- по суточному графику нагрузок;

- по коэффициенту мощности;

Автоматическое регулирование производимой мощности конденсаторной установки по уровню напряжения осуществляется в том случае, когда помимо повышения коэффициента мощности, необходимо увеличить уровень напряжения. На рис. 4.1.2.2 приведена схема автоматического регулирования мощности конденсаторной установки по напряжению.



Рисунок 4.1.2.2 - Принципиальная схема автоматического регулирования конденсаторной установки по напряжению: а - схема подключения конденсаторной батареи, б - цепи защиты, управления и автоматического регулирования

Автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки по току нагрузки применяется при резко изменяющейся нагрузки в течение суток. На рис.4.1.2.3 представлена схема автоматического регулирования мощности конденсаторной установки по току нагрузки.



Рисунок 4.1.2.3 - Принципиальная схема автоматического регулирования конденсаторной установки по току нагрузки: а - схема подключения конденсаторной батареи, б - цепи защиты, управления и автоматического регулирования

Автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки по направлению реактивной мощности (рис. 4.1.2.4) основывается на отслеживании перетоков реактивной мощности от потребителя к системе: при отсутствии перетоков реактивной мощности конденсаторная установка включена, в противном случае - отключена. Данный способ регулирования не получил широкого применения и применяется в основном в тупиковых участках сети.

Автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки по суточному графику нагрузок возможно только по хорошо известному и относительно постоянному суточному потреблению реактивной мощности. В основу принципа регулирования лежит включение или отключение ступеней установки в определённые часы работы при необходимости создания реактивной мощности. Данный способ регулирования получил широкое распространение на промышленных предприятиях с постоянным (неизменным) производственным циклом потребления реактивной мощности.

Рисунок 4.1.2.4 - Принципиальная схема автоматического регулирования конденсаторной установки по направлению реактивной мощности: а - схема подключения конденсаторной батареи, б - цепи защиты, управления и автоматического регулирования

Автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки по коэффициенту мощности осуществляется с помощью регулятора реактивной мощности. Данный метод основывается на снятии действующих значений и в случае отклонения их от необходимой величины происходить автоматическое включение ступени конденсаторной установки, приводящее к увеличению коэффициента мощности.

Наиболее эффективным способом регулирования производства реактивной мощности является использование метода дистанционного управления. Данный способ стал возможен благодаря развитию телемеханических систем. Он обладает наибольшей экономичностью за счёт того, что включение и отключение ступеней конденсаторной установки производится диспетчером, основываясь на действующих значения потребления реактивной мощности.

4.2 Тиристорные компенсаторы на основе конденсаторных батарей

В выше рассмотренных конденсаторных установках включение и отключение ступеней конденсаторных батарей осуществляется с помощью автоматических выключателей или контакторов. В связи с этим практически невозможно их применение в быстродействующем регулировании реактивной мощности за счёт бросков токов и перенапряжений в моменты коммутаций. Применение тиристорных ключей позволяет снизить броски тока при включении батареи и перенапряжение при её отключении за счёт коммутации в определённый момент времени, так же позволяет увеличить количество циклов включения-отключения (конденсаторные установки с применением выключателей или контакторов не рекомендуется включать-отключать более 2-4 раз в сутки).



Рисунок 4.2.1 - Тиристорный выключатель (однофазный) для коммутации конденсаторных батарей: а - принципиальная схема; б - график тока и напряжения при установившемся режиме.

Тиристорные ключи представляют собой два тиристора, включенных встречно-параллельно (рис.4.2.1, а). Для ограничения бросков тока тиристор необходимо включать в тот момент, когда значения напряжения сети и напряжения на конденсаторной установки равны или близки. Для ограничения перенапряжений тиристоры необходимо закрывать при переходе тока в нём через нулевое значение. Действуя по данному принципу, можно практически исключить броски тока и перенапряжения (рис. 4.2.1, б).



Рисунок 4.2.2 - Принципиальная схема трёхступенчатого статического тиристорного компенсатора

При ступенчатом регулировании генерируемой реактивной мощности каждая из секций конденсаторных батарей обладает своим собственным тиристорным ключём (рис. 4.2.2). В данном случае включение и отключений ступеней конденсаторных батарей может осуществляться через каждые 0,02 с (в конденсаторных установках на выключателях (контакторах) коммутации можно осуществлять с выдержкой времени в 2-3 минуты).

4.3 Маркировка, технические характеристики и стоимость конденсаторных установок

Производимые конденсаторные установки на напряжение имеют следующую структуру условного обозначения:



Тип компенсирующей установки:

- УКРМ - установка компенсации реактивной мощности;

- КРМ - компенсатор реактивной мощности;

- УКМ - устройство компенсации мощности;

- АУКРМ - автоматическая установка компенсации реактивной мощности;

- УКЛ(П) - установка конденсаторная, ячейка ввода слева (справа) (маркировка для напряжений свыше 1000 В);

Номинальное напряжение:

- 0,4 кВ;

- 6,3 кВ;

- 10,5 кВ.

Номинальная мощность:

- для уровня напряжения 0,4 кВ: 2,5 - 1000 кВАр;

- для уровня напряжения 10,5 (6,3) кВ: 50-20250 кВАр.

Минимальный шаг (ступень) регулирования:

- для уровня напряжения 0,4 кВ: 2,5 - 100 кВАр;

- для уровня напряжения 10,5 (6,3) кВ: 50-900 кВАр.

Тип климатического исполнения и категория размещения:

- УХЛ 3 изготавливается в шкафах для размещения в отапливаемых помещений;

- У 3 изготавливается в шкафах для размещения в неотапливаемых помещений;

- У 4 изготавливается в шкафах для размещения на открытом воздухе и в неотапливаемых помещений;

- УХЛ 1 изготавливается в утеплённых блоках для размещения на открытом воздухе и в условиях низких температур.

В таблице 4.3.1 приведены основные технические характеристики и цены для компенсирующих устройств по уровню напряжения 0,4кВ.

Таблица 4.3.1 Сведения о компенсирующих установка и их ценах для уровня напряжения 0,4 кВ

Модель	Краткие технические характеристики	Цена, руб.
	Q, кВАр	Q, мин. Ступени	Тип ключей	Диапазон входных напряжений, В	Масса, кг
нерегулируемые
КРМ-0,4-2,5 У 3	2,5	2,5	контакторы	323-418	20	9 400
КРМ-0,4-7,5 У 3	7,5	7,5			20	10 400
КРМ-0,4-12,5 У 3	12,5	12,5			25	11 300
КРМ-0,4-15 У 3	15	15			30	12 200
КРМ-0,4-20 У 3	20	20			30	16 800
КРМ-0,4-25 У 3	25	23			30	16 800
КРМ-0,4-30 У 3	30	30			30	17 400
КРМ-0,4-50 У 3	50	50			35	22 600
КРМ-0,4-60 У 3	60	60			40	26 990
КРМ-0,4-75 У 3	75	75			40	29 700
КРМ-0,4-100 У 3	100	100			45	36 000
КРМ-0,4-125 У 3	125	125			45	38 700
КРМ-0,4-150 У 3	150	150			50	42 300
КРМ-0,4-200 У 3	200	200			55	53 100



Продолжение таблицы 4.3.1:

Модель	Q, кВАр	Q, мин. Ступени	Тип ключей	Диапазон входных напряжений, В	Цена, руб.
регулируемые
КРМ-0,4-20-5 У 3	20	5			25 700
КРМ-0,4-25-5-5 У 3	25	5			26 100
КРМ-0,4-30-7,5 У 3	30	7,5			27 000
КРМ-0,4-35-7-5 У 3	35	7			30 700
КРМ-0,4-40-10 У 3	40	10			30 700
КРМ-0,4-50-12,5 У 3	50	12,5			31 000
КРМ-0,4-60-4-15 У 3	60	15			38 000
КРМ-0,4-75-15 У 3	75	15			39 000
КРМ-0,4-80-20 У 3	80	20			42 400
КРМ-0,4-100-25 У 3	100	25			45 400
КРМ-0,4-105-7,5 У 3	105	7,5			48 400
КРМ-0.4-125-25 У 3	125	25			55 400
КРМ-0,4-150-25 У 3	150	25			62 800
КРМ-0,4-175-25 У 3	175	25			77 100
КРМ-0,4-200-50 У 3	200	50			83 300
КРМ-0,4-225-25 У 3	225	25			91 700
КРМ-0,4-250-50 У 3	250	50			100 800
КРМ-0,4-275-25 У 3	275	25			107 400
КРМ-0,4-300-50 У 3	300	50			117 700
КРМ-0,4-325-25 У 3	325	25			126 200
КРМ-0,4-350-50 У 3	350	50			134 900
КРМ-0,4-375-25 У 3	375	25			141 400
КРМ-0,4-400-50 У 3	400	50			148 700
КРМ-0,4-425-25 У 3	425	25			159 200
КРМ-0,4-450-50 У 3	450	50			166 300
КРМ-0,4-475-25 У 3	475	25			173 800
КРМ-0,4-500-50 У 3	500	50			182 700
КРМ-0,4-550-50 У 3	550	50			200 700
КРМ-0,4-600-50 У 3	600	50			217 000
КРМ-0,4-650-50 У 3	650	50			230 700
КРМ-0,4-700-100 У 3	700	100			245 600
КРМ-0,4-750-50 У 3	750	50			264 500
КРМ-0,4-800-100 У 3	800	100			286 000
КРМ-0,4-850-50 У 3	850	50			296 300
КРМ-0,4-900-100 У 3	900	100			308 000

Цены для компенсирующих устройств модельных рядов с условным обозначением УКРМ, УКМ и АУКРМ аналогичны данным, приведённым в таблице 4.3.1.

В табл. 4.3.2 и 4.3.3 приведены ценовые показатели компенсирующих установок по уровня напряжения 10,5кВ.

Таблица 4.3.2 Стоимости компенсирующих установок по уровню напряжения 10,5кВ

Модель	Номинальная мощность, кВАр	Цена, руб.
нерегулируемые
УКРМ-10,5-150	150	191 600
УКРМ-10,5-300	300	190 800
УКРМ-10,5-400 (отеч. компл.)	400	199 700
УКРМ-10,5-400 (импор. компл.)	400	211 400
УКРМ-10,5-450	450	224 100
УКРМ-10,5-600	600	247 000
УКРМ-10,5-750	750	294 300
УКРМ-10,5-900 (отеч. компл.)	900	300 200
УКРМ-10,5-900 (импор. компл.)	900	287 400
УКРМ-10,5-1050	1 050	409 900
УКРМ-10,5-1200	1 200	428 400
УКРМ-10,5-1350	1 350	435 900
УКРМ-10,5-1500	1 500	495 100
УКРМ-10,5-1800	1 800	505 500

Таблица 4.3.3 Стоимости компенсирующих установок по уровню напряжения 10,5кВ

Модель	Номинальная мощность, кВАр	Минимальный шаг регулирования, кВАр	Цена, руб.
регулируемые
УКРМ-10,5-300-150	300	150	580 600
УКРМ-10,5-450-150	450	150	637 200
УКРМ-10,5-900-300	900	300	878 000
УКРМ-10,5-1350-450	1 350	450	1 132 800
УКРМ-10,5-1800-450	1 800	450	1 373 600
УКРМ-10,5-2250-450	2 250	450	1 642 600
УКРМ-10,5-2700-450	2 700	450	1 883 300
УКРМ-10,5-3150-450	3 150	450	2 053 200

Из приведённого в данной главе материала можно сделать вывод, что для компенсации реактивной мощности целесообразней использовать компенсирующие устройства на базе конденсаторных батарей на тиристорных выключателях с возможностью автоматического регулирования производимой реактивной мощности. Основным фактором, обуславливающим данное требование, являетсярезко изменяющимся суточным графиком нагрузки коммунально-бытовых потребителей. В случае применения КУ с фиксированной генерируемой мощностью возникает возможность перекомпенсации, что приведёт к перетокам реактивной мощности и, как следствие, к увеличению потерь активной мощности от протекания реактивной и уменьшению пропускной способности сети. Применение тиристорных выключателей в компенсирующих установках совместно с автоматическим регулирование производимой реактивной мощности позволяется быстро реагировать на резко изменяющийся уровень потребления реактивной мощности, исключая человеческий фактор.



5. Оптимизация применения компенсирующих установок в городских сетях

5.1 Постановка задачи

Причины компенсации реактивной мощности рассматривались ранее в п. 3.1 настоящей работы, основными из которых являются:

- возникновение дополнительных потерь активной мощности при протекании по сети реактивной;

- возникновение потерь реактивной мощности при протекании по сети реактивной;

- возникновение потерь напряжения.

Следствием увеличения потери мощности является уменьшение пропускной способности сети, в результате возникает необходимость применения в проектируемыхэлектрических сетяхэлементов (кабельные и воздушные линии, трансформаторы и т.п.) с бомльшей пропускной способностью или "усиления" существующей сети путём замены трансформаторов, оборудования распределительных устройств и т.п. Данные мероприятия сопровождаются значительными капитальными затратами.

Применение компенсирующих устройств позволяет уменьшить потери мощности и, следовательно, увеличить пропускную способность сети. Но установка компенсаторов реактивной мощности так же сопровождается капитальными затратами. В результате задача по компенсации реактивной мощности сводится к уменьшению потерь активной мощности с учётом минимальным капитальных затрат по установки компенсирующих устройств.

Далее в настоящей работе будут рассмотрены методы по определению мощности и мест установки устройств поперечной компенсации реактивной мощности с учётом минимизации денежных вложений и сроках окупаемости.



5.2 Численные методы

5.2.1 Градиентный метод с постоянным шагом

В основе данного метода лежит понятие о градиенте функции. Градиентом функции называется вектор, показывающий направление и величину максимальной скорости изменения функции в точке:

, (84)

где - единичные вектора (орты),

- частные производные функции по всем переменным.

Величина (модуль) вектора определяется как

. (85)

Сущность градиентного метода заключается в отыскании экстремума функции, т.е. точки, в которой , что говорит о том, что в этой точке функция не изменяется (не возрастает и не убывает).



Рисунок 5.2.1.1 -Иллюстрация градиентного метода с постоянным шагом

Рассмотрим градиентный метод с постоянным шагом на примере нахождения абсолютного минимума функции двух переменным Z(). В большинстве случаях практического применения градиентного методаискомые переменных будут принимать положительные и нулевые значения. Соответственно область допустимых значений переменных будет определяться в первом квадранте системы координат x и y (рис. 5.2.1.1). В этой области произвольно выберем исходное приближение - и , которому соответствует значение функции . В соответствии с выражением (85) находится величина градиента функции в данной точке.

Затем выполняется первое приближение на шаг равный единице (л=1) в сторону убывания функции, которому соответствует точка с координатами (). Значение целевой функции в этой точке составляет . Далее процедура приближения к искомому значению продолжается с постоянным шагом л=1 до того, как относительное изменение целевой функции на предыдущем i-м и последующем (i+1)-м шагах оказывается меньше заданной точности вычислений е:

. (86)

Рассмотренный выше градиентный метод с постоянным шагом достаточно прост, но основным его недостатком является большая вероятность определения значений в окрестностях минимума функции без его достижения (рис. 5.2.1.1).В результате приходится выбирать в качестве искомого решения одну из точек с координатами и .

Для нахождения более точного решения необходимо уменьшать длину шага приближения, что приводит к значительному увеличению вычислительных процедур на величину пропорциональную уменьшению шага.

5.2.2 Метод покоординатного спуска

Как и в градиентном методе с постоянным шагом выберем исходное приближение - точка с координатами (), соответствующая значению целевой функции . Далее вычисляем частные производные целевой функции и выбираем наибольшее по модулю значение производной. Пусть это будет производная . Следовательно, в направлении переменной функция имеет наибольшее изменение. "Если производная положительная, при увеличении переменной функция увеличивается. Если производная отрицательная, при увеличении переменной функция уменьшается" [10].

Далее изменяем значение переменной на один шаг в направлении уменьшения целевой функции. Производим данные операции до тех пор, пока значение целевой функции на, к примеру, втором приближении не станет меньше значения целевой функции на третьем приближении . Исходя из этого следует, что экстремум функции находится в пределах значений при изменении значений переменной y. Затем возвращаемся к точке с координатами () и производим "спуск" по переменной x. Вычисления производятся до того момента, пока целевая функция не начнёт увеличиваться, предположим .

Рисунок 5.2.2.1 - Иллюстрация метода покоординатного спуска

Процедура вычислений заканчивается, когда изменение любой переменной приводит к увеличению значения целевой функции, например это точка с координатами ().

5.2.3 Метод скорейшего "спуска"

В рассмотренных выше методах точность определения и количество операций зависят от шага приближения: чем величина шага больше, тем точность определения значения и количества вычислений меньше, а чем величина шага меньше, том точность и количество операций больше. В результате возникает необходимость в отыскании оптимального шага приближения, который позволял бы увеличить точность вычислений, но уменьшить количество расчётов. Одним из таких способов является метод скорейшего "спуска".

Алгоритм начала расчётов идентичен градиентному методу с постоянным шагом:

1. Принимается исходное приближение ;

2. Вычисляется значение целевой функции ;

3. По выражению (85) вычисляется значение .

Из исходной точки в направлении убывания функции выполним два единичных шага (л=1) и определим значение целевой функции в конце каждого шага и . По трём точка с координатами (0, ), (1, ) и (2, ) строится единичная парабола (рис. 5.2.3.1, б)

. (87)

Далее определим минимум данной параболы, продифференцировав функцию (87) по переменной л и приравняв к нулю

, (88)

откуда .

Полученное значение является оптимальной длиной шага .

Рисунок 5.2.3.1 - Иллюстрация метода скорейшего спуска

Из исходной точке с координатами необходимо выполнить шаг длиной , результатом чего является первое приближение к искомому результату - точка с координатами . В данной точке вычисляем значение целевой функции . Далее процедура продолжается до достижения требуемой точности, определяемой из выражения (86).

Метод скорейшего "спуска" позволяет увеличить точность и уменьшить количество итераций, но объём вычислений на одном шаге больше.

5.2.4 Метод множителей Лагранжа

Ещё одним методом по решению задач поиска экстремума является метод множителей Лагранжа. Рассмотрим сущность данного метода.

Необходимо найти экстремум нелинейной функции

(89)

n переменных, при m ограничениях

(90)

Ограничения-неравенства в выражении (90) преобразуются в равенства, а свободные члены переносятся в левые части выражений. В результате получается система из mуравнений:

(91)

В соответствии с методом Лагранжа ищется абсолютный экстремум функции, имеющей следующий вид:

(92)

где - неопределённые множители Лагранжа.

Доказано, что относительный экстремум целевой функции (89) при ограничениях (91) совпадает с абсолютным экстремумом функции Лагранжа (92).

Поиск абсолютного экстремума сводится к определению частных производных и приравниванию их к нулю:

(93)

"Решение системы (93) даст координаты абсолютного минимума функции Лагранжа (92) или относительного минимума целевой функции (93) при ограничениях (91)" [10].

5.3 Применение численных методов

Используя численные методы, определим значения компенсирующих установок при условии минимизации потерь активной мощности и капитальных затрат на установку. В качестве примера используется магистральная схема, изображённая на рис. 5.3.1.

Рисунок 5.3.1 - Магистральная схема распределения реактивной мощности

Исходные данные:

- Напряжение U=10 кВ;

- Сопротивление линий R₁=4 Ом, R₂=6 Ом;

- Реактивная нагрузка: Q₁=300 кВАр, Q₂=500 кВАр;

- Удельные затраты на установку: z₀=0,5 у.е./кВАр;

- Удельные затраты на покрытие потерь: с ₀=10 у.е./кВт.

Целевая функция представляет собой следующее выражение:

(94)

Для упрощения выражения (94) произведём следующие манипуляции:

; .

1) Определение мощности компенсирующих установок градиентным методом с постоянным шагом.

Определяются частные производные целевой функции по переменным и :

; (95)

. (96)

Определяются значения целевой функции (94) и частных производных при значениях мощностей компенсирующих устройств и :

;

;

.

Принимается длина постоянного шага равная л=200 кВАр и, пользуясь выражением

,

определяется значения переменных:

Первое приближение:

;

,

;

Второе приближение: , , .

Третье приближение: , , .

Четвёртое приближение: , , .

В связи с тем, что значение приняло отрицательное значение, дальнейшая итерация нецелесообразна. В качестве искомого значения принимается , , .

2) Определение мощности компенсирующих установок при использовании метода покоординатного спуска.

Определим частные производные по переменным и :

; (97)

. (98)

Определим значения целевой функции (94) и частных производных при значениях мощностей компенсирующих устройств и :

;

;

.

Так как , то целевая функция в направлении убывает быстрее. Соответственно, "спуск" начнём при изменении значения с величиной шага равной 200 кВАр.

Первое приближение: и . Значение целевой функции равно:

Второе приближение: и ;

Третье приближение: и ;

В связи с тем, что значение целесообразности в увеличении переменной нет. Необходимо принять значение и производить аналогичные мероприятия в направлении другой переменной .

Второе приближение: , ;

Движение в направлении изменения значения нецелесообразно, т.к. .

Точка с координатами , находится в окрестностях минимума целевой функции Z=270 у.е.. Более точное значение невозможно получить в связи с принятым шагом.

При помощи программного обеспечения MSExsel был получен следующий результат: ,

3) Определение мощности компенсирующих установок методом скорейшего спуска.

Как и в градиентном методе с постоянным шагом сначала принимаем исходное приближение , и вычисляем значение целевой функции

Определяются частные производные целевой функции по переменным и :

;

.

Для определения оптимального шага б используется выражение:

. (99)

Используя выражение (99) и значения частных производных с учётом начальных условий, получается , . Далее подставляются значения и в целевую функцию Z, для получения функции одной переменной

. (100)

Затем определяется первая производная по и приравнивается к нулю:

(101)

Соответственно и, пользуясь выражением

,

определяются значения переменных:

Первое приближение:

;

,

;

Второе приближение: , , .

Третье приближение: , , .

В связи с тем, что значение приняло отрицательное значение, дальнейшее нахождение минимума нецелесообразно. В качестве искомого значения принимается , , .

4) Нахождение мощности компенсирующего устройства методом множителей Лагранжа

В исходных данных ограничения по мощности компенсирующих установок отсутствуют, соответственно, применение метода множителей Лагранжа в полном объёме невозможно. В связи с этим вводится допущение, что множитель Лагранжа л=0, и определяются частные производные целевой функции (94), приравнивая их к нулю:

; (102)

(103)

Из выражения (102) выразим :

. (104)

В выражение (103) заменяется на выражение (104) и находится решение:

;

, а что соответствует значению целевой функции Z=243,75 у.е.

Так как значение мощности компенсирующей мощности не может меньше нуля, то искомым значением считается , , что соответствует значению целевой функции Z=286 у.е.

При помощи программного обеспечения MSExsel при условии, что , , был получен следующий результат: ,

При сравнении выше применённых методов следует, что наиболее близким по минимальному значению целевой функции является результат вычислений при использовании метода покоординатного спуска (, ).

В результате установки компенсирующих устройств эксплуатационные затраты уменьшились на 136 у.е. по сравнению с затратами без использования компенсирующих устройств (Z=406 у.е.).

5.4 Технико-экономическое обоснование применения компенсирующих установок

Для определения целесообразности установки компенсирующих устройств в городских сетях при коммунально-бытовой нагрузке рассмотрим структурную схему распределения энергии, изображённую на рис. 5.4.1.

В качестве исходных данных используются проекты электроснабжения жилых домов, расчёты которых выполнены в соответствие с методикой, указанной в нормативных документах (СП-31-110-2003 "Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий", РД 34.20.185-94 "Инструкция по проектированию городских электрических сетей").

Исходные данные электрических нагрузок жилых домов с указанием точки подключения сведены в таблице 5.4.1.



Таблица 5.4.1 Электрические нагрузки вводно-распределительных устройств жилых домов

Точка подключения	Наименование	Ррасч., кВт	cosц	tg?	Qрасч., кВАр	Sрасч., кВА
ТП №1	ВРУ-1	140,5	0,95	0,33	46,180	147,895
	ВРУ-2	157,2	0,95	0,33	51,669	165,474
	ВРУ-3	198	0,95	0,33	65,079	208,421
	ВРУ-4	125,7	0,95	0,33	41,316	132,316
ТП №2	ВРУ-5	134,6	0,92	0,43	57,339	146,304
	ВРУ-6	184	0,96	0,29	53,667	191,667
	ВРУ-7	164	0,95	0,33	53,904	172,632
	ВРУ-8	198	0,95	0,33	65,079	208,421
	ВРУ-9	248	0,96	0,29	72,333	258,333
ТП №3	ВРУ-10	77,8	0,73	0,94	72,839	106,575
	ВРУ-11	260	0,96	0,29	75,833	270,833
	ВРУ-12	106	0,72	0,96	102,168	147,222
	ВРУ-13	141	0,95	0,33	46,344	148,421
	ВРУ-14	141	0,96	0,29	41,125	146,875
	ВРУ-15	173,7	0,9	0,48	84,127	193
ТП №4	ВРУ-16	198	0,95	0,33	65,079	208,421
	ВРУ-17	263	0,96	0,29	76,708	273,958
	ВРУ-18	77,8	0,73	0,94	72,839	106,575
	ВРУ-19	250	0,96	0,29	72,917	260,417
	ВРУ-20	210	0,95	0,33	69,024	221,053

В таблице 5.4.2 сведены данные о сечении, длине и удельных сопротивлениях кабельных линии, проложенные от секций шин 0,4 кВ трансформаторной подстанции, и посчитаны потери мощности и ?Q:

, (105)

. (106)



Таблица 5.4.2 Потери активной и реактивной мощности в кабельных линиях

Наименование	L, м	F, мм 2	r0, мОм/м	R, Ом	x0, мОм/м	X, Ом	?Ркл, кВт	?Qкл, кВАр
ВРУ-1	150	120	0,261	0,039	0,08	0,012	5,93	1,82
ВРУ-2	165	150	0,208	0,034	0,079	0,013	6,51	2,47
ВРУ-3	200	240	0,13	0,026	0,077	0,015	7,82	4,63
ВРУ-4	200	150	0,208	0,042	0,079	0,016	5,04	1,92
ВРУ-5	135	120	0,261	0,035	0,08	0,011	5,22	1,60
ВРУ-6	165	185	0,169	0,028	0,078	0,013	7,09	3,27
ВРУ-7	160	150	0,208	0,033	0,079	0,013	6,87	2,61
ВРУ-8	190	240	0,13	0,025	0,077	0,015	7,43	4,40
ВРУ-9	135	240	0,13	0,018	0,077	0,010	8,11	4,80
ВРУ-10	150	70	0,447	0,067	0,082	0,012	5,27	0,97
ВРУ-11	155	240	0,13	0,020	0,077	0,012	10,24	6,06
ВРУ-12	190	120	0,261	0,050	0,08	0,015	7,44	2,28
ВРУ-13	190	150	0,208	0,040	0,079	0,015	6,03	2,29
ВРУ-14	150	120	0,261	0,039	0,08	0,012	5,85	1,79
ВРУ-15	120	150	0,208	0,025	0,079	0,009	6,44	2,45
ВРУ-16	135	185	0,169	0,023	0,078	0,011	6,86	3,17
ВРУ-17	150	240	0,13	0,020	0,077	0,012	10,14	6,00
ВРУ-18	230	120	0,261	0,060	0,08	0,018	4,72	1,45
ВРУ-19	165	240	0,13	0,021	0,077	0,013	10,07	5,97
ВРУ-20	135	185	0,169	0,023	0,078	0,011	7,72	3,56



Рисунок 5.4.1 - Структурная схема распределения электрическое энергии в городских сетях



В таблице 5.4.3 сведены данные о трансформаторных подстанциях, предусмотренных в качестве питания имеющихся нагрузок. Значения потерь активной мощности холостого хода и короткого замыкания взяты из справочных данных. Расчёт потерь реактивной мощности холостого хода и короткого замыкания производился по следующим формулам:

, (107)

. (108)

Для трансформатора типа ТМГ мощностью 630 кВА при и потери реактивной мощности составляют:

,

.

Таблица 5.4.3 Технические характеристики предусмотренных трансформаторов

Наименование	Sном, кВА	?Рхх, кВт	?Ркз, кВт	Rтр, мОм	Uкз, %	Iхх, %	?Qхх, кВАр	?Qкз, кВАр
ТП №1	630	1	7,6	0,31	5,5	0,7	4,41	34,65
ТП №2	1000	1,4	10,6	0,17	5,5	0,6	6	55
ТП №3	1000	1,4	10,6	0,17	5,5	0,6	6	55
ТП №4	1000	1,4	10,6	0,17	5,5	0,6	6	55

В таблице 5.4.4 сведены данные о потерях активной и реактивной мощностях, возникающих в трансформаторах при протекании мощности, подключенной к ним. Расчёт потерь в трансформаторе выполнялся по формулам:

, (109)

. (110)

где

- расчётная мощность, подключаемая к ТП с учётом потерь мощности в кабеле;

n - количество трансформаторов, включенных параллельно.

Для ТП №1 равна:

Потери мощности для ТП №1 равны:

,

.

Таблица 5.4.4 Потери мощности трансформаторных подстанций

Наименование	Sном, кВА	Ррасч., кВт	Qрасч., кВАр	Sрасч., кВА	?Ртр, кВт	?Qтр, кВАр
ТП №1	630	646,703	215,082	681,537	6,447	29,096
ТП №2	1000	963,327	319,012	1015,444	8,265	40,356
ТП №3	1000	940,769	438,276	1055,419	8,704	42,633
ТП №4	1000	1038,315	376,715	1113,625	9,373	46,104

В таблице 5.4.5 сведены данные о потерях активной и реактивной мощностях в кабельных линиях по уровню напряжения 10 кВ,в качестве которых предусматривается использование кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением 240 мм ². Расчёт потерь мощности выполнен по формулам:

, (111)

, (112)

Активное сопротивление определяется как

, (113)



где - погонное активное сопротивление, Ом/км;

- длина кабельной линии, км;

- количество кабельных линий, включенных в параллель.

Реактивное сопротивление определяется как

, (114)

где - погонное индуктивное сопротивление, Ом/км.

Для кабельной линии №5 активное и индуктивное сопротивления равны:

Ом,

Ом.

Потери активной и реактивной мощности равны:

,

.

Таблица 5.4.5 Потери активной и реактивной мощности в кабельных линиях по уровню 10 кВ

№ КЛ	L, км	Pкл, кВт	Qкл, кВАр	R0, Ом/км	R, Ом	X0, Ом/км	Х, Ом	?Ркл, кВт	?Qкл, кВАр
№1	5	3621,9	1507,3	0,13	0,325	0,075	0,188	50,018	28,856
№2	0,5	3621,9	1507,3	0,13	0,033	0,075	0,019	5,002	2,886
№3	0,7	2968,7	1263,1	0,13	0,046	0,075	0,026	4,736	2,732
№4	0,6	1997,2	903,7	0,13	0,039	0,075	0,023	1,874	1,081
№5	1	1047,7	422,8	0,13	0,065	0,075	0,038	0,829	0,479

Для определения наиболее эффективного места расположения компенсирующих устройств при условии минимизации потерь активной мощности от протекания реактивной рассматриваются следующие схемы:

- установка компенсирующего устройства в распределительном пункте (РП-10 кВ) (рис. 5.4.2);

- установка компенсирующих устройств в трансформаторных подстанциях по уровню напряжения 10 кВ (рис. 5.4.4);

- установка компенсирующих устройств в трансформаторных подстанциях по уровню напряжения 0,4 кВ (рис. 5.4.5).

1. Установка компенсирующего устройства в распределительном пункте (РП-10 кВ)

На рис. 5.4.2 представлена схема установки компенсирующего устройства в распределительном пункте (РП-10 кВ).

Рисунок 5.4.2 - Структурная схема распределения электрическое энергии в городских сетях с расположением компенсирующего устройства (пунктиром обозначен участок со скомпенсированной реактивной мощностью)

Пунктирной линией обозначена часть электрической сети, на которой уменьшение передаваемой реактивной мощности будет приводить к уменьшению потерь активной мощности при протекании реактивной. Расчёт производится по формуле:

. (115)

Для кабельной линии №1 (СШ-10 кВ ПС-110/10 кВ - РП-10 кВ) потери активной мощности равны:

.

Для определения потерь электрической энергии рассмотрим усреднённый суточный график нагрузки (рис. 5.4.3), построенный по данным табл.5.4.6.

Рисунок 5.4.3 - Усреднённый график суточных нагрузок

Количество часов использования максимума нагрузок определяется по формуле:

. (116)



По данным из табл. 4.5.6 количество часов использования максимума нагрузок равно:

ч.

Число использования максимума нагрузок в год составляет ч.

Потери электрической энергии в течение года составляют:

(117)

.

При условии стоимости W=2,5 руб./кВт·ч, затраты на покрытие потерь составят З=57 672,4 руб/год.

Таблица 5.4.6 Часы потребления активной, реактивной и полной мощности в течение суток

Часы	о.е.	Ррасч., кВт	Qрасч., кВАр	Sрасч., кВА
1	0,49	1766,298	735,0542	1913,142
2	0,45	1627,376	677,2409	1762,67
3	0,41	1498,376	623,5572	1622,946
4	0,35	1250,301	520,3192	1354,247
5	0,35	1260,224	524,4488	1364,995
6	0,37	1329,685	553,3554	1440,231
7	0,42	1508,299	627,6867	1633,694
8	0,60	2173,142	904,3644	2353,81
9	0,63	2282,295	949,7891	2472,038
10	0,45	1637,299	681,3704	1773,418
11	0,53	1934,989	805,256	2095,858
12	0,60	2183,065	908,4939	2364,558
13	0,59	2153,296	896,1054	2332,314
14	0,47	1696,837	706,1475	1837,906
15	0,51	1835,759	763,9608	1988,378
16	0,46	1667,068	693,759	1805,662
17	0,46	1676,991	697,8885	1816,41
18	0,51	1835,759	763,9608	1988,378
19	0,58	2103,681	875,4578	2278,574
20	0,74	2679,216	1114,97	2901,957
21	0,63	2272,372	945,6596	2461,29
22	0,69	2490,679	1036,509	2697,745
23	1,00	3621,903	1507,274	3923,016
24	0,70	2540,294	1057,157	2751,485

При установке компенсирующих устройств потери активной мощности при протекании реактивной составят:

, (118)

При использовании КУ мощностью 900 кВАр и стоимостью Ц_КУ=287400 руб:

;

/год;

З=2924,32 кВт·ч/год·2,5 руб./кВт·ч=7 310,81 руб./год;

Экономия составит Э=50 361,59 руб./год;

Окупаемость составит:

О= Ц_КУ/Э=287400/50 361,59=5,71 лет.

В таблице 5.4.7 приведены данные потерь активной мощности и энергии при использовании компенсирующих установок различной мощности.



Таблица 5.4.7 Данные потерь активной мощности и энергии при компенсации

QКУ, кВАр	Цена КУ, руб	?Р, кВт	?W?Р, кВт·ч	Затраты, руб./год	Экономия, руб./год	Окупаемость, лет
600	247 000	2,39	6 572,7	16 431,7 ...

Подобные документы

• Электропитающие системы и электрические сети

  Потребители и нормирование использования реактивной мощности. Перечень и краткая характеристика основных источников реактивной мощности. Выработка или потребление реактивной мощности с помощью компенсирующих устройств. Маркировка конденсаторных батарей.
  
  презентация [269,8 K], добавлен 30.10.2013
  

• Потребители реактивной мощности

  Оценка величины потребляемой реактивной мощности электроприемников. Анализ влияния напряжения на величину потребляемой реактивной мощности. Векторная диаграмма токов и напряжений синхронного генератора. Описания основных видов компенсирующих устройств.
  
  презентация [1,9 M], добавлен 26.10.2013
  

• Компенсация реактивной мощности

  Источники реактивной мощности. Преимущества использования статических тиристорных компенсаторов - устройств, предназначенных как для выдачи, так и для потребления реактивной мощности. Применение и типы синхронных двигателей, их располагаемая мощность.
  
  презентация [2,4 M], добавлен 10.07.2015
  

• Оптимизация размещения нерегулируемых батарей конденсаторов в сетях 6–10 кВ

  Структура потерь электроэнергии в городских распределительных сетях, мероприятия по их снижению. Компенсация реактивной мощности путем установки батарей статических конденсаторов. Методика определения мощности и места установки конденсаторных батарей.
  
  диссертация [1,6 M], добавлен 02.06.2014
  

• Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения с преобразовательными установками

  Основные принципы компенсации реактивной мощности. Оценка влияния преобразовательных установок на сети промышленного электроснабжения. Разработка алгоритма функционирования, структурной и принципиальной схем тиристорных компенсаторов реактивной мощности.
  
  дипломная работа [2,1 M], добавлен 24.11.2010
  

• Оценка эффективности использования конденсаторных устройств для компенсации реактивной мощности на промышленном предприятии

  Оценка стоимости конденсаторных установок и способы снижения потребления реактивной мощности. Преимущества применения единичной, групповой и централизованной компенсации. Расчет экономии электроэнергии и срока окупаемости конденсаторных установок.
  
  реферат [69,8 K], добавлен 14.12.2012
  

• Анализ систем управления конденсаторными установками компенсации реактивной мощности в сети 0,4 кВ

  Анализ влияния компенсации реактивной мощности на параметры системы электроснабжения промышленного предприятия. Адаптивное нечеткое управление синхронного компенсатора с применением нейронной технологии. Моделирование измерительной части установки.
  
  дипломная работа [1,7 M], добавлен 02.06.2017
  

• Несимметрия реактивной мощности в системе электроснабжения ферросплавного производства

  Система электроснабжения ферросплавного производства. Руднотермические печи как источник реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности в ферросплавном производстве. Экранирование короткой сети руднотермической печи, принцип и этапы процесса.
  
  дипломная работа [186,1 K], добавлен 08.12.2011
  

• Электропитающие системы и электрические сети

  Виды, способы размещения и правила подключения источников реактивной мощности. Методы снижения потребления реактивной мощности: применение компенсирующих устройств, замена асинхронных двигателей синхронными, ограничение холостой работы двигателя.
  
  презентация [382,3 K], добавлен 30.10.2013
  

• Разработка методологии компенсации реактивной мощности на промышленном предприятии

  Разработка алгоритма управления режимом реактивной мощности при асимметрии системы электроснабжения промышленного предприятия. Источники реактивной мощности. Адаптивное нечеткое управление синхронного компенсатора с применением нейронной технологии.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 20.05.2017
  

• Натуральная мощность линии

  Характер распределения напряжения при различной нагрузке линии. Электрические параметры воздушных линий. Компенсация реактивной мощности. Назначение статических тиристорных компенсаторов и выполняемые функции. Линии электропередачи схемы выдачи мощности.
  
  реферат [463,8 K], добавлен 26.02.2015
  

• Экономическое обоснование решения по компенсации реактивной мощности

  Капитальные затраты на внедрение в систему электроснабжения компенсирующих устройств. Определение эксплуатационных расходов. Расчет экономической эффективности от установки компенсирующего устройства. Срок окупаемости дополнительных номинальных затрат.
  
  задача [28,6 K], добавлен 07.12.2010
  

• Компенсация реактивной мощности

  Естественный и искусственный способы снижения потребления реактивной мощности. Выбор силовых трансформаторов, сечения проводов, кабелей и шин. Защитные аппараты, предохранители, автоматы. Расчет защитного заземления. Построение графиков нагрузки.
  
  реферат [310,6 K], добавлен 08.02.2010
  

• Роль подстанции в системе электроснабжения г. Донецка

  Связь подстанции с энергосистемой. Характеристика потребителей электроэнергии. Определение максимальных расчётных активных и реактивных нагрузок потребителей. Потери реактивной мощности в силовых трансформаторах. Компенсация реактивной мощности.
  
  дипломная работа [86,1 K], добавлен 17.07.2009
  

• Электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий

  Выбор варианта схемы электроснабжения и обоснования выбора рода тока и напряжения. Выбор мощности и типа компенсирующих устройств реактивной мощности. Расчет и обоснование выбора числа и мощности трансформаторов. Выбор аппаратов питающей сетей.
  
  курсовая работа [73,4 K], добавлен 20.09.2013
  

• Электрические системы и сети

  Расчет баланса мощности и выбор компенсирующих устройств. Потери активной мощности в линиях и трансформаторах. Баланс реактивной мощности. Составление вариантов конфигурации сети с анализом каждого варианта. Потеря напряжения до точки потокораздела.
  
  контрольная работа [4,3 M], добавлен 01.12.2010
  

• Электроснабжение животноводческого комплекса с разработкой системы компесации реактивной мощности

  Способы повышения энергоэффективности производства и распределения электрической энергии путем внедрения установок компенсации реактивной мощности. Совершенствование электрификации животноводческого комплекса с. Большепесчанское Омской области.
  
  дипломная работа [1,1 M], добавлен 23.06.2011
  

• Протяженность линии. Индуктивность проводов

  Задача на определение активного и индуктивного сопротивления, ёмкостной проводимости фазы и реактивной мощности. Параметры схемы замещения трёхфазного трёхобмоточного трансформатора. Потери в линии электропередачи, реактивной мощности в трансформаторах.
  
  контрольная работа [789,0 K], добавлен 27.02.2013
  

• Оптимизационные методы компенсации реактивной мощности системы электроснабжения железной дороги

  Математические модели оптимизационных задач электроснабжения. Обзор способов повышения коэффициента мощности и качества электроэнергии. Выбор оптимальных параметров установки продольно-поперечной компенсации. Принцип работы тиристорного компенсатора.
  
  дипломная работа [986,2 K], добавлен 30.07.2015
  

• Электроснабжение промышленных предприятий

  Составление и обоснование схемы и вариантов номинальных напряжений сети. Баланс реактивной мощности и выбор компенсирующих устройств. Выбор типа и мощности трансформаторов понижающих подстанций. Технико-экономический расчет вариантов электрических схем.
  
  контрольная работа [157,6 K], добавлен 19.10.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам