Спосіб зниження затрат на електроенергію

Способ снижения затрат на электроэнергию, включающий изменение уровня питающего напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в часы максимального потребления электроэнергии осуществляют снижение частоты питающей сети и уменьшение уровня питающего напряжения и последовательное отключение потребителей, при этом определяют ущерб как от отключений потребителей, так и от отклонений напряжения и частоты от номинальных значений и потери активной мощности, при этом сравнивают потребляемую мощность с максимальной заданной при потребляемой мощности большей заданной электропотребители разделяют на категории по требуемой степени надежности питания и выбирают потребители с самой низкой категорией внутри выбранной низкой категории определяют регулирующие эффекты по частоте и напряжению для каждого потребителя, при этом определяют суммарный регулирующий эффект по частоте и напряжению каждого потребителя низкой категории и выключают потребитель с наименьшим суммарным регулирующим эффектом если потребляемая мощность превышает максимальную заданную мощность, последовательно выключают потребители с наименьшим суммарным регулирующим эффектом а в часы минимального потребления электроэнергии потребителей включают в порядке, обратном выключению, при этом определяют потребляемую мощность и ущерб от отключения потребителей и отклонения напряжения и частоты от номинальных значений, и потерь активной мощности, при этом сравнивают потребляемую мощность с минимальной заданной, и в случае, когда потребляемая мощность меньше минимальной заданной, осуществляют включение очередного потребителя и повышение напряжения и частоты до максимальных заданных значений. Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизации нагрузки в распределительных электрических сетях и может найти применение на потребительских подстанциях промышленных и горных предприятиях с целью снижения затрат на оплату электроэнергии Наиболее близким по технической сущности является способ использования взаимосвязи режима напряжения и мощности в 22096 узле нагрузки для управления злектропотреблением промышленных предприятий [1]. В известном способе во время максимума нагрузки питание осуществляется пониженным напряжением, что позволяет уменьшать потребление электроэнергии в эти часы о ограниченном количестве из-за невозможности снижения напряжения ниже чем это допускается по ГОСТу, т.е. до 0,9 от номинального значения (Umin = 0,9 UH). їі основе изобретения поставлена задача усовершенствования способа снижения затрат на электроэнергию, в котором при снижении напряжения осуществляется отключение оборудования в часы максимума и изменение частоты в сети, что обеспечивает более глубокое снижение потребляемой мощности и за счет этого возможно больше уменьшить потребление электроэнергии, что позволит снизить затраты на потребление электроэнергии. При этом отключение электроприемников одной категории происходит в порядке увеличения коэффициента регулирования по частоте. Поставленная задача решается тем, что а способе снижения затрат на электроэнергию, содержащем снижение напряжения во время максимума нагрузки, согласно изобретению в часы максимального потребления электроэнергии осуществляют снижение частоты питающей сети, уменьшение уровня питающего напряжения и последовательное отключение потребителей, при этом определяют ущерб как от отключений потребителей, так и от отклонений напряжения ІЛ частоты от номинальных значений и потери активной мощности, при этом сравнивают потребляемую мощность с максимальной заданной, при потребляемой мощности большей заданной потребители разделяют на категории по требуемой степени надежности питания и выбирают потребители с самой низкой категорией, внутри выбранной низкой категории определяют регулирующие эффекты по частоте и напряжению для каждого потребителя, при этом определяют суммарный регулирующий эффект по частоте и нзпряжёниго каждого потребителя низкой категории и выключают потребитель с наименьшим суммарным регулирующим эффектом, если потребляемая мощность превышает максимальную заданную мощность последовательно выключают потребители с наименьшим суммарным регулирующим эффектом, а при минимальном потреблении электроэнергии потребители включают в порядке, обратном выключению, при этом определяют потребляемую мощность и ущерб от отключения потребителей и отклонения напряжения и частоты 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4 от номинальных значений, и потерь активной мощности, при этом сравнивают потребляемую мощность с минимальной заданной и в случае, когда потребляемая мощность меньше минимальной заданной осуществляют включение очередного потребителя и повышение напряжения и частоты до максимальных заданных значений, при этом устанавливают указанный режим энергопотребления путем оптимальной загрузки, уровня напряжения и уровня частоты. Способ иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная заеисимость потребляемой мощности от напряжения сети при номинальном значении частоты в сети и: 1) обычной работе объекта; 2) отключения одного потребителя-регулятора; 3) отключении двух потребителей-регуляторов; на фиг. 2 - примерные статические характеристики нагрузки по напряжению в промышленных СЭС для: 4) асинхронных двигателей, 5) синхронных двигателей, 6) статической нагрузки; на фиг. 3 - графики изменения потерь активной мощности в асинхронных двигателях серии А и АО при: 1) Кэ = 1 (7), 8) К3 = 0,75, 9) К э -0,5; на фиг. 4 - зависимость номинального КПД от номинальной мощности на валу асинхронных двигателей серии А и АО (10); на фиг. 5 - примерные статические характеристики нагрузки по частоте в промышленных СЭС для: 11) статической нагрузки, 12) асинхронных двигателей, 13) синхронных двигателей. Способ реализуется следующим образом. Задают ограничения, за которые не должен выходить режим в энергосистеме: Pmin < Рс < Ртах Umin < U c < Umax fmln < fс < fmax (1) дРотк = Рно (5); dP H i< = dP H ifl, (6) где dP H i - величина отключаемой активной мощности иго потребителя, соответствующая номинальному уровню частоты в энергосистеме; dPi - величина отключаемой активной мощности i-ro потребителя, соответствующая установившемуся послеаварийному уровню частоты в энергосистеме; йРнід- предельно допустимая величина отключаемой активной мощности в і-том узле нагрузки; йРно - необходимый объем отключаемой активности мощности. Таким образом, задача обеспечения необходимого объема ограничений потребления активной мощности в энергосистеме в минимальном количестве отключаемых потребителей сводится к выработке оптимальной последовательности работы устройств У = Ф + И1 • ДП/Пн + ДИ, (3) где Ф - плата за фонды, И1 - постоянная 45 разгрузочной автоматики. В общем виде величина отключаемой часть годовых затрат, ДИ - сокращение выактивной мощности 1-го потребителя при чапуска продукции из-за нарушения нормальстоте f ной работы предприятия, П н - плановый dP, = dP H i • ( 1 - М • ( f H - f ) / f H (7), выпуск продукции, ДИ - дополнительные затраты производства, вызванные наруше- 50 где Кні - коэффициент, учитывающий регулирующий эффект активной мощности по нием нормального энергоснабжения. частоте в і-том узле нагрузки. Следовательно, чем меньше величина При снижении частоты в энергосистеме Кн', тем меньше и снижение активной мощуменьшается и мощность потребителей. При этом глубина снижения активной мощ- 55 ности потребителей в узле нагрузки. Поэтому минимум отключаемых потребителей ности для неидентичных потребителей разпри выполнении условий (5, 6) всегда в том личная. Величина, характеризующая случае, если нагрузка отключается последоизменение нагрузки при изменении частовательно от угла с самым малым регулируюты, называется регулирующим эффектом на 7 22096 щим эффектом активной мощности нагрузки по частоте. Таким образом, предлагаемый способ, благодаря оптимальной последовательности отключения потребителей с учетом их частотных характеристик, обеспечивает минимум суммарного объема отключаемой нагрузки одной категории. Мощность, потребляемая в узле нагрузки, в установившемся режиме зависит от напряжения узла U и частоты f в энергосистеме. Характеристики P(U) и Q(U) при f = const и P(t) и Q(f) при U = const называются статическими характеристики нагрузки по напряжению и частоте. Их вид зависит от состава нагрузки узла, а также от времени суток и времени года. Как правило статические характеристики выражаются в относительных единицах (т.е. в нормальном режиме f = U P = Q = 1). Так как для управления электропотреблением используются относительно небольшие изменения напряжения и частоты, статические характеристики, используемые для оценки реакции системы на уменьшение напряжения, можно аппроксимировать линейными зависимостями вида: Р = Рои + ри • U Q = Qou +qu • U P = Pof + pf • f Q-Qof + qf • f U C(0,9; 1,1) (8) U С (0.95; 1,05) f C(49.9;50,1) ' (9) f C(49,9;50.1) где Рои, Pot и Qou, Qof - некоторые константы; ри и qu - коэффициенты крутизны статических характеристик нагрузки по напряжению, называемые регулирующими эффектами нагрузки по напряжению; pf nqu - коэффициенты крутизны статических характеристик нагрузки по напряжению, называемые регулирующими эффектами нагрузки по напряжению. Качественно показаны статические характеристики нагрузки по напряжению (в окрестностях точки, соответствующей номинальному режиму), для основных групп приемников в промышленных системах электроснабжения - синхронных (4), асинхронных двигателей (5) и статической нагрузки (6). Также качественно показаны статические характеристики нагрузки по частоте (в окрестностях точки, соответствующей номинальному режиму) для основных групп приемников в промышленных системах электроснабжения - синхронных (13), асинхронных двигателей (12) и статической 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 нагрузки (11). В понятие статической нагрузки включаются все потребители электроэнергии, кроме двигателей; электропередачи, освещения, значительная часть коммунально-бытовой нагрузки и т.п. все эти потребители характеризуются значительной крутизной статической характеристик активной нагрузки по напряжению (величины ри для ряда ТИПИЧНЫХ статических приемников приведены в таблице: Двигательная нагрузка, имеющаяся на промышленных предприятиях, включает в себя, в основном, синхронные двигатели (ри = 0) и асинхронные двигатели. Асинхронные двигателя являются наиболее распространенным типом приемников электрической энергии на промышленных предприятиях. При изменении напряжения в сети мощность на валу синхронных двигателей остается практически постоянной, изменяются лишь потери активной мощности в двигателе на величину оР, характер зависимости которой от напряжения определяется типом двигателя и коэффициентом его загрузки, при К3 = 1 (7), К3 = 0,75(8), Кз = 0,5{9). Как видно из приведенных кривых, абсолютная величина изменения потерь активной мощности относительно невелика. Однако, она соизмерима со значениями потерь в элементах сети, а в ряде случаев, особенно при наличии большого числа маломощных двигателей, характеризующихся значительными потерями активной мощности (10), значительно повышает их. Следует отметить также, что в некоторых случаях (если двигатель работает с насыщенной или близкой к насыщению магнитной цепью и относительно небольшим коэффициентом загрузки) изменение намагничивающего тока двигателя при небольших изменениях напряжения могут быть столь велики, что ри двигателя оказывается сравним с регулирующими эффектами статической нагрузки. Регулирующий эффект может быть как положительным, так и отрицательным. Различие величин и знака регулирующих эффектов нагрузки говорит о необходимости обоснованного подхода к организации режима напряжения в часы максимума нагрузки энергосистемы: наиболее экономичный с точки зрения потребления активной мощности режим в различных СЭС может соответствовать как пониженному, так и повышенному или номинальному уровню напряжения. В первом приближении, пренебрегая потерями в распределительной сети, оценку регулирующих эффектов активной на 22096 10 10% уровне понижения напряжения [Гуревич Ю Е. и другие. Устойчивость нагрузки электрических систем. М , Энергоиздат, 1982]. Суммарные регулирующие эффекты по напряжению и частоте определяют по формуле1 р2 = pu 2 + pd 2 (11) q 2 = qu 2 + qf 2 (12) В среднем для промышленных пред- 10 В зависимости от предприятий количеприятий характерны значения Ри, располаство контрольных электроприемников могающейся в диапазоне Ри * 0,6 + 0,3, при = жет меняться от 2-х до бесконечности. грузки узлов по напряжению можно получить по выражениюPu = (Pud • Pd + Pucm * Pcm)/ /(Pd + Pcm) (10) где Pud * 0, Pucm » 1,8. Pd, P cm ~ соответ» ственно регулирующие эффекты и мощности, потребляемые двигателем и статической нагрузкой. Вид приемника Осветительная нагрузка: лампы накаливания люминесцентные лампы, включаемые по схеме с расщепленной фазой лампы ДРЛ электротермические установки ри 1.6 3,75 1,6 2(1) і Рс,.Вт U, В 22096 сфізг, З КПД,* Р ч , Йт г. 4 Вт и, Б Umax Упорядник Замовлення 4469 Техред М Келемеш 5 Коректор М Керецман Гираж Підписне Державне патентне відомство України 954655. ГСП, Киів-53, Львівська пл , 8 Відкрите акщонерне товариство "Патент", м Ужгород, вуп Гагаріна, 101