автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Повышение пропускной способности распределительных сетей по режиму напряжения в условиях Иордании

КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Авад Махмуд Саламег (Иордания)

УДК 621.316.1.024

ПОВЫШЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ РАСПШШОТЕЛЫЫХ СЕТЕЙ ПО РЕЖИМУ НАПРЯЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ИОРДАНИИ

Специальность 05.14.02 - Электрические станции

(электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации т соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1Э-М

Работа выполнена на кафедре электрических сетей и систем факультета влектроэнерготехнихи и автоматики Киевского политехнического института.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Буслова Н.В.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Зорин В.В.

- кандидат технических наук, , РиОальченко Ю.Я.

. Ведущая организация - Яаучно-инжеиершй Центр

"Электросеть" НИИ ене^/гетики Минэнерго Украины

Защита состоится "ЗЛ* .Х-СаЛЬ_ 1994г. чао. мин.

на заседании специализированного Совета К 068.14.05 по присуждают ученой степени кандидата технических наук в Киевском политехническом институте (корхус *20, ауд. М. Ч ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим негфавлять по адресу: 262066, г. Киев-56, пр. Победы, 37, КШ, Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского политехнического югатитута,

Автореферат разослан 1994г.

Ученый секретарь спюкиализировштого Совета и.т.н., профессор

/. у? I ,-

1;.л. кондра

-3-Аннотация

Целью настоящей работы является исследование и определение рациональных мероприятий и средств.способствующих повышению пропускной способности распределительных сетей Иордании по режиму напряжения; разработка методов их расчета и оптимизации. В соответствии с поставленной «елью необходимо решить следующие задачи.

1. Выполнить анализ состояния и развития энергосистемы Иордании;определить целесообразные мероприятия и средства для повышения пропускной способности ее распределительных сетей 0,38-11(6)-33 кВ;

2. Выполнить анализ факторов,влияющих на пропускную способность распределительных сетей по режиму напряжения;

3. При полном использовании основных средств регулирования напряжения исследовать целесообразность применения дополнительных устройств в зависимости от потребления реактивной мощности, характера нагрузок и их графиков;

4. Разработать методы расчета и оптимизации пропускной способности распределительных сетей при использовании регулирующих и компенсирующих устройств.

Обшэя характеристика работы

Актуальность темы. Рост коммунально-бытового и сельскохозяйственного электропотребления требует развития существующих распределительных сетей низкого и среднего напряжения.Это .как правило,приводит к их перегрузке,росту потерь,снижению качества напряжения и,как следствие,-« снижению пропускной способности. Такое положение в той или иной мере характерно для разных стран и особенно существенно проявляется в Иордании,где в распределительных сетях практически не используются регулирующие и компенсирующие устройства при значительном удельном весе нагрузок кустарного и междго промышленного производства; сами сети принадлежат частит компаниям, вопросы качества напряжения и компенсации потерь становятся предметом контрактных условий.

Поэтому работа,направленная на повышение пропускной способности распределительных сетей и связанная с решением вопросов рационального использования средств,способотвукших

стабилизации параметров и снижении потерь электрической энергии, является актуальной.

Иетоды исследования.При решении поставке чьи задач использо-зованы методы системотехники , элементы теории вероятности и математической статистики,дифференциального исчисления,линейной алгебры.

Научная новизна. Иселедовага пропускная способность распределительных сетей по режиму напряжения при использовании основных средств регулирования и дополнительном применении продольной и поперечной компенсации в зависимости от различных факторов.Разработаны иетоды расчета и оптимизации сетей с установками продольной и поперечной компенсации,базирующиеся на предельных отклонениях напряжения с учетом закона и диапазона регулирования в ЦП и оптимальных добавок на распределительных трансформаторах,позволяющие определить параметры и место установки устройств. Обоснованы принципы использования <ЛК в распределительных сетях. Предложены схемы СТК для распределительных сетей в зависимости от фумщнонального назначения устройств.

Практическая ценность работы обсуловлена тем,что результаты исследований доведены до инженерных методик и практических рекомендаций,использование и выполнение которых приводит к снижению потерь и стабилизации параметров электрической энергии. При этом эффективность повышения технико-экономических показателей возрастает за счет первоочередной и полной реализации малозатратных мероприятий рационального использования регулирующих возможностей трансформаторов.

Внедрение результатов работы планируется в распределительных сетях энергосистема Иордании,для которых она выполнялась. В настоящее время разработанные методы расчета и оптимизации используются в НИР кафедры,в учебном процессе- при проведении лекций,НИРС,курсовом и дипломном проектировании (4 дипломных проекта).

_Апробация работы. Основные положения и результаты исследований обсуждались на научных семинарах кафедры электрических сетей и систем Киевского политехнического института.

Публикации. По теме диссретации опубликовано 5 работ.

Обьем и структура работы. Диссератшонная работа состоит из введения,пяти глав,заключения и приложения. СодерлитЛМ страниц,

71 рисунков, ¡5 таблиц и список литература из И? наименований.

В первой главе приводится анализ состояния и перспективы Развития энергосистемы Иордании. Рассматриваются проблемы качества напряжения ч компенсации реактивной мопдости,возможные способы и средства их решения с использованием мирового опита Нормируется задача исследований

Во второй главе проводится исследование пропускной способности распределительных сетей по рзяиму напряжения в зависимости от различных факторов. Рассматривается влияние основных средств регулирования на ее повышение. Дается обоснование применения дополнительных средств и мероприятий.

В третьей главе рассматриваются гопросы повышения пропускной способности сетей с помощью установок лродольно-ем-костной компенсации (УПК). Приводится исследование влияния различных факторов на пропускную способность компенсированнной линии и разработанный метод расчета распределительных сетей с УЛК .

В четвертой главе в качестве средства-повышен'" пропускной способности сетей рассматриваются конденсаторные сатареи поперечного включения (ВСЮ. Предлагаются методы расчета и оптимизации распределительных сетей с БСК по техническим и эко номическ,.м критериям для однородных и неоднородных нагрузок, в т. ч. для резервированных схем.

В пятой гладе предлагается еще одно средетео поперечной компенсации для повышения пропускной способности се-тей-СТК. Обосновываются принципы испо.л;.;о£ания СТК в распределительных сетях. Выбираются схемы и расчетные модели СТК в зависимости от их Функционального назначения.

В заключении делаются выводы по работе.

В приложении приводятся исходные материалы по распределительным сетям Иордании .разработанные алгоритмы расчетов и программы,которые использовались в процессе исследований.

Краткое содержание работы

Основными потребителями в энергосистеме (ЭЭС) Иордании являются коммунально-бытовой и коммерческий сектор,а также мелкая кустарная промышленность. Потери в -члек^ ¡ческлх сетях ьь"ие,чем в развитых странах, и составляют около 1'dZ. Они есз~

растают о каждым годом,их основная доля приходится на распределительные сети 6-11-33 кВ (10%). Это можно обьяснить рядом причин. В первую очередь -нерациональным построением схем,что связано с хаотическим развитием сетей,находящихся в руках частных компаний. Распределительные сети протяженные, разомкнутые, процент резервных связей небольшой, йэдостаточное внедрение цолучага кшпенсирупщие устройства, регулирующие возможности трансформаторов с РПН практически не использук/гся. Все это приводит к тому.что отклонения напряжения в период максимальных нагрузок (летний период) превышают допустимые пределы. При этом может иметь место несиыметрия.а подключенные к сетям нагрузки мелкой промышленности в ряде случаев вызывают несинусоидальность и колебания напряжения.

Таким образом,возникает проблема повышения пропускной .способности распределительных сетей по режиму напряжения,решение которой приведет не только к стабилизации параметров электрической энергии, но и к снижению потерь.

Анализ возможных способов повышения пропускной способности сетей показал ,что в условиях Иордании для решения поставленной еадачи целесообразно рассмотреть в первую очередь основные трансформаторные средства регулирования напряжения и в качестве дополнительных-продольную и поперечную компенсацию, в г. ч. с применением СТК.

Расчет пропускной способности распределительных сетей по режиму напряжения связан с определением средств и законов регулирования, расстановкой ответвлений на распределительных трансформаторах,нахождением допустимых потерь напряжения, дающих возможность получить нормированные или принятые отклонении в сети.

В Иордании,в отличие от Украины.нет ГОСТ'а на качество электрической энергии,но так же,как во многих странах,отклонения напряжения с лтают допустимыми в пределах ± 52.

Исследование влияния графиков нагрузок и основных средств регулирования на пропускную способность сетей позволило прийти к следующим выводам. Наибольшая пропускная способность по режиму напряжения может быть обеспечена при свободном ьстречном регулировании в ЦП и,соответственно,однородных нагр,..;ках.

Возмож ^ть повышения напряжения при {¡строчном регулировании позволяет снизить потери мощности к линиях,что модат

- 7 -

Сыть проиллюстрировано следующим выражением:

мтвпгТ юо п)

\ loo 1

где 5лР -изменение потерь мощности в сетиД; -отклонения напряжения,*.

При разнородных нагрузках приходится применять стабилизацию напряжения в ЦП,и пропускная способность сетей уменьшается.

Анализ графиков нагрузок распределительных сетей Иордании выявил резкую неоднородность потребителей.Как правило,от одтЛ линии питаются талые дома,коммерческие заведения и мелкая промышленность. Такая линейная неоднородность не позволяет использовать встречное регулирование и приводит к резкому снижению пропускной способности сегей. Из рис.1 видно,что допустимая потеря напряжения получается слишком малой,обеспечить приемлемую пропускную способность только с помощью основных средств регулирования невозможно,и требуется использование дополнительных устройств.

УПК. значительная протяженность распределительных coren Иордании и разнородный состав нагрузок, в т. ч. двигательной и толчковой,обусловливает возможную целесообразность использования УПК для повышения пропускной способности этих сетей.

<Хнктическая пропускная способность компенсированной линии определяется выражением:

п -сс*(Чс-«М гут*Tfi ,, r (2)

р ----------1--------- V, crvt Co:>U

I

л

При зтом для обеспечения условий встречного регулирования: ^с < О ; Ч>« 7 W" ; соS. С Чс - fu) < О.

Мощность,при которой напряжение в конце линии достигает максимального значения:

(3)

J ил '

р и - U¡ се& fc-CG-iK-co>(ï>c --f,.)

Гл

Пропускная способность компенсированной линии в больно:1, степени зависит от коэффициента мощности нагрузки. С появлением эффективность УПК возрастает . Яп рис. 2 лидио.чтс с ут-и.та-

иш

1.3.5 - отклонения напряжения

на шинах 10 кВ ТП;

2.4.6 - то же на -пинах 0,4 кЗ. Ет - добавка напряжения в Ю.

. < ,в , д - г;

графики нагрузок.,соот- б ,г - допусгчгд!е пстеш вЪтствшыо пая к/б,про- накрялеийя для к/о

(йигщенннх и суммарных и прэшдаенЮ'Х наг"

линия.

прэшдаенЮ'Х рузЬК.

Ри.сЛ. Лицевая несщ:0рздгшс?ь;

к/С и лрэмиженная нагрузка

чениемсса?« резко возрастает необходимая степень компенсации, это влечет за собой увеличение сопротивления линиии и, как реоуль-Та'Г,-реЗКИЙ СПаД ПРОПУСКНОЙ СПОСОбНОСТИ. ОчеЕИДНО, ПРИ 80

нет смысла строми~ься к получению эффекта встречного регулирования.

При постоянных "ИГ, и пропускная способность дайн

зависит от степени компенсации. Значение собственного угла компенсированной линии .при котором момент предельной моищости • в будет наибольшим, может быть найдено из - о

дРьр.С _ - ¿¿дЧ'с [рак^с-?*)*^/^-^)^^]

Отсвда

Р I- у***** .и*

Из графиков,приведенных на рис. 3, видно, что о? шювая величина Рпр С может быть достигнута при меньшей степени компенсации, если ниже. УПК не следует рассчитывать на максимум пропускной способности. Экономически целесообразно пойтч 1 некоторое ее уменьшение,с тем чтобы значительно снизить степень компенсации, к следовательно,необходимуй мощность УЖ

В отличие от существующих методов,основанных на использовании величины наперед заданной потери напряжений в режиме максимальных нагруеок,предлагае1ч.1 метод расчета УПК,базирующийся на допустимых отклонениях напряжения в распределительной сети,с учетом закона и диапазона регулирования в СП и добавок напряжения на ГП . При этом найденн условие шунтирования батареи в зависимости от коэффициента загрузки.

При стабилизации наряжения в ЦП

♦ Ег, - КУ[

Р

а—, (г,)

А \1сы -г Д ХТч - Е 1П< при встречном регулировании

а . Еги " г ..........(6)

[ £гл<г •+ ^Т/с/7гг Т - -<йИсл

Оипн,

мир

/

-а' -¿о' -¿о' -20' о' +гй" цг

Рнс.а

вбод

исходник данинх

т

Расчет режима и определение 6 V

-\

Прадерка усла&ия

Ж'ЬМ^Ш

0£ Ц7 а! 0,9 т/рн

Рис.*

Определение места

Ькмочения УЯК (лйзд'ай* <

Расчел ЗаЪаЬок УПК £!/'«, Еим

\

Услпд^я уунтирвЗани*

М(/>) — *

Расчет X* 1

Расчет § а та рей (Ляр.Пт, А')

1

Расчет 0Ч,

— Конец,

Рис.4

- 11 -

где Л UiK-электрическая удаленность точки начала интервала

регулирования с наибольшей добавкой напряжения Ьщ;

Емк -добавка напряжения, создаваемая УПК; ¿^«.--электрическая удаленность точки с постоянным уро ':ем напряжения.

Алгоритм расчета УПК приводится ча рис. 4.

БСК. Конденсагорые батареи параллельного включения сетей эффективны при значительном потреблении в сети реактивной мощности. Поэтому целесообразно рекомендовать их применение в условиях Иордании,где в распределительных сетях, помимо промы-шенкых,значительное место занимают двигательные бьгговыэ нагрузки-кондиционеры и холодильники.

При расчете конденсаторных батарей в качестве критериев могут быть использованы экономические показатели либо показатели режима напряжения. Возможно компромиссное удовлетворение обоих требований. В первом случае существующие методы расчета, так же, как и для УПК,используют величину потери напряжения, во втором-приведенных эатрат.Оба же предлагаемых метода расчета и оптимизации БСК опираются на нормирование отклонения при полном использовании основных средств регулирования.

Алгоритм расчета БСК по условиям режима напряжения основывается на следующих положениях.

При известных добавках напряжения в 1Ш(Вп),на трансформаторе в-/ -ом ТП (Е^),потерях напряжения в линиях 6-11 кВ (tUc(e-t) ),трансформаторе ( dt/r-f ) и низковольтной сети (¿Vnf) мощности конденсаторных батарей включенных на вторичных шинах первого,второго____f-го VjI,обеспечивающие нижний

нормированный предел отклонения напряжения, могут быть найдены при решении системы уравнений вида: £ V*/-.

LZ-Qj?* (7)

En + ^ +

где x2f -суммарное реактивное сопротивление трансфома-

Т-Шх гора и ЛИШ!И 6-11 кВ от ДП рассматриваемого ТП; ' -суммарная добавка напрямвьия для -f-oro ТП.созда-ваеыая батареями, включенными в остальных ( j -их) пунктах сети.

Рассматривается поочередна;! установка батарей в ряде ТП,пока режим напряжения ю Судет нормализован. Очередность

- 12 -.

установки батарей в различных точках обусловливается удаленностью ТП но величине реактивного сопротивления. Если произвести проверку отклонений напряжения в режиме минимальных нагрузок, то можно определить возможность использования неотклю-чаешй батареи. Нерегулируемая батарея в рассматриваемом {-ом TII устанавливается при условии: т<

M'-E^ErrfCtVct^V,,]--^у » (8)

Число неотключаемых батарей может быть увеличено ва счет уменьшения принятых добавок напряжения трансформаторов в ТП.но это влечет ва собой увеличение суммарной мощности ВСК.

При рассмотрении сети с разнородными нагрузками аналогичные расчеты производятся для всех характерных режимов суточного графика Это позволяет определить не только мощности батарей, но и закон их регулирования.

Tait как расчет ведется , по предельным отклонениям напряжения б режиме максимальных нагрузок с учетом мощности всех остальных батарей в сети,и ответвления трансформаторов в ТП выбираются по режиму наименьших нагрузок при отключенных батареях, суммарная мощность конденсаторов получается минимальной.

Второй предлагаемый метод расчета БОК предполагает их оптимизацию с учетом экономических критериев. В связи с тем,что электростанции ЭЭС Иордании работают на недорогих в условиях нефтеносного региона нефтепродуктах и графики нагрузок характеризуются небольшим числом часов использования максимума,даже при относительно высоком уровне потерь в качестве экономического критерия можно рассматривать стоимость оборудования. Этот же подход может быть принят при расчете резервируемых сетей,если определяющим для выбора компенсирующих устойств является послеаь ¿ийннй регмм.

В таких случаях предлагается расчет и.оптимизацию ВСК выполнять с ломохцыо методов линейного программирования .которые удобны для решения задач с большим количеством ограничений.

Задача эаключае в определении минимума функции

I

1 1СЗО<6 J

tn 1)1

*1г «7

при ограничениях Г Тл . -г •

^х, *

МГн1

где -мощность ВСК, устанавливаемой в/-ом ТП на напряжении 0,4 кВ или 11 кВ(квар);

Ко -стоимость 1 квар мощности батареи на напряжегии 0,4 кВ или И кВ (дин/квар); -реактивные сопротивления трансформатора в-/--см ТП и на I -ом участке сети (Ом).

Помимо этого,могут вводиться ограничения, не допускаквде. перекомпенсадаю в сети,обеспечивающие необходима аззу и т.д.

Таким образом,можно определить экономически целесообразную конденсаторную мощность,подключаемую как на напряжении 0,4 кВ.так и на 11 кЕ

СТК в настоящее время нашли.в основном,применение в сетях СВН и УВК. Однако в связи с насыщением мирового ринка тиристорами СГК можно рекомендовать и для использования в распределительных сетях, где устанавливается основная масса источников реактивной модности и существенными являются вопроси стабилизации параметров электрической энергии.

В условиях Иордания,в силу разнохарактерного состава нагрузок и необходимости повышения пропускной способности распределительных сетей,СТК должны быть особенно эффективны,поскольку их многофункциональные возможности позволят заменить ряд других устройств.

Соображения по выбору схем СТК для распределительных сетей базируются на их функциональном назначении и относительно невысокой стоимости. На рис. 5 представлена одна из таких схем,позволявшая осуществлять регулирование в широком диапазоне (рис. б).

Выбор расчетной модели СТК тоже связан с его функциональным назначением и включает в себя вопросы моделирования не только самого СТК ,но и узла его подключения. В качестве базисной может Оыть принята модель обобщенного СТК при работе з диапазоне регулирования он представляется з виде РУ-узла, при

Piíc.5

Рис.6

Рис.7

- 1Б -

работе вне диапазона регулирования -шунтовой проводимостью Е Использование таких Оазисных моделей позволяет определить диа-j лзон изменения мощности СТК независимо от его типа

Установка СТК представляется целесообразной на вторичных шинах тех ЦП 33/11 кВ.где применение СТК оправдано технико-экономическими условиями.например,регулированием напряжения при неоднородной нагрузке,соблюдением баланса реактивной мощности, необходимостью симметрирования нагрузки или фильтрации гармоник. В любом случае эффект скажется на пропускной способности распределительных сетей 33 кЕ Параметры СТК зависят от условий функционирования схемы сети и должны бить учтеы при составлении схем замещения сетей,содержащих эти устройства.

Схема замещения и алгоритм расчета при симметричной нагрузке приведены на рис. 7.

Для симметрирования режимов в трехфазной сети в общем случае следует использовать компенсатор *с пофазным управлением, рассчитанный как на выдачу,гак и на потребление реагаивкой мощности.

В схему замещения сети входят нагрузки в виде полных про-водимостей,СТК моделируется реактивными проводимостями. При полном симметрировании нагрузки схема замещения сети мож быть представлена эквивалентной симметричной схемой с чисто активными проводимостями.

Расчет токов и мощностей компенсатора производится следу-щим образом:

Je с <1;)

где -мнимые составляющие токов нагрузки

И соответственно:

Qcec - Q^Oc -Gk

q*cu s Qc Qf ~0(

Следует отметить, что, обеспочив симметрирование нагруз-ки,можно использовать этот же тип СТК для per; 1ирования напряжения и поьшения со» y* •

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате проведенного анализа состояния распределительных сетей Иордании определена необходимость повышения их пропускной способности и выбраны средства,позволяющие эффективно воадействать на уменьшение потерь и стабилизацию параметров электрической энергии.

2. Показана зависимость пропускной способности сетей от вакона регулирования напряжения в Ш,ступени регулирования распределительных трансформаторов,формы графика и степени неоднородности нагрузок. Определены условия,при которых возникает необходимость применения тех или иных дополнительных средств повышения пропускной способности сетей (конд^.аторкых батарей продольного и поперечного включения, СТК).

3. Исследо! -м факторы, влияющие на пропускную способность распределительных линий при осуществлении продольной компенсации. Разработан метод и алгоритм расчета УПК. Определены условия шунтирования батареи при встречном регулировании и стабилизации напряжения в ЦП.

4. Предложены методы и алгоритмы оптимизации мест установки, параметров и ваконов регулирования БСК с использованием технико-экономических критериев,в т.ч. в резервируемых сетях.

Б. Показана эффективность использования в распределительных сетях 33 кВ статических компенсаторов. Даны рекомендации по выбору типа компенсатора для этих сетей в зависимости от его функционального назначения. Предложены расчетные модели СТК и схемы земешэния сетей,а также методы определения параметров СТК для симметричных и несимметричных нагрузок.

б. Предлагаемые методы и алгоритмы расчетов рассматриваемых средств повышения пропускной способности распределительных сетей базируются на условии полного использования основных средств регулирования напряжения,доведены до инженерных методик и реализованы в ¡счетах сетей 11-33 кВ Иордании.

Литература

1.АвадМ.С. Анализ развития энергосистемы Иордании и проблема повышения пропускной способности сетей. Киев,политехнический институт. Киев, 1993-16с. Деп. в ГНТБ Украины, N2368-УК 93.

2. Буслова Н. Е , Авад К С. Средства повышения пропускной способности распределительных сетей по режиму напряжения. Киев,политехннчесетй институт. Киев.1993.-10с. Ден. в ГНТБ Угсра"-ны, N2368-УК 93.

3. Буслова Я а, Авад М. С. повышение пропускной способности распределительных сетей по режиму напряжения с помощью продольно-емкостной компенсации. Киев, политехнический институт. Киев, 19вЗ-12с.Деп. в ШБ Украины. «2532 -УК 93.

4.Буслова на ,Авад М.С. Влияние основных средств регулирования на повышение пропускной способности по режиму напряжения. Киев, политехнический институт. Киев, 1093-110. Леп. в ГНТБ Украины, N2370- УК 93.

5. Буслова Е В., Авад м. С. Выбор кондесагорных батарей в резервированных распределительных сетях. Киев,политехнический ииститут. Киев,1993-12с. Дея. в ГНТБ Украины, N2533- УК 93.