Спосіб регулювання реактивної потужності конденсаторної установки

1. Спосіб регулювання реактивної потужності конденсаторної установки, що включає перемикання її ступенів регулювання для забезпечення мінімального значення еквівалента споживаної активної потужності промисловим підприємством в точці установлення приладів обліку споживаної електричної енергії, який відрізняється тим, що після зміни навантаження промислового підприємства і перед переходом з попереднього ступеня регулювання на оптимальний наступний ступінь регулювання фіксують потужність конденсаторної установки Qki,_i на попередньому ступені регулювання, активні та реактивні потужності підприємства в точці установлення приладів обліку споживаної електричної енергн F\, О, та з конденсаторною установкою довільної потужності О КіД - Ff.QJ' в новому режимі електроспоживання, визначають питомі прирости активного та реактивного навантаження при вказаній зміні потужності конденсаторної установки через абсолютну зміну споживання активної та реактивної потужності Корисна модель відноситься до електроенергетики, а саме - до компенсації реактивної потужності на промислових підприємствах за допомогою конденсаторних установок КУ і може бути використана як під час експлуатації КУ, так і на стадії проектування пристроїв компенсації реактивної потужності. В даний час, як правило, використовуються регульовані КУ з автоматичним перемиканням ступенів регулювання Управління перемиканням ступенів регулювання КУ здійснюється при цьому (Аі=—L-R -JS. oQ 5Q де 5R , 5Q, - зміна спожи вання активної та реактивної потужності в новому режимі електроспоживання при зміні потужності конденсаторної" установки 6Qk =Ок,і-і-Ок,д)' формують еквівалент споживаної активної потужності промисловим підприємством Б, в функції потужності конденсаторної установки С^ з урахуванням початкового навантаження нового режиму без конденсаторної'установки P j n 0 4 , Q1J104 та питомих приростів активного та реактивного навантаження в цьому ж режимі Е, = t ^ n 0 4 + А,0 к ),[0 І і П 0 н + (R, -i)Q k 5 і визначають розрахунковим шляхом на підставі вказаного еквівалента величину оптимальної потужності конденсаторної установки Qk для нового режиму електроспоживання, яка забезпечує мінімальне значення згаданого еквівалента. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що в кожному часовому діапазоні дії відповідної ставки тарифу оплати за електричну енергію визначають середньоінтегральні значення в часі питомих приростів активного та реактивного навантаження при зміні потужності конденсаторної установки і при повторних циклах електроспоживання регулювання реактивної потужності у відповідному часовому діапазоні проводять за визначеними в початковому циклі згаданими питомими приростами активного та реактивного навантаження. регулятором реактивної потужності, що є складовою частиною КУ. Відомий ряд способів регулювання потужності КУ в основу яких покладено економічні показники роботи електричної мережі. Основною відмітною ознакою того чи іншого способу регулювання є джерело формування сигналу, що управляє перемиканням ступенів регулювання КУ. Управляючий сигнал може формуватися: - попередньо одержаним розрахунковим шляхом мінімальним значенням функції сумарної вар Г 00 со о З 10387 тості споживання активної та реактивної електродів обліку споживаної електричної енергії {тобто, енергії [Мозырский В.И. Вакуленко С Е . Анализ еквівалент споживаної активної потужності промиэффективности работы батарей статических консловим підприємством). Вибір КУ оптимальної денсаторов в сетях 0.4 кВ // Промислова електропотужності повинен забезпечити в процесі експлуенергетика та електротехніка (Київ). - 2002, №3. атації мінімальне значення еквівалента споживаC30-43J; ної' активної потужності і, відповідно, мінімальну оплату за спожиту електроенергію. - неперервно вимірюваною в процесі експлуатації конденсаторної установки сумою активного Дійсно, такий підхід враховує вплив КУ на панавантаження промислового підприємства та повраметри електроспоживання. В реальних умовах ного сумарного економічного еквівалента реактивпідімкнення КУ до електричної' мережі і збільшення ної потужності для цього ж підприємства в точці її робочої потужності призводить до деякого підустановлення приладів обліку споживаної електвищення напруги в мережі. Зазначене підвищення ричної' енергії [Деклараційний патент України напруги, через його незначну величину (2...3% 70551 А. Спосіб регулювання реактивної потужновідсотка від номінальної' напруги в місці установсті конденсаторної установки / С.Є.Вакуленко. лення КУ - 5...10В) та особливості роботи пристроВ.І.Мозирський. Л.В.Симоненко. - Опубл. 15.10.04. їв автоматичного регулювання напруги в електриПромислова власність: Офіційний бюлетень №10]. чній мережі (дискретності регулювання за У відомому способі регулювання реактивної допомогою пристрою РПН трансформаторів, напотужності КУ [Мозырский В.И.. Вакуленко СЕ. явності зони нечутливості пристроїв регулювання Анализ эффективности работы батарей статичестощо) не викликає спрацьовування цих пристроїв ких конденсаторов в сетях 0,4кВ // Промислова регулювання, тобто залишається нескомпенсоваелектроенергетика та електротехніка (Київ). ним. Підвищення напруги у свою чергу, призво2002, №3. - С 30-43]. запропоновано регулювати дить до певного зростання споживаної електрореактивну потужність з точки зору економічної доприймачами активної та реактивної потужності, цільності промисловою підприємства. Регулюванзумовленого статичними характеристиками навання потужності КУ повинно забезпечувати мініматаження за напругою. Деяке підвищення спожильну сумарну вар-гість споживання активної та вання активної' потужності відбувається також череактивної електроенергії' при одночасному знирез наявність й втрат у колах КУ (конденсаторах і женні встановленої потужності КУ. При цьому живильній лінії). Таким чином, в реальних умовах джерелом формування сигналу, який управляє споживач електроенергії використовуючи КУ, як вибором ступеня регулювання КУ у кожному устаправило, замість очікуваного зниження оплати за леному режимі електроспоживання, приймається споживану електроенергію має або суттєво менше одержана розрахунковим шляхом величина потузниження оплати ніж очікуване, або навіть підвижності КУ. що забезпечує мінімальне значення щення оплати у порівнянні з тією, що була б за функції сумарної вартості споживання активної та відсутності КУ. Крім того, повна компенсація реакреактивної електроенергії у цих режимах електротивно! потужності в усіх режимах електроспожиспоживання. Вказана функція, що мінімізується, вання вимагає великої установленої потужності визначається відповідно до діючої нормативної' КУ. тобто істотних капіталовкладень та експлуатасистеми оплати за споживану активну та реактивційних витрат. Поєднання цього недоліку із зазнану електроенергію з урахуванням попередньо ченим вище зростанням споживання активної поодержаних дослідним шляхом залежностей велитужності, викликаного роботою КУ, у багатьох чин активної та реактивної потужностей, що протівипадках зумовлює недоцільність використання кають в місці установлення приладів обліку спожитрадиційних підходів до компенсації реактивної ваної електроенергії, від величини потужності КУ, потужності з точки зору економічних інтересів спостатичних характеристик навантаження за напруживача електроенергії - власника засобів компенгою та значень споживаної потужності, що відповісації (промислового підприємства). дають номінальній напрузі мережі для кожного Однак, практично реалізувати вказаний спосіб режиму електроспоживання. Велика кількість вхідрегулювання реактивної потужності конденсаторної інформації для кожного режиму електроспожиної установки [Деклараційний патент України вання, яку можна одержати тільки на підставі три70551 А. Спосіб регулювання реактивної потужновалих попередніх досліджень і яка необхідна для сті конденсаторної установки / С.Є.Вакуленко, реалізації даного способу регулювання, практично В.І.Мозирський. Л.В.Симоненко. - Опубл. 15.10.04. унеможливлює його реалізацію. Промислова власність: Офіційний бюлетень №10] У відомому способі регулювання реактивної надзвичайно складно в силу наступної обставини. потужності КУ [Деклараційний патент України Ввімкнення КУ оптимальної потужності, яка 70551 А. Спосіб регулювання реактивної потужноповинна забезпечити мінімальне значення еквівасті конденсаторно! установки / С.Є.Вакуленко, лента споживано! активної потужності в точці В.І.Мозирський, Л.В.Симоненко. - Опубл. 15.10.04. установлення приладів обліку споживаної електПромислова власність: Офіційний бюлетень №10] ричної енергії, здійснюється шляхом поступового джерелом формування сигналу, який управляє перебору варіацм в потужності КУ. Забезпечуючи вибором ступеня регулювання КУ у кожному устадійсно мінімальне значення вказаної суми, такий леному режимі електроспоживання. є неперервно підхід вимагає підвищено! кількості комутацій стувимірювана сума активного навантаження промипенів батареї (декілька комутацій КУ при одній слового підприємства та повного сумарної о екозміні навантаження замість однієї-двох в сучасних номічного еквівалента реактивної потужності для системах регулювання) Оскільки саме комутаційні цього ж підприємства в точці установлення прилаапарати КУ є їхньою найслабшою ланкою, засто 10387 сування даного способу регулювання знижує ресурс роботи КУ. Ставиться задача спростити спосіб регулювання потужності КУ, що забезпечує оптимальні показники регулювання реактивної потужності підприємства, зробити даний спосіб придатним для практичної реалізації, знизивши одночасно кількість комутацій ступенів регулювання до такої, що не перевищує кількості комутацій в сучасних системах регулювання. Розв'язання поставленої задачі реалізується за рахунок того, що в запропонованому способі регулювання реактивної потужності конденсаторної установки шляхом перемикання її ступенів регулювання для забезпечення мінімального значення еквівалента споживаної активної потужності промисловим підприємством в точці установлення приладів обліку споживаної електричної енергії згідно корисній моделі; 1. Після зміни навантаження промислового підприємства і перед переходом з попереднього ступеня регулювання на оптимальний наступний ступінь регулювання фіксують потужність конденсаторної установки Q|g_i на попередньому ступені регулювання, активні та реактивні потужності підприємства в точці установлення приладів обліку споживаної електричної енергії Р\, QJ та з конденсаторною установкою довільної потужності 0 К і Д *ї',о" В новому режимі електроспоживання, визначають питомі прирости активного та реактивного навантаження при вказаній зміні потужності конденсаторної' установки через абсолютну зміну споживання активної та реактивної потужності (A,= SQ k 8Qk •+ 1 , де SP,, 5Q, - зміна споживання активної та реактивної потужності в новому режимі електроспоживання при зміні потужності конденсаторної' установки 5Qk =О|д-і-Ок,д). формують еквівалент споживаної активної потужності промисловим підприємством Е, в функції' потужності конденсаторної установки Qk з урахуванням початкового навантаження нового режиму без конденсаторної установки Рі.поч, Qi,no4 та питомих приростів активного та реактивного навантаження в цьому ж режимі і визначають розрахунковим шляхом на підставі вказаного еквіваленту величину оптимальної потужності конденсаторної установки Qk для нового режиму електроспоживання, яка забезпечує мінімальне значення згаданого еквіваленту. 2. В кожному часовому діапазоні дії відповідної ставки тарифу оплати за електричну енергію визначають середиьоінтегральні значення в часі питомих приростів активного та реактивною навантаження при зміні потужності конденсаторної установки і при повторних циклах електроспоживання регулювання реактивної потужності у відповідному часовому діапазоні проводять за визначеними в початковому циклі згаданими питомими приростами активного та реактивного навантаження. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками І технічним та економічним результатом полягає в тому, що максимальна кількість комутацій КУ, для забезпечення оптимальної роботи системи електроспоживання, обмежується лише двома, а при подальших циклах роботи підприємства достатньо лише однієї комутації для ввімкнення оптимальної потужності КУ. Даний спосіб регулювання реактивної потужності КУ гарантує промисловому підприємству мінімальну плату за спожиту активну та реактивну електроенергію і надійну роботу конденсаторної установки. Особливістю даного способу регулювання є те, що фіксують потужності промислового підприємства в усталеному режимі роботи при двох різних значеннях потужності конденсаторної установки та потужності цієї установки, визначають на підставі абсолютної зміни потужності підприємства питомі прирости активного та реактивного навантаження при вказаній зміні потужності конденсаторної установки, формують еквівалент споживаної активної потужності промислового підприємства як функцію питомих приростів активного і реактивного навантаження і визначають розрахунковим шляхом на підставі вказаного еквіваленту оптимальну величину потужності конденсаторної установки, яка забезпечує мінімальне значення згаданого еквіваленту. Надалі в процесі регулювання реактивної потужності використовують середньоінтегральні значення в часі питомих приростів активного та реактивного навантаження при зміні потужності конденсаторної установки. Тобто, фактично джерелом формування сигналу управління є питомі прирости активного та реактивного навантаження і які безпосередньо визначаються в процесі регулювання реактивної потужності. Технічна сутність запропонованого способу регулювання пояснюється кресленнями, на яких: Фіг. 1 - приклад блок-схеми регулятора реактивної потужності для випадку неперервного визначення та підімкнення оптимальної потужності КУ в кожному усталеному режимі електроспоживання (тут і надалі блок-схеми наведено для випадку, коли місце установлення приладів обліку споживаної' електроенергії збігається з межею балансового поділу електричної мережі та розташоване на ошинуванні сторони вищої напруги трансформатора 10(6)/0,4кВ, а КУ підімкнута безпосередньо до шин 0,4кВ цього ж трансформатора): Фіг.2 - алгоритм роботи регулятора реактивної потужності за блок-схемою Фіг.1: Фіг.З - приклад блок-схеми регулятора реактивної потужності для випадку неперервного визначення та підімкнення оптимальної потужності КУ в кожному усталеному режимі електроспоживання та визначення середи ьоінтегральних значень в часі питомих приростів активного та реактивного навантаження при зміні потужності конденсаторної установки в кожному часовому діапазоні дії' відповідної ставки тарифу оплати за електричну енергію: Фіг.4 - алгоритм роботи регулятора реактивної потужності за блок-схемою Фіг.З: Фіг.5 - приклад блок-схеми регулятора реактивної лотужності для випадку регулювання реакти-' 10387 8 ку оптимальної потужності КУ 0Кгопт, блоку 8 ввімквної потужності КУ за середньо інтегральними значеннями в часі питомих приростів активного та нення КУ оптимальної потужності ОКрОпт, блоку 9 реактивного навантаження при зміні потужності фіксації початку часової зони д^ j-ro тарифу плати конденсаторної установки; за електроенергію, блоку 12 фіксації закінчення Фіг.6 - алгоритм роботи регулятора реактивної часової зони ді, j-ro тарифу плати за електроенепотужності за блок-схемою Фіг.5. ргію, блоку 14 переходу до наступної часової зони Схема, наведена на Фіг. 1 складається з блоку чергового тарифу (блок присвоєння j:=j+1), блоку 1 витримки часу, блоку 2 фіксації зміни tgcp наван15 завдання середньоінтегральних значень в часі таження, блоку 3 фіксації потужності батареї стапитомих приростів активного та реактивного наватичних конденсаторів КУ Qk та споживаної підпринтаження AJ>Cp, R,Cp для даної часової зони, блоку ємством потужності Pen, Qcn, блоку 4 ввімкнення 16 визначення за А(рСр, RJlCp початкового навантабатареї статичних конденсаторів КУ довільної поження режиму електроспоживання без конденсатужності Од, блоку 5 визначення питомих приросторної установки Рі,поч, Qi поч і-го режиму електротів активного та реактивного навантаження A, R, споживання. та початкового навантаження режиму електроспоДля з'ясування роботи регулятора реактивної живання без конденсаторної установки Рі,ПОч, Оі.поч потужності розглянемо вплив на споживання актиі-го режиму електроспоживання, блоку 6 формувної та реактивної потужності та на плату за сповання еквівалента споживаної активної' потужності житу активну та реактивну електроенергію статичпромисловим підприємством Е| в точці установних характеристик навантаження за напругою. лення приладів обліку споживаної електричної Одним із основних параметрів електроспожиенергії, блоку 7 розрахунку оптимальної потужносвання вузла навантаження (сторона 0,4кВ спожиті КУ QKpOm. блоку 8 ввімкнення КУ оптимальної вацької підстанції) є його статичні характеристики ПОТУЖНОСТІ Ок,огтт. за напругою, і які можна подати залежностями Схема, наведена на Фіг.З складається з блоку [Орлов B.C. Снижение потребления энергии при 1 витримки часу блоку 2 фіксації зміни t навантакомпенсации реактивной мощности в промышленження блоку 3 фіксації потужності .батареї статичных сетях // Промышленная энергетика. - 1989. них конденсаторів КУ Qk та споживаної підприємс№4. - С. 49-50]: твом потужності Pen ,QCn, блоку 4 ввімкнення батареї статичних конденсаторів КУ довільної потужності Од блоку 5 визначення питомих приростів '-'ном (1) активного та реактивного навантаження A,, R, та U,-U H QI=Q ,I початкового навантаження режиму електроспоживання без конденсаторної установки Р,,Поч, О, ПОч і-го де bu.p, bu,Q - параметри апроксиміювальних режиму електроспоживання, блоку 6 формування функцій; Ро і, Qo,i - споживання потужності, що відеквівалента споживаної активної промисловим Е, в повідає номінальній напрузі UH; U, - фактичний точці установлення приладів обліку споживаної рівень напруги вузла. електричної енергії, блоку 7 розрахунку оптимальПідімкнення у вузлі КУ додатково підвищує тут ної КУ Ок,огтт блоку 8 ввімкнення КУ оптимальної рівень напруги на величину, яка визначається із потужності КУ CVorrr, блоку 9 фіксації закінчення достатньою для оцінних розрахунків точністю, як часової зони д.^ j-то тарифу плати за електроене[Мозырский В.И., Вакуленко СЕ. Анализ эффектиргію, блоку 10 фіксації інтервалу At, між оптимавности работы батарей статических конденсатольних КУ Ок,огтт,м та Ок,опт,і на двох сусідніх у часі ров в сетях 0,4кВ // Промислова електроенергетиступенях регулювання, блоку 11 визначення сум ка та електротехніка (Київ). - 2002. №3. -С.30-43]: п п виду S Ap| = S A i A t i T a sR,i = X R i A t i Д™1 часової" AUk,,=^-^ (2) 0 1 ' и 1 зони Mj j-ro тарифу плати за електроенергію, блоку 12 фіксації закінчення часової зони Atj j-то тарифу плати за електроенергію, блоку 13 визначення та запам'ятовування середньоінтегральних значень в часі питомих приростів активного та реактивного навантаження при зміні потужності конденсаторної установки в даному часовому діапазоні дії тарифу оплати за електричну енергію Q • ^ блок У 1 4 переходу до наA c =~' j p i,cp i =-~ > R R де Qk,i - потужність, яку генерує КУ в і-му режимі електроспоживання; х ж - опір кола "система місце підімкнення КУ". Для мережі 0,4кВ величина ди к т І в залежності від величини батареї статичних конденсаторів КУ та величини навантаження складає 5...10В. Тепер з урахуванням виразу (2) статичні характеристики навантаження набувають виду: П = П>,і T ступної часової зони чергового тарифу (блок присвоєння j:^j+1). Схема, наведена на Фіг.5 складається з блоку 1 витримки часу, блоку 2 фіксації зміни tgq навантаження, блоку 6 формування еквівалента споживаної активної потужності промисловим підприємством Е| в точці установлення приладів обліку споживаної електричної енергії, блоку 7 розрахун Ui+AU k | l ~U H (3) 10387 10 безпосередньо визначаються в процесі регулюЦО ЦР ж вання, споживання потужності промисловим підприємством в і-му режимі електроспоживання в Вважаючи, що величина Ц, яка визначається залежності від потужності КУ Qk становитиме: електричною системою, в і-му режимі електроспоР|=Р.,поч+А,Ок живання залишається незмінною, позначимо: (11) Q i =Q^ n 0 4 +(R l -1)Q k и,-и Сумарна плата за споживання активної' та реактивної електроенергії в і-му режимі електроспо(4) живання залежить від величин Р,, Q, (рівняння U.-UH = Qo.iM U,Q (11)) і буде пропорційна величині еквівалента споuH живання активної потужності підприємством [МеЦе - потужність навантаження за умови відсутодика обчислення плати за перетікання реактивтності КУ, Очевидно, що для і-го режиму електроної електроенергії між електропередавальною споживання: Pl,n04=cortst, Q,,nO4=const. Тоді статичні організацією та її споживачами // Наказ Міністерсхарактеристики навантаження (3) в цьому режимі тва палива та енергетики України, № 19 від запишуться: 17.01.2002 р.; Симоненко Л.В., Вакуленко С.Є. p.,Qk.i Регулювання реактивної потужності конденсатор( Q i =Q 1 > n o 4 +Qo ? l Qpp k i l -Q k ,i ' них установок за величиною сумарної плати за спожиту електроенергію // Промислова електроПрипустимо, що в попередньому (И)-му реенергетика та електротехніка (Київ). -2004. -№4. жимі електроспоживання оптимальна потужність С.52-55]: КУ становила Qk,i-i. Тоді після переходу з (і-1)-го Є, = Pj + 0,0ft + С б а з (К ф-| -1)1 (12) до і-го режиму електроспоживання але перед зміною потужності КУ навантаження підприємства де Р, - активне навантаження підприємства; Q, становитиме- реактивне навантаження підприємства (з урахуЬ + ь х х b - ^,поч + Po,i K P,i Q k,i-1 Q Q (6) Q - ° і . п о ч + O,i P,i k,i-1 -Qk,i-1 У випадку підімкнення КУ довільної потужності Qk,fl навантаження підприємства становитиме: (7) Q k В процесі експлуатації КУ величини Р,', QJ, PJ" , Qi Qk-і, Qk,fl (загалом б величин в кожному режимі електроспоживання) фіксуються. Тому, визначивши абсолютну зміну споживання активної та реактивної потужності в даному режимі електроспоживання (5P,=F*-Ff та 50, =0,'-О,) при відповідній абсолютній зміні потужності КУ (6Qk =Q k i |_t-Qk i A ) можна знайти, віднявши від рівнянь (6) відповідні рівняння (7): 5Q k 6Q k (8) Вирази (8) - це не що інше, як питомі прирости активного та реактивного навантаження, які для даного і-го режиму електроспоживання є сталими величинами, і які надалі позначаємо Р^К^, = А,; Q o,iKP,i = R i (A,=const; R,=const). ванням конденсаторної установки); D - питомий сумарний економічний еквівалент реактивної' потужності, кВт/квар; Сбаз - нормативне базисне значення коефіцієнта стимулювання капітальних вкладень в засоби компенсації реактивної потужності в електричних мережах споживача; Кф, - коефіцієнт, що залежить від фактичного коефіцієнта реактивної потужності споживача tg Q*j і Витримка часу Ні Так Визначення з а Л № Rjcp, почапедвого навантаження нового рикиму бса конденсаторноГ устаиоики Л.™» А »» Формування еквівалента спожившюї активної ітотужносп Ь, в функції від 0% з урахуванням Л „ , g l ( Знаходження оптимальної QKo що вшювідаг мінімуму Е, Ввімкнення КУ о т ішалькоТ потужності Q^ Ні Час тривалості зоми ифу закінчився Фіі.6 Комп ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності', вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601