайный процесс; - номинальное сопротивление трансформатора (двигателя).

Приведены закономерности, описывающие изменение во времени.Эквивалентирование электрических сетей предприятий. Для предприятий принята двухуровневая модель сети. На первом уровне все РП приводятся к обобщенной модели ПС. При этом эквивалентное сопротивление РП определяется по результатам расчета потерь первого уровня:

; . (16)

На втором уровне осуществляется эквивалентирование магистралей и приведение их к эквивалентной схеме ГПП или ПГВ, имеющей вид аналогичный, показанному на рис. 15, где отходящими присоединениями являются радиальные линии и эквивалентные магистрали.

Эквивалентирование электрических сетей энергосистем. Составляются структурные схемы сетей для каждого класса номинального напряжения, осуществляется их декомпозиция и сведение к отдельным радиальным и разомкнутым магистральным линиям. Эквивалентирование начинается с первого уровня, при этом рассматривались два подхода: для определения суммарных потерь в магистрали и для определения потерь по каждому участку магистрали, по каждой ПС, подключенной к магистрали. При втором подходе, эквивалентное сопротивление магистрали имеет вид:

,(17)

где - вектор полного сопротивления головного участка; - коэффициент токораспределения по i-й ветви магистрали; - вектор суммарного сопротивления участка линий и питаемого по нему трансформатора.

Особенностью такого подхода является изменение коэффициента токораспределения во времени, что позволяет исключать неопределенность при определении потерь на временном интервале.

На втором уровне вначале все ПС сводятся к обобщенной модели ПС. Затем определяются потери в каждой обобщенной ПС, эквивалентируются магистрали и сеть сводится к эквивалентным ПС второго уровня (см. рис. 16).

Рис.16 Обобщенная модель подстанции второго уровня	Эквивалентные сопротивления обобщенной ПС: (18) где - потери в сети НН (СН), определенные на первом уровне.

Далее также эквивалентируется сеть третьего уровня.

Используя аналогичный подход, для определения потерь электроэнергии в сетях с тяговой нагрузкой получены обобщенные эквивалентные схемы замещения тяговых подстанций и обобщенная схема замещения сети, содержащей источники и рецепторы искажений.

Таким образом, возможен общий подход к эквивалентированию электрических сетей различной конфигурации и функционального назначения.

В четвертой главе разработаны методы и алгоритмы уточненного определения потерь электроэнергии в распределительных сетях

в условиях неопределенности; алгоритмы определения потерь электроэнергии в сетях напряжением 110 ч 0,4 кВ, заключенных между точками поставки электроэнергии на розничном рынке и точками ее учета при их несовпадении; приведена комплексная оценка потерь электроэнергии в системах электроснабжения при искажении качества электроэнергии.

Методика уточненного определения технических потерь

электроэнергии в распределительных сетях основана на закономерностях изменения токовых нагрузок подстанций во времени, моделях токов вводов подстанций, обобщенных моделях электрических сетей, представленных в виде схем эквивалентирования, и на едином методологическом подходе к расчету и анализу потерь электроэнергии в распределительных сетях энергосистем и промышленных электрических сетях. Сущность данной методики заключается в следующем.

Распределительная сеть делится на структурные единицы вначале по уровням, затем по центрам питания и по конфигурации схем электрической сети. Выявляются характерные узлы сети, относительно которых будут эквивалентироваться схемы сети. Это узлы, режимная информация в которых обладает полнотой и достоверностью. Определяются узлы и ветви схем сетей, в которых отсутствует режимная информация, либо ее объем недостаточен.

Далее осуществляется анализ достоверности режимных информационных потоков путем сравнения фактических и допустимых небалансов электроэнергии по подстанциям и сети в целом. Выявляются «очаги», формирующие недостоверные информационные потоки. Осуществляется корректировка показаний счетчиков до достоверных значений.

Учитывая различную степень наблюдаемости энергосистемы и качества информации по уровням напряжения, предлагается порядок сведения электробалансов по подстанциям «сверху - вниз», т.е. вначале на шинах более высокого уровня напряжения, затем более низкого. Такой подход обусловлен большей точностью и меньшей размерностью информации в сетях высокого напряжения. Если недостоверный поток является неполным, то после коррекции он восстанавливается по методике, приведенной во второй главе.

В работе приведен алгоритм достоверизации информационных потоков. Для его реализации предложен метод коррекции измеренных с помощью счетчиков значений электроэнергии в схемах сетей различной конфигурации.

Следующий этап - определение эквивалентных токов вводных присоединений центров питания и характерных узлов нагрузки в зависимости от полноты информационного потока и типа случайного процесса. Тип случайного процесса определяется по виду НКФ. Затем осуществляется эквивалентирование сети по структурным единицам и уровням напряжения.

Зная все составляющие модели схемы сети и эквивалентные токи вводных присоединений, определяются переменные потери активной энергии в сети. Математическая модель для их расчета по узлу на каждом уровне представлена в виде:

или (19)

где Т - анализируемый период времени; - математическая модель случайного процесса изменения токовой нагрузки ввода подстанции; - матрица коэффициентов распределения тока по отходящим присоединениям ПС; - матрица эквивалентных проводимостей отходящих присоединений; - эквивалентный ток ввода подстанции; Rэi - эквивалентное активное сопротивление каждого отходящего присоединения.

Такой подход позволяет определить не только суммарные потери, но и потери в конкретной ветви или элементе схемы, зная только токи вводных присоединений подстанций, что расширяет возможности определения ответственности за создаваемые потери со стороны каждого собственника.

Затем осуществляется расчет условно-постоянных потерь в каждом узле и технических потерь в сети равных сумме нагрузочных и условно-постоянных потерь, определенных на каждом уровне. При этом напряжение представляется случайным процессом, модель которого аналогична модели тока.

Разработан алгоритм определения потерь электроэнергии в сетях различной конфигурации, реализуемый следующим образом. Корректируются показания счетчиков активной и реактивной энергии до достоверных значений. Моделируются токовые нагрузки вводных присоединений ПС в сети 220 кВ, затем - 110 кВ, 35 и 6-10 кВ. Эквивалентируются сети первого уровня и определяются в них технические потери электроэнергии. Затем находятся технические потери электроэнергии сначала в сети второго, затем третьего уровня. Следующий шаг - определение метрологической составляющей потерь электроэнергии в сети третьего уровня, второго и первого уровней и определение коммерческой составляющей потерь электроэнергии:

(20)

где - суммарные потери электроэнергии; - точное значение суммарных технологических потерь в сети каждого уровня, полученное в результате коррекции с учетом потерь от низкого КЭ; - суммарные метрологические потери в сети.

Проводится структурный анализ технических и коммерческих потерь электроэнергии. Данный алгоритм реализуется на различных временных интервалах: ретроспектива, текущие значения, прогноз.

В работе приведен структурный анализ потерь электроэнергии в сетях Амурской энергосистемы.

Для доказательства корректности разработанных методов и подходов были проведены верификационные расчеты на примере Амурской энергосистемы. Сравнительный анализ показал сходимость результатов расчета с погрешностью, не превышающей 5%.

Алгоритм определения потерь электроэнергии в распределительной сети 0,4 ч 110 кВ, заключенной между границей раздела балансовой принадлежности и пунктами установки приборов учета электроэнергии.

В условиях эксплуатации часто встречаются ситуации, когда приборы учета электроэнергии установлены не на границе раздела балансовой принадлежности. В этом случае потери в части сети, заключенной между границей раздела балансовой принадлежности и пунктами установки приборов учета, не определяются с помощью сертифицированных программных комплексов для определения потерь электроэнергии. Был разработан алгоритм их дорасчета, в котором реализованы утвержденные в Минэнерго РФ методы средних нагрузок и оперативных расчетов в сочетании с методом расчетных суток, а также методы расчета технических потерь в сетях 0,4 кВ (по потерям напряжения, по обобщенной информации о схемах и нагрузках сети). Отличительной его особенностью является определение коэффициента формы графика нагрузки по моделям, предложенным во второй главе, что позволяет не только точно определять ретроспективу, но и прогнозировать потери.

Предложена методика почасового определения потерь электроэнергии в распределительной сети 0,4ч110 кВ при установке приборов

учета электроэнергии не на границе раздела балансовой принадлежности для двух вариантов: по суточному графику электрических нагрузок потребителя; по отпуску электроэнергии в сеть за расчетный период.

Алгоритм определения потерь электроэнергии в сети 0,4ч110кВ между пунктами учета электроэнергии и границей раздела балансовой принадлежности предназначен для сети произвольной конфигурации, с произвольным числом элементов, включающей несколько уровней номинального напряжения, и предусматривает расчет потерь для двух случаев:

а) расчетные счетчики установлены у абонента, а граница раздела балансовой принадлежности проходит по отходящим присоединениям ПС, принадлежащей энергоснабжающей организации (ЭСО).

б) расчетные счетчики установлены на подстанции ЭСО на головном участке питающей линии, а граница раздела балансовой принадлежности находится у абонента.

Особенность алгоритма заключается в том, что пользователь может сам формировать сеть, в которой нужно определить потери электроэнергии путем ввода, в качестве исходной информации, требуемого количества подстанций, участков линий разного уровня напряжения и конфигурации сети. В расчетном блоке логически формируется сеть, и определяются потери электроэнергии.

Алгоритм расчета потерь электроэнергии в сети между границей раздела балансовой принадлежности и пунктами учета электроэнергии включает расчетные блоки, приведенные на рис.17.

Рис.17 Расчетные блоки алгоритма

Алгоритм предусматривает формирование программой расчетных блоков в упорядоченную структуру в зависимости от способа задания исходной информации и назначения расчета, что позволяет реализовать все возможные в эксплуатации конфигурации сети, т.е. является универсальным.

В работе приведены алгоритмы для каждого расчетного блока. Для повышения точности расчетов коэффициенты формы определяются по моделям второй главы. Это связано с большой чувствительностью функции потерь электроэнергии к погрешности задания . В то же время коэффициент формы графика нагрузок может быть введен пользователем.

Алгоритм пригоден для коммерческих расчетов с потребителями и реализован в виде программы под научным руководством и при участии автора и внедрен в ОАО «ДРСК».

Потери в сети, обусловленные низким качеством электроэнергии

Вопросы качества электроэнергии рассматриваются в контексте с проблемой потерь электроэнергии. Одним из негативных проявлений искажения КЭ является недостоверный учет электроэнергии, приводящий к возникновению значительной метрологической составляющей потерь, другим - возникновение дополнительных технических потерь электроэнергии, обусловленных несинусоидальностью и несимметрией напряжений и токов.

Под структурным анализом потерь, обусловленных низким качеством электроэнергии, понимается детализация составляющих таких потерь, оценка достоверности их определения и значимости с экономической точки зрения. Для исключения неопределенности любого рода при расчете и анализе потерь электроэнергии от ее низкого качества целесообразно использовать такую структуру потерь, в которой они разделены на составляющие, исходя из физической природы информационных потоков, качества электроэнергии, самих потерь, условий функционирования. Поэлементная структура потерь от низкого ее качества полагает детализацию систем электроснабжения не только по типам и видам оборудования, но и по составляющим самого оборудования, обусловленным их конструктивными и функциональными особенностями. Структура потерь электроэнергии, вызванных низким КЭ, показана на рис. 18, а по конструктивному признаку для электрических машин - на рис. 19.

Детальный анализ потерь в конкретной схеме позволяет выбрать оптимальный инструментарий по их снижению, прогнозированию и получить наибольшую прибыль от управления КЭ в условиях эксплуатации.

Опираясь на выражения для расчета потерь мощности в элементах систем электроснабжения, обусловленных низким качеством электроэнергии, нашедшие широкое применение в эксплуатационной практике, и используя обобщенную модель тока, полученную во второй главе, можно определять поэлементные потери электроэнергии от искажения КЭ на различных временных интервалах. Преимуществом такого подхода является не только анализ текущих потерь или их определение в детерминированной постановке, но и возможность их ретроспективного анализа, либо прогнозирования с заданным интервалом упреждения.

Рис.18 Структура потерь электроэнергии в системах электроснабжения, вызванных низким качеством электроэнергии



Рис.19 Структура потерь в электрических машинах

В качестве примера приведены выражения для определения дополнительных потерь электроэнергии в линиях электропередачи и силовых трансформаторах при несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений. Для линий:

; (21)

где - модель тока n-ой гармоники в линии; - модель напряжения обратной последовательности.

Для силовых трансформаторов дополнительные нагрузочные потери описываются выражением:

,

а дополнительные потери холостого хода -

, (22)

где - модели тока, протекающего через трансформатор, и напряжения узла, к которому подключен трансформатор; , - модели коэффициентов n-ой гармонической составляющей тока и напряжения;

, - модели коэффициентов тока и напряжения обратной последовательности.

Предложена методика определения дополнительных потерь электроэнергии в электрических машинах при искажении КЭ, отличительной особенностью которой является возможность структурного анализа потерь в самой машине и высокая точность. Показано влияние искажений синусоидальности и симметрии токов и напряжений на каждый из видов потерь в электрических машинах. Такой подход расширяет область применения предложенной методики, т.к. позволяет определить изменение температурного режима электрических машин, вызванного искажениями КЭ, срока службы их изоляции и возможное снижение надежности работы.

В табл. 3 показан структурный анализ дополнительных потерь в электрических машинах в процентах от номинальных потерь при .

Таблица 3.

Структурный анализ дополнительных потерь при искажении КЭ в процентах от номинальных потерь

Марка двигателя
2АЗМ -5000 УХЛ	2.95	0.996	0.996	-	2.95	1,99
АТД4-500	2.945	0.768	0.768	-	2.945	1,53
СД2-85/47-8	1.68	0.688	0.688	0.414	1.68	1,79
СТМ-6000-2	2.43	0.736	0.736	0.44	2.43	1,91
СДН-15-39-10	2.07	0.532	0.532	0.32	2.07	1,38

В табл. 3 приняты следующие обозначения:

дополнительные основные электрические потери в обмотке статора -; дополнительные потери в ярме - и в зубцах магнитопровода статора- ; дополнительные поверхностные потери -.

С помощью подхода, показанного во второй главе, определяются потери электроэнергии от низкого КЭ в узлах электрических машин на различных временных интервалах, в отличие от традиционных методик.

Анализ показал, что искажение КЭ приводит к увеличению основных электрических потерь в статоре, магнитных потерь в роторе машины, а также росту поверхностных потерь (для синхронных машин). В количественном выражении они невелики для одной машины. Но для предприятий с большим парком таких машин их уровень уже значим.

Т.о., выделение технических потерь от низкого качества электроэнергии позволит снизить коммерческие потери.

В электрических сетях с большой долей специфичной нагрузки токи и напряжения высших гармоник, обратной и нулевой последовательностей создают дополнительные погрешности при измерении активной и реактивной энергии и приводят к увеличению метрологической составляющей потерь электроэнергии. Для ее определения разработаны модели измерительных комплексов, позволяющие выделять дополнительную погрешность при искажении КЭ в их элементах.

Проведенные на них исследования показали, что несинусоидальность и несимметрия токов и напряжений приводят к появлению дополнительной погрешности ТТ и ТН, обусловливающей недоучет электроэнергии. При этом на точность работы ТТ большее влияние оказывает несинусоидальность кривой тока, а на ТН наоборот - несимметрия напряжений. Наиболее существенное влияние оказывает КЭ на емкостные ТН. Показано, что мощность искажений, вносимых несинусоидальностью и несимметрией и учитываемых электронным счетчиком, приводит к дополнительным метрологическим потерям.

Анализ влияния, оказываемого искажениями КЭ на отдельный измерительный комплекс, показал следующее.

Характер графика тока присоединения оказывает значимое влияние на измерительный комплекс при искажении КЭ. Погрешности ТТ, вызванные искажением КЭ, меняются во времени. При этом в часы больших нагрузок ЭЭС погрешность, обусловленная конструктивными особенностями ТТ, положительна, в то время как дополнительная погрешность, вносимая низким КЭ, отрицательна. В зависимости от степени искажения КЭ возможно как снижение, так и увеличение метрологических потерь электроэнергии. Иная картина наблюдается в часы малых нагрузок ЭЭС. В этом случае погрешность ТТ, обусловленная конструктивными особенностями, отрицательна. На нее накладывается отрицательная погрешность, вызванная низким КЭ, что приводит к увеличению по абсолютной величине суммарной результирующей погрешности, знак которой всегда отрицательный. Т.о., возрастает недоучет электроэнергии, а, следовательно, и метрологические потери.

В зависимости от уровня искажения КЭ, метрологические потери могут уменьшаться при работе ТН с малой загрузкой вторичной цепи и возрастать в областях, близких к загрузке, соответствующей классу точности.

Количественный анализ значимости метрологических потерь от искажения КЭ показал следующее. Искажения КЭ на уровне допустимых ГОСТ 13109-97 значений и незначительно их превышающих, приводят к значимым дополнительным метрологическим потерям только в измерительных комплексах с емкостными ТН, т.к. именно в них наблюдаются большие отрицательные погрешности при искажении КЭ. Картина резко меняется при превышениях показателями КЭ допустимых ГОСТ 13109-97 значений. В этом случае метрологические потери, вызванные искажением качества электроэнергии, при любой системе учета велики и могут приводить к существенной потере прибыли при эксплуатации электрических сетей.

Приведена методика оценки экономической целесообразности для энергосистем выделения при учете электроэнергии из показаний электронных счетчиков мощности искажения, вносимой высшими гармониками. Целесообразность выделения такой мощности показана на примере одного из участков сети напряжением 220 кВ Амурской энергосистемы с большой долей тяговой нагрузки, где суммарный недоучет электроэнергии из-за низкого КЭ за квартал составил 2480 МВт·ч, а за год - 10170,36 МВт·ч. Это значение соизмеримо с техническими потерями электроэнергии. Стоимость недоучтенной электроэнергии в год составила 5919,15 тыс. рублей, или 197,3 тыс. дол. Следовательно, для энергосистем с большой долей нелинейной нагрузки для повышения достоверности учета электроэнергии необходимо определять суммарное количество недоучтенной или переучтенной счетчиками электроэнергии из-за ее низкого качества и выделять его из коммерческой составляющей потерь.

В пятой главе приведены комплексная программа и рекомендации по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем и предприятий, разработано управление уровнем потерь электроэнергии путем оптимальной компенсации реактивной мощности (КРМ).

Комплексная программа снижения потерь электроэнергии включает в себя следующие подпрограммы: повышение точности учета электропотребления и совершенствование энергосбытовой деятельности в сфере учета; снижение технических потерь электроэнергии; снижение коммерческих потерь электроэнергии. Пути их реализации подробно представлены в разработанных рекомендациях, которые являются обобщением большого количества работ, включая работы автора, посвященных проблеме снижения потерь электроэнергии.

Управление уровнем потерь электроэнергии в распределительных

сетях путем компенсации реактивной мощности

В настоящей работе компенсация реактивной мощности рассматривается как средство управления уровнем потерь электроэнергии, направленного на снижение эксплуатационных издержек и исключение сверхнормативных потерь электроэнергии в распределительных сетях. В то же время показано, что и к КРМ применим системный подход, следовательно, их методологические основы могут рассматриваться как одно целое. При решении задачи КРМ учтено влияние новых экономических отношений в условиях рынка.

Наиболее эффективным способом ее решения в сетевых компаниях является установка компенсирующих устройств (КУ) у потребителей. В работе показана технико-экономическая целесообразность компенсации реактивной мощности в сетях потребителей в рыночных условиях.

Для оценки влияния неполноты и недостоверности информационных потоков на суммарную величину потерь в сети был проведен ряд исследований, которые позволили сделать следующие выводы.

Чувствительность функции суммарных потерь в сети позволяет выявить слабые места, сенсоры и сильные узлы в схеме, что снижает трудоемкость решения задачи оптимальной КРМ. Сильные узлы - это узлы, в которых низкое качество информационных потоков не влияет на величину суммарных потерь в сети, даже при их ненаблюдаемости.

Любая степень недостоверности информационных потоков в сильных узлах не оказывает влияния на область оптимальной КРМ. В сильном узле КРМ не требуется. В слабых местах использование информационных потоков низкого качества приводит к значительному смещению мощности КУ из оптимальной области КРМ. В узлах, где есть сенсоры, необходимо обеспечить более точный учет электроэнергии и соблюдение балансов мощности.

Показано влияние качества информационных потоков на смещение результатов КРМ в неоптимальную область на примере участков сети Приморского края. При неполноте и недостоверности информационных потоков в слабом месте погрешность в определении оптимальной мощности КУ принимает значения от -33 % до 672 % в течение года, что говорит о недопустимом смещении мощности КУ в неоптимальную область.

При исследовании зависимости относительного изменения оптимальной мощности КУ от недостоверности и неполноты информационных потоков в сильном узле и слабом месте получен формальный признак, позволяющий определять слабые места сети, которые целесообразно использовать для управляющего воздействия на потоки реактивной мощности. Это смена направления относительно осей координат от неполноты и недостоверности информационного потока реактивной мощности (см. рис.20).

а) б)

Рис.20 Расчетная схема (а) и зависимость относительного изменения оптимальной мощности КУ на вводах ПС от неполноты и недостоверности потока реактивной мощности на участке 0-1 (б):

зависимость относительного изменения оптимальной мощности КУ на вводе ПС от неполноты и недостоверности потока реактивной мощности на участке 0-1: 1 - на вводе ПС «Эгершельд» 2 - на вводе 1 ПС «Зеленая»; 3 -на вводе 2 ПС «Зеленая».

Таким образом, проведенные исследования показали, что решение задач определения оптимальной мощности КУ традиционными методами возможно только для наблюдаемой части схемы.

Предложена многоуровневая иерархическая модель КРМ в сетях 6-110 кВ распределительных сетевых компаний, где каждая иерархия имеет несколько уровней решения, подробно рассмотренных в работе (см рис.21):

Рис.21 Многоуровневая иерархическая модель КРМ

Методика системного расчета компенсации реактивной мощности, разработанная на основе иерархической модели, предусматривает решение оптимизационной задачи для сетей 6-110 кВ одновременно «снизу-вверх», то есть, начиная с сети напряжением 6-10 кВ. Предлагаемая методика полагает оценку влияния каждого КУ на потоки реактивной мощности в сети, поэтому используется декомпозиция сети. Такой подход позволяет формировать системы уравнений с небольшим количеством переменных и определять вклад каждого КУ в рассматриваемый поток реактивной мощности. В качестве метода оптимизации места установки и мощности КУ принят метод условного экстремума, с помощью которого составляется система уравнений вида:

, (23)

где - столбцовая матрица мощностей КУ, Мвар;

- квадратная матрица активных сопротивлений, Ом;

- столбцовая матрица коэффициентов.

При ее решении определяются места установки и мощности КУ, максимально снижающие целевую функцию оптимизации. Определяется снижение потерь активной мощности в сети после установки КУ в i-м узле. Для подтверждения эффективности вложения инвестиций в КРМ в качестве интегрального параметра, выбран срок окупаемости, так как инвестирование мероприятий по КРМ производится единовременно. Затем осуществляется их ранжирование по срокам закупки и монтажа.

Для реализации этой методики разработан алгоритм оптимальной КРМ для распределительных сетевых компаний в условиях неопределённости, который представлен в виде укрупнённой блок-схемы на рисунке 22.

Поясняя предложенную блок-схему, необходимо отметить следующее. Расчет начинается с сети 6-10 кВ. Для информационных потоков низкого качества вначале проводится достоверизация и восстановление по моделям и методам, изложенным выше, и определение эквивалентных значений активной и реактивной мощностей. Таким образом, исходная информация любого качества приводится к привычному виду для расчёта установившихся режимов и дальнейшей КРМ. Реализация алгоритма осуществляется с помощью СКМ MathСad или MATLAB и любых программ для расчёта установившихся режимов (например, SDO-6 или RastrWin).

Составляется система уравнений для определения мощности КУ, в которой количество уравнений соответствует числу узлов с возможной установкой КУ. Для ее решения формируются расчётные матрицы по топологии сети и направлению потоков реактивной мощности по следующему принципу: главная диагональ матрицы [Y] состоит из активных сопротивлений от источника реактивной мощности до питающего узла (по реактивной мощности), остальные элементы матрицы равны параметрам элементов, на которые влияют смежные КУ; элементы матрицы [Х] состоят из суммы расчетного коэффициента А для рассматриваемого КУ, введенного в работе, и суммы произведений потока реактивной мощности по элементу, на величину которого влияет рассматриваемое КУ, на его активное сопротивление.

Столбцовая матрица расчётных величин КУ равна .

После определения мест установки и мощности КУ рассчитывается снижение потерь в сети и определяется срок окупаемости КУ.

Осуществляется переход к сети более высокого класса номинального напряжения, и алгоритм повторяется вначале в сети 35 кВ, затем 110 кВ. При этом учитываются КУ, принятые к установке в сети более низкого класса напряжения. Проверяются коэффициенты реактивной мощности в ветвях схемы 110 кВ, и оценивается целесообразность установки статических источников реактивной мощности напряжением 35-110 кВ. Рассчитывается режим после КРМ. Анализируются уровни напряжения в узлах, и решается вопрос об их оптимизации в случае необходимости с помощью устройств РПН силовых трансформаторов, или путем оптимизации напряжений источников питания. Возможно применение местных средств регулирования напряжения.

Т.о. оптимизация реактивной мощности начинается с сети 6-10 кВ и заканчивается сетью 110 кВ.

С помощью описанных методики и алгоритма с целью оптимального снижения потерь электроэнергии в сети был осуществлен расчет КРМ для Приморских южных электрических сетей ОАО «ДРСК». Расчётный суммарный срок окупаемости при единовременном внедрении составил 2 года, при этом общесистемный эффект только за счет снижения потерь в сети оценивается в 50 млн. руб. в год.

Рис.22 Блок - схема алгоритма оптимальной КРМ

В работе показан подход к определению эффективности и ранжирования мероприятий и их совокупностей в условиях неопределенности по управлению уровнем потерь электроэнергии на основе системного анализа.

В заключении приведены основные результаты и выводы.

1. В связи с развитием рыночных отношений значимость проблемы потерь электроэнергии существенно возросла, в то же время методическая основа их определения строится на полной и достоверной информации и не позволяет эффективно управлять уровнем потерь электроэнергии в условиях неопределенности. Выделен класс сетей, для которых существенны случайность и неопределенность - это распределительные сети.

2. Предложена классификация информационных потоков, используемых при определении потерь электроэнергии, исходя из свойств информации. Введен критерий их качества, полученный на основе энтропийного подхода и теории нечетких множеств. Показано, что модель для описания информационного потока необходимо выбирать адекватно его качеству.

3. На основе понятия неопределенности и структурного анализа потерь электроэнергии с учетом основных положений системного подхода разработана концепция определения потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем, отличающаяся универсальностью, учетом физических особенностей транспортировки электроэнергии, организации учета электроэнергии в сетях и позволяющая получить комплексную оценку потерь электроэнергии в распределительных сетях всех уровней напряжения.

4. Получена обобщенная модель тока вводных присоединений подстанций, основанная на представлении информационных потоков случайными процессами и учитывающая закономерности изменения тока во времени. Разработан алгоритм работы с этой моделью, основанный на сочетании теорий случайных процессов и нечетких множеств, вейвлет-анализа. Разработаны инженерные реализации обобщенной модели тока для всех типов информационных потоков, которые позволяют в условиях эксплуатации более точно определять потери электроэнергии.

5. Разработаны методы и алгоритмы эквивалентирования электрических сетей, целью которых является сведение сети к подстанции, являющейся центром питания для нее. Такой подход позволяет исключать неопределенные информационные потоки, обеспечивая требуемую точность, и сокращать размерность решаемой задачи. Выявлены закономерности изменения коэффициентов загрузки трансформаторов и получено общее выражение, учитывающее рост сопротивлений элементов сети от низкого КЭ,

6. Разработан метод определения потерь электроэнергии в распределительных сетях на различных пространственно-временных иерархиях при неполноте и недостоверности исходной информации и в условиях низкого качества электроэнергии. Этот метод отличается высокой точностью и позволяет резко сократить требуемый объем информации для расчета потерь. Его применение дает возможность использовать в качестве исходной информации параметры режима по вводным присоединениям центров питания. Внедрение метода позволит выявить «очаги» высоких потерь, сократить коммерческую составляющую потерь электроэнергии, связанную с методической погрешностью расчета потерь, с неучетом потерь от низкого качества электроэнергии, в том числе и метрологических, которые сейчас вообще в сетях не определяются, а их величина в результате переходит из структуры технических потерь в коммерческие.

7. Разработаны методика и алгоритм расчета потерь электроэнергии в сетях напряжением 110-0,4 кВ, заключенных между точками поставки электроэнергии на розничном рынке и точками ее учета при их несовпадении, позволяющие определять потери на различных временных интервалах, в том числе и почасовые потери.

8. Предложены комплексная программа и рекомендации по повышению точности учета электроэнергии, снижению всех составляющих технических и коммерческих потерь, оценка эффективности мероприятий по их снижению. Выделены малозатратные мероприятия, внедрение которых позволит получить финансовую прибыль, связанную со снижением коммерческих потерь и недоучетом полезно отпущенной электроэнергии, выявлением и устранением «очагов» сверхнормативных технических потерь.

9. Рассматривая компенсацию реактивной мощности как эффективное средство управления уровнем потерь электроэнергии в распределительных сетях, показано, что КРМ - ярко выраженная системная проблема, которая в контексте с потерями электроэнергии решается на едином методологическом подходе. Разработан метод оптимальной КРМ в условиях неопределенности.

10. Системный анализ проблемы КРМ позволил выявить следующие закономерности, характерные для распределительных сетей:

на основе чувствительности функции суммарных потерь определено, что для получения большего эффекта от КРМ, как средства снижения потерь, целесообразно устанавливать КУ в слабых местах, что расширяет возможности сенсорного анализа, а в сильном узле КРМ не требуется;

в слабых местах недостоверный и неполный информационный поток смещает результаты решении задачи КРМ в неоптимальную область;

существует формальный признак выбора узла в сети, в котором управляющее воздействие на потоки реактивной мощности обеспечит максимальное снижение потерь электроэнергии в сети при неизменности затрат на КРМ - это смена направления относительно осей координат относительного изменения оптимальной мощности КУ от недостоверности и неполноты информационных потоков, которая происходит только в слабых узлах.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии и учебные пособия

Савина, Н. В. Потери электрической энергии и их анализ в условиях неопределенности [Текст] : моногр. / Н. В. Савина. - Благовещенск: Изд-во Амур. гос. ун-та, 2006. - 244 с.

Савина, Н. В. Системный анализ потерь электроэнергии в электрических распределительных сетях [Текст]: моногр. / Н. В. Савина ; отв. ред. Н. И. Воропай. - Новосибирск : Наука, 2008. - 228с. - 500 экз. - ISBN 978-5-02-023222-8.

Савина, Н. В. Качество электрической энергии в системах электроснабжения [Текст] : [учебное пособие] / Н. В. Савина. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2007. - 168 с.

Савина, Н. В. Применение теории вероятностей и методов оптимизации в системах электроснабжения [Текст] : [учебное пособие] / Н. В. Савина. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2007. - 271 с. (с грифом ДВ РУМЦ).

В изданиях, рекомендованных ВАК:

Савина, Н. В. Физическое моделирование экранированных шинопроводов промышленной частоты [Текст] / Н. В. Савина, И. В. Жежеленко // Известия вузов. Энергетика. - 1982. - №4. - С. 87-90.

Савина, Н. В. Расчет потерь мощности в экранах токопроводов [Текст] / Н. В. Савина, И. В. Жежеленко, В. П. Долгополов // Бумажная промышленность. - 1982. - №11. - С. 10-11.

Савина, Н. В. Методика определения потерь электроэнергии в промышленных электросетях [Текст] / Н. В. Савина, И. В. Жежеленко // Известия вузов. Энергетика. - 1990. - №1. - С. 23-29.

Савина, Н. В. Статистические исследования токовых нагрузок глиноземных комбинатов [Текст] / Н. В. Савина, И. В. Жежеленко // Известия вузов. Энергетика. - 1990. - №3. - С. 31-35.

Савина, Н. В. Оценка сопротивления токопроводов энергоемких предприятий при несинусоидальности и несимметрии в сети [Текст] / Н. В. Савина // Известия Академии наук. Энергетика. - 2008. - №4. - С. 63-68.

Савина, Н. В. Результирующая погрешность измерительного комплекса электроэнергии при ухудшении ее качества [Текст] / Н. В. Савина, М. А. Сухомесов // Электрические станции. - 2008. - № 6. - С. 48-54.

Савина, Н. В. Моделирование измерительных трансформаторов тока и напряжения при низком качестве электроэнергии [Текст] / Н. В. Савина, М. А. Сухомесов // Электричество. - 2008. - № 11. - С. 6-11.

В других изданиях

Savina, N. V. Non-sinusoidal states in autonomous industry networks [Текст] / N. V. Savina, I. V. Zhezhelenko, V. Е. Krivonosov, V. V. Dolgopolov // Quality of Electrical Energy : proceedings of the International Scientific Conference, 25-27 september 1991. - Spala, Poland, 1991. - P. 175-182.

Savina, N. V. Modelling of electromagnetic disturbance, occurring at short circuits, estimation of their influence on radio-electronic devised [Текст] / N. V. Savina // Short-circuit currents in power systems : proceedings of the 9th International Symposium, 11-13 october 2000. - Cracow, Poland, 2000. - P. 327-332.

Savina, N. V. Modeling of parameters of the electric power quality characterizing non-sinusoidal and asymmetry of voltage [Текст] / N. V. Savina // Electrical Power Quality and Utilization : proceedings of the 6th International Conference EPQU, 19-21 september 2001. - Cracow, Poland, 2001. - P. 173-178.

Savina, N. V. Еvaluation of influence of low of the electric power quality on the account of electric power consumption in networks with the tractive load [Текст] / N. V. Savina, Y. V. Myasoedov // Electrical Power Quality and Utilization : proceedings of the 6th International Conference EPQU, 19-21 september 2001. - Cracow, Poland, 2001. - P. 451-458.

Savina, N. V. Particularities of calculation short circuits in systems of electrical supply with nonlinear loads [Текст] / N. V. Savina, Y. V. Myasoedov // Short-circuit currents in power systems : proceedings of the 10th International Symposium. - Lodz, Poland, 2002. - P. 123-128.

Савина, Н. В. Определение доли вкладов высших гармоник в точку общего присоединения от нескольких источников искажения [Текст] / Н. В. Савина, Ю. В. Мясоедов // Problemy elektroenergetyki : III Miedzynarodowe seminarium. - Lodz, 2002. - P.123-128.

Савина, Н. В. Эквивалентирование активных и реактивных сопротивлений при несинусоидальных и несимметричных режимах [Текст] / Н. В. Савина, Ю. В. Мясоедов // Problemy elektroenergetyki : III Miedzynarodowe seminarium. - Lodz, 2002. - P. 129-135.

Savina, N. V. Estimation of the influence of low electric power quality on buses resistance of the industrial current lines [Текст] / N. V. Savina, Y. V. Myasoedov // Electrical Power Quality and Utilization : proceedings of the 6th International Conference EPQU. - Cracow, Poland, 2003. - P. 233-237.

Savina, N.V. Modeling of the current loads of portioned sources of distortion of the electric power quality in power system [Текст] / N. V. Savina, Y. V. Myasoedov // Electrical Power Quality and Utilization : proceedings of the 8th International Conference EPQU, 21-23 september 2005. - Cracow, Poland. - Р. 213-220.

Savina, N.V. The estimation of hydroelectric power station functioning efficiency at the poor power quality [Электронный ресурс] / N. V. Savina, M. A. Suhomesov // ieeexplore.ieee.org : digital library. - Lodz, 2009. - URL : http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?reload=true&arnumber=5318827. - 06.11.2009.

Savina, N. V. Optimal compensation of reactive power in distribution nets as means of voltage regulation [Электронный ресурс] / N. V. Savina, Y. V. Krivohizha, Y. V. Myasoedov // ieeexplore.ieee.org : digital library. - Lodz, 2009. - URL : http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?reload=true&arnumber =5318828. - 06.11.2009.

Savina, N.V. The integrated assessment of power loses in power supply systems caused by poor power quality [Электронный ресурс] / N. V. Savina // ieeexplore.ieee.org : digital library. - Lodz, 2009. - URL : http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?reload=true&arnumber=5318830. - 06.11.2009.

Савина, Н. В. Повышение эффективности и качества электроснабжения промышленных предприятий [Текст] / Н. В. Савина, Ю. Л. Саенко, И. В. Жежеленко. - Киев: Знание, 1990. - 24 с. - (брошюра).

Савина, Н. В. Потери в синхронных двигателях на генерацию реактивной мощности при изменении напряжения в сети и тока возбуждения [Текст] / Н. В. Савина, Ю. В. Мясоедов, Л. А. Чубарь // Повышение эффективности и качества электроснабжения : тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф. - Киев, 1990. - С. 149-151.

Савина, Н. В. Оценка эффективности использования синхронных машин в качестве источников реактивной мощности [Текст] / Н. В. Савина, Ю. В. Мясоедов // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 1997. - №1. - С. 23-25.

Савина, Н. В. Концепция определения потерь электроэнергии в распределительных сетях энергосистемы в условиях неопределенности [Текст] / Н. В. Савина // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов : сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 1998. - С. 61-65.

Савина, Н. В. Влияние тяговых потребителей на достоверность режимной информации и электрических нагрузок в распределительных сетях энергосистем [Текст] / Н. В. Савина // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов : сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 1998. - С. 74-78.

Савина, Н. В. Современные аспекты проблемы определения потерь электроэнергии в распределительных сетях энергосистем [Текст] / Н. В. Савина // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: сб. трудов II Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Благовещенск: Изд-во Амур. гос. ун-та, 2000. - С. 44-51.

Савина, Н. В. Эквивалентирование распределительных сетей энергосистем для расчета потерь электроэнергии при неполноте исходной информации [Текст] / Н. В. Савина // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов : сб. трудов II Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2000. - С. 260-265.

Савина, Н. В. Исследование погрешности учета электроэнергии при ее низком качестве [Текст] / Н. В. Савина, Ю. В. Мясоедов // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2001. - №13. - С. 45-48.

Савина, Н. В. Метод определения закономерностей изменения показателей качества электрической энергии при несинусоидальности и несимметрии напряжения [Текст] / Н. В. Савина // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2001. - № 13. - С. 49-51.

Савина, Н. В. Влияние качества информации на эффективность управления режимами [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2002. - Вып. 19. - С. 46-48.

Савина, Н. В. Основы моделирования случайных процессов для современных задач АСДУ [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Радиоэлектроника, информатика, электротехника: материалы научной конференции «Вологдинские чтения». - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003. - Т. II. - С.11-15.

Савина, Н. В. Совершенствование системы учета электроэнергии с помощью программного метода [Текст] / Н. В. Савина, Ю. В. Мясоедов // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов : сб. трудов III Всероссийской научно-технической конференции. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2003. - С. 5-11.

Савина, Н. В. Выбор критерия качества отображения информации при управлении режимами [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов : сб. трудов III Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2003. - С. 127-132.

Савина, Н. В. Представление токовых нагрузок систем электроснабжения нестационарными случайными процессами [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2003. - Вып. 23. - С. 39-41.

Савина, Н. В. Математическая модель текущего прогнозирования электрической нагрузки при неполной исходной информации [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2004. - Вып. 27. - С. 37-39.

Савина, Н. В. Особенности моделирования режимных параметров энергосистем при низком качестве информационных потоков [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: сб. трудов IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2005. - С. 43-48.

Савина, Н. В. Вероятностный анализ показателей качества электроэнергии в электрических сетях 220 кВ энергосистем с тяговой нагрузкой [Текст] / Н. В. Савина, А. А. Воловиков // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов : сб. трудов IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2005. - С. 245-250.

Савина, Н. В. Основные направления снижения потерь электроэнергии в распределительных сетях энергосистем [Текст] / Н. В. Савина, Ю. В. Мясоедов // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов : сб. трудов IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2005. - С. 261-266.

Савина, Н. В. Оценка целесообразности учета мощности искажения качества электроэнергии при достоверизации показаний электронных счетчиков [Текст] / Н. В. Савина, Ю. В. Мясоедов // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: сб. трудов IV Всероссийской научно-технической конференции. - Благовещенск: Изд-во Амур. гос. ун-та, 2005. - С. 267-272.

Савина, Н. В. Разработка принципов математического обеспечения информационных потоков в АСДУ в условиях рынка [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Информационные и математические технологии в научных исследованиях : сб. трудов Х Байкальской конференции. - Иркутск : ИСЭМ СО РАН, 2005. - Ч. II. - С. 237-243.

Савина, Н. В. Возможности вейвлет-анализа при диспетчерском и технологическом управлении энергообъектами [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина, Ю. В. Мясоедов // Энергетика России в ХХI веке: развитие, функционирование, управление : сб. трудов Всероссийской конференции. - Иркутск, 2005. - С. 635-642.

Савина, Н. В. Системный анализ потерь электроэнергии в распределительных сетях энергосистем [Текст] / Н. В. Савина // Энергетика России в XXI веке: развитие, функционирование, управление : сб. трудов Всероссийской конференции, 12-15 сентября 2005 г. - Иркутск, 2005. - С. 704-712.

Савина, Н. В. Математическое представление информационных потоков при управлении ЭЭC в условиях неопределенности [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Информационные и математические технологии в научных исследованиях : сб. трудов ХI междунар. конференции. - Иркутск : ИСЭМ СО РАН, 2006. - Ч. I. - С. 27-35.

Савина, Н. В. Методика сравнительной эффективности способов экономии электроэнергии в городских электрических сетях [Текст] / Н. В. Савина, А. Г. Ротачева // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2006. - Вып. 33. - С. 66-70.

Савина, Н. В. Вероятностно-статистические исследования электрических нагрузок городских распределительных сетей [Текст] / Н. В. Савина, В. А. Оверчук, А. Г. Ротачева // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск: Изд-во Амур. гос. ун-та, 2007. - Вып. 37. - С. 50-58.

Савина, Н. В. Методы восстановления информационных потоков при воздействии электромагнитных помех на средства телеизмерений [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2007. - Вып. 37. - C. 59-61.

Савина, Н. В. Влияние качества электроэнергии на потери активной мощности в синхронных машинах [Текст] / Н. В. Савина, М. А. Сухомесов // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск: Изд-во Амур. гос. ун-та, 2007. - Вып. 39. - С. 33-35.

Савина, Н. В. Оценка полноты и достоверности исходной информации, используемой при управлении режимами реактивной мощности [Текст] / Н. В. Савина, Я. В. Кривохижа // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2007. - Вып. 39. - С. 46-50.

Савина, Н. В. Структурный анализ городских электрических сетей в задачах определения потерь электроэнергии [Текст] / Н. В. Савина, А. Г. Ротачева // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2007. - Вып. 39. - С. 52-56.

Савина, Н. В. Моделирование токовых нагрузок при функционировании оптовых и розничных рынков электроэнергии и мощности [Текст] / Н. В. Савина, Л. А. Гурина // Информационные и математические технологии в науке и управлении : сб. трудов XII Байкальской Всероссийской конференции - Иркутск : ИСЭМ СО РАН, 2007. - Ч. I. - С. 139-147.

Оценка чувствительности целевой функции компенсации реактивной мощности к достоверности и полноте исходной информации [Текст] / Н. В. Савина, А. А. Казакул, Я. В. Кривохижа, А. С. Сергеев // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск: Изд-во Амур. гос. ун-та, 2008. - Вып. 41. - С. 58-64.

Савина, Н. В. Применение сенсорного анализа в задачах компенсации реактивной мощности [Текст] / Н. В. Савина, А. С. Минжулин, С. С. Шеленок // Вестник Амурского государственного университета. - Благовещенск : Изд-во Амур. гос. ун-та, 2008. - Вып. 43. - С.32-36.

...