Спосіб визначення втрат активної потужності та електроенергії при передачі електроенергії розподільчими електричними мережами

1. Спосіб визначення втрат активної потужності та електроенергії при передачі електроенергії розподільчими електричними мережами, який полягає в тому, що визначають навантаження трансформаторних підстанцій, розраховують усталені режими роботи розподільчої електричної мережі та визначають втрати потужності та електроенергії, який відрізняється тим, що попередньо проводять серію розрахункових експериментів для різних навантажень трансформаторних підстанцій, формують масив даних, що відображають залежність втрат активної потужності від струму по приєднанню підстанцій, визначають емпіричну формулу втрат в елементах приєднання виду: 2 (19) 1 3 тажень для коректного визначення втрат, тому що вони не відображають реальну картину. Застосування застарілих графіків приводить до отримання результатів з істотними похибками. З іншого боку періодична (раз на рік або два роки) побудова нових характерних (типових) графіків навантажень ТП потребує значних витрат на проведення експериментальних вимірювань та класифікацію споживачів. Крім того збір детальної інформації щодо устаткування споживачів, що живляться від кожного ТП РЕМ з метою визначення відповідного типового графіку навантаження сьогодні є досить складною проблемою. Додатково зазначимо, що цей спосіб не дозволяє визначити втрати в поточному режимі роботи РЕМ. Відомий також спосіб визначення технологічних втрат в РЕМ [Методика расчета нормативных (технологических) потерь электроэнергии в электрических сетях. Утверждена приказом Минпромэнерго России от 03.02.2005г., №21], який полягає в тому, що визначають середні за період часу навантаження всіх ТП РЕМ. Для цього для ТП де встановлені прилади обліку (лічильники електроенергії) обраховують кількість спожитої електроенергії, та розраховують середнє значення потужності в ТП. У разі відсутності в ТП приладів обліку, але їх наявності на приєднаннях підстанції обраховують кількість переданої електроенергії через відповідне приєднання (головну ділянку РЕМ), від якого живляться ТП без приладів обліку, та розподіляють її пропорційно номінальним потужностям трансформаторів ТП. В подальшому розраховують середнє значення РCP активної потужності в ТП за формулою (1) як частку від ділення кількості електроенергії W на розрахунковий період часу Т. W (1) PCP = , T За результатами розрахунку одного усталеного режиму середніх навантажень РЕМ визначають втрати активної потужності. Втрати електроенергії за період отримують множенням значення втрат активної потужності на тривалість розрахункового періоду. Недоліком способу є неможливість коректного врахування додаткових реактивних навантажень ТП, прийняття допущень щодо ідентичності погодинних графіків навантаження всіх ТП РЕМ, що може призвести до істотної похибки при визначенні величини втрат енергії. Крім того, відомий спосіб визначення технологічних втрат електроенергії в РЕМ, узятий як найближчий аналог [Методика складання структури балансу електроенергії в електричних мережах 0,38-150кВ, аналізу його складових і нормування технологічних витрат електроенергії. Галузевий нормативний документ (ГНД) 34.09.104-2003. Затверджена та введена в дію наказом Міністерства палива та енергетики України від 1-7.12.2003р. №757]. Цей спосіб базується на визначенні середнього значення потужності в ТП та розрахунку одного усталеного режиму середніх навантажень РЕМ. За цим способом можливо отримувати результати у разі відсутності приладів обліку електроенергії на ТП та навіть на приєднаннях підстанції живлення. Визначення середнього значення 40590 4 активної потужності в ТП проводять таким чином: розподіляють всі приєднання на ті що мають прилади обліку електроенергії, та ті що не мають, вимірюють мінімальне та максимальне значення активної потужності по кожному приєднанню, розраховують дисперсійний коефіцієнт, що враховує нерівномірність графіків навантаження. Якщо відповідне приєднання має прилад обліку електроенергії, визначають навантаження ТП та проводять розрахунок одного усталеного режиму середніх навантажень РЕМ, отримують втрати активної потужності та підраховують за допомогою дисперсійного коефіцієнту втрати електроенергії за розрахунковий період. Якщо відповідне приєднання не має приладу обліку електроенергії, визначають еквівалентний опір цього приєднання та за формулою з урахуванням дисперсійного коефіцієнту розраховують втрати електроенергії за період. Недоліком способу є вимога щодо наявності приладів обліку хоча б на частині приєднань підстанції. Використання лише одного режиму середніх навантажень обумовлює низьку точність визначення втрат електроенергії. Крім того у способі відсутня процедура оцінювання похибки отриманих результатів та неможливо визначити втрати в поточному режимі роботи РЕМ. Технічною задачею корисної моделі є розробка способу визначення втрат активної потужності та електроенергії при передачі електроенергії розподільчими електричними мережами, в якому шляхом замірів значень струмів по приєднанням підстанції та проведенню подальших чисельних розрахунків усталених режимів та втрат в РЕМ для різних навантажень ТП досягається новий технічний результат, а саме: підвищується точність визначення втрат, забезпечується миттєве визначення втрат саме в поточних режимах роботи РЕМ лише за даними замірів значень струмів по приєднанням, проводиться оцінка похибки визначення втрат потужності та електроенергії. Поставлена задача досягається тим, що винайдений новий спосіб визначення втрат активної потужності та електроенергії при передачі електроенергії розподільчими електричними мережами, який складається з такої послідовності дій: проводять серію розрахункових експериментів для різних навантажень трансформаторних підстанцій, формують масив даних, що відображають залежність втрат активної потужності від струму по приєднанню підстанцій, визначають емпіричну формулу втрат в елементах приєднання виду DP = ax 2 + bx + c , (2) де x - величина струму по приєднанню, а, b, c - емпіричні коефіцієнти, заміряють значення струмів по приєднанням підстанції живлення, розраховують за отриманою формулою значення втрат активної потужності, при необхідності визначають втрати електроенергії як добуток значення втрат активної потужності на тривалість розрахункового періоду, визначають похибку визначення втрат 5 es = sx , (3) m DP де s x - середньоквадратичне відхилення втрат активної потужності DP для заданого струму приєднання, m DP - середнє значення втрат активної потужності (DP ) для заданого струму приєднання. Спосіб дозволяє більш точно визначити втрати лише за результатами замірів струмів в режимі реального часу, тобто взагалі не потребує наявності приладів обліку електроенергії, а тому може бути впроваджений в РЕМ будь-якого призначення. Спосіб дозволяє збільшити точність визначення втрат активної потужності та електроенергії, та дає можливість оцінити похибку результатів, що дозволяє більш точно визначати втрати, а отже оптимізувати управління режимами роботи РЕМ, обґрунтовано та ефективно встановлювати тарифи на електроенергію для споживачів. Результатом впровадження способу є економія електроенергії, палива, ресурсу електростанцій, збереження навколишнього середовища. Приклад конкретної реалізації способу визначення втрат в РЕМ. На Фіг.1 наведена частка схеми РЕМ, яка включає дві підстанції живлення, п'ять приєднань та 70 ТП. На Фіг.2 наведений графік залежностей втрат потужності від струму по приєднанням підстанцій живлення. На Фіг.3 наведені результати варіантних розрахунків втрат потужності для заданого струму приєднання. Запропонований спосіб реалізується за допомогою пристрою, який вимірює та реєструє значення струмів по приєднанням РЕМ, наприклад, за допомогою інформаційно-діагностичного комплексу "Регина". Спочатку використовується персональний комп'ютер та відоме програмне забезпечення розрахунку усталених режимів РЕМ, наприклад, вітчизняні програми МУСТАНГ (розробник Львівська політехніка), СКАНЕР (розробник ГЮЦ НЕК «Укренерго») або зарубіжні PowerFactory (розробник DIgSILENT GmbH), PSS/E (розробник SIEMENS РТЕ). На цьому етапі формують модель РЕМ. Для цього вводять в персональний комп'ютер технічні параметри ліній електропередачі та ТП, креслять схему з'єднання РЕМ. Далі на моделі проводять 2000 дослідів (розрахункових експериментів), кожен з яких включає наступні кроки: задають навантаження ТП як випадкову величину в межах від нуля до номінальної потужності ТП з нормальним законом розподілення вірогідності; розраховують усталений режим РЕМ та за результатами розрахунків отримують значення втрат потужності в обладнані приєднання та відповідне значення струму приєднання. За результатами дослідів отримують для кожного приєднання РЕМ сукупність з 2000 пар значень втрат активної потужності в обладнані приєднання та відповідне 40590 6 значення струму приєднання. Апроксимують графіки та отримують формулу визначення втрат виду DP = ax 2 + bx + c де DP - втрати активної потужності в обладнані приєднання; х - значення струму приєднання; a, b, c - коефіцієнти поліному, отримані в результаті апроксимації. Розраховують середньоквадратичну відносну похибку визначення втрат ( e s ) за формулою es = sx m DP де m DP - середнє значення втрат активної потужності (DP ) для заданого струму приєднання, 1 N å DPi , (4) N i =1 - середньоквадратичне відхилення втрат m DP = sx активної потужності (DP ) для заданого струму приєднання, 1 N 2 s2 = å ( DPi - m DP ) , (5) x N - 1i= 1 N - кількість дослідів щодо заданого струму приєднання. Далі за допомогою пристрою (наприклад амперметр або цифровий регістратор), що встановлений на підстанції живлення кожну годину вимірюють та реєструють значення струмів по приєднанням РЕМ. За допомогою формул (2) та (3) розраховують втрати потужності та похибку для відповідного значення струму, що був зафіксований приладом. Втрати електроенергії за добу отримують як суму втрат активної потужності за 24 години. Як приклад реалізації способу були визначені втрати в РЕМ, що зображена на Фіг.1, яка включає дві підстанції живлення, п'ять приєднань та 70 ТП. За результатами розрахункових експериментів для кожного приєднання одержані залежності втрат від струму та сформовані формули втрат (Фіг.2). Результати варіантних розрахунків втрат активної потужності для заданого струму приєднання наведені на Фіг.3. Результати ілюструють, що через різні можливі комбінації щодо розподілу навантажень серед ТП для заданого струму приєднання, значення втрат активної потужності можуть лежати в визначеному інтервалі. Маючи загальну формулу втрат в приєднанні визначення втрат в поточних режимах роботи РЕМ потребує лише замірів струмів по приєднанням РЕМ. Таким чином, у порівнянні з прототипом, даний спосіб дозволяє досягнути нового технічного результату - підвищити точність визначення втрат, забезпечити миттєве визначення втрат саме в поточних режимах роботи РЕМ, уникнути необхідність встановлення приладів обліку електроенергії та розрахувати похибку визначення втрат потужності та електроенергії. Загалом спосіб являється мобільним та точним при визначені втрат, виконується доступним обладнанням, яке є наявним на кожній підстанції. 7 Література: 1. Методика розрахунку технологічних втрат електроенергії в мережах електропостачання напругою від 0,38 до 110 кВ включно, Р 50-072-98. Затверджена та введена в дію наказом Держстандартом України від 29 травня 1998р. №357. 2. Методика расчета нормативных (технологических) потерь электроэнергии в электрических сетях. Утверждена приказом Минпромэнерго Рос 40590 8 сии от 3 февраля 2005г., №21. 3. Методика складання структури балансу електроенергії в електричних мережах 0,38-150 кВ, аналізу його складових і нормування технологічних витрат електроенергії. Галузевий нормативний документ (ГНД) 34.09.104-2003. Затверджена та введена в дію наказом Міністерства палива та енергетики України від 17 грудня 2003р. №757. 9 Комп’ютерна верстка О. Рябко 40590 Підписне 10 Тираж 28 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