автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка методов и алгоритмизация управления режимами реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия

На правах рукописи

■ ' - У

0046062^ Хомяков Александр Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 ИЮН 2010

Владикавказ 2010

004606237

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Северо-Кавказский горнометаллургический институт (государственный технологический университет)»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Кумаритов Алан Мелитонович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гроппен Виталий Оскарович

кандидат технических наук Засеев Сергей Георгиевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Северо-Кавказский

государственный технический университет»

Защита состоится «29» июня 2010 г. в 13.00 ч на заседании диссертационного совета Д 212.246.01 в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу: 362021, PCO - Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, СКГМИ (ГТУ).

Факс: (8672) 40-72-03, e-mail: info@skgmi-gtu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевероКавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета).

Автореферат разослан « At » 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.246.01, к.т.н., доценг

А.Ю. Аликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Электрическое хозяйство промышленного предприятия как система состоит из отдельных подсистем, одна из которых система электроснабжения. Потери электрической энергии в системе электроснабжения ведут к дополнительным экономическим затратам и отрицательно сказываются на качество электрической энергии.

Компенсация реактивной мощности - вот путь к уменьшению потерь в системе электроснабжения больших и малых промышленных предприятий. Значительное количество реактивной мощности, в настоящее время, генерируется источниками освещения (люминесцентными лампами), нелинейной нагрузкой, системами приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования. Кроме того, качество электрической энергии на предприятиях и в офисных зданиях, как правило, не соответствуют требованиям ГОСТ 53333-2008. Все это и повышенная потребляемая из сети реактивная мощность, и снижение качества напряжения, влечет за собой дополнительные расходы на оплату электроэнергии и ремонт выходящего из строя технологического оборудования.

Для минимизации потерь с целью улучшения использования электрической энергии в условиях ограничений на максимальную потребляемую мощность большая роль отводится новым техническим средствам и системам управления, позволяющим улучшить энергетические характеристики: повысить коэффициент мощности сети (соя(щ)) до заданных значений, уменьшить содержание гармоник в питающем напряжении, а также упрощающим проведение мониторинга сети.

Компенсацию реактивной мощности в полной мере можно отнести к энергосберегающим технологиям. Повышение со&((р) позволяет уменьшить потребление из сети активной и реактивной энергии и увеличить срок службы оборудования за счет разгрузки по мощности.

Задача компенсации реактивной мощности состоит в оптимизации управления режимами реактивной мощности в узле нагрузки. Учет и управление потреблением и распределением реактивной мощности в системах электроснабжения промышленного предприятия является актуальной задачей.

Объект исследования: системы управления распределением реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия.

Предмет исследования: методы и алгоритмы управления реактивной мощностью в системе электроснабжения промышленного предприятия.

Цель работы. Основной целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования системы электроснабжения промышленного предприятия за счет оптимального управления режимами реактивной мощности в электрических сетях 0,4 кВ.

Задачи исследования. В соответствии с целью диссертационной работы поставлены и решены следующие задачи:

- анализ потерь электрической энергии и путей по их устранению в системе электроснабжения промышленных предприятий;

- обзор существующих систем управления потоками реактивной энергии на промышленном предприятии;

- разработка способа управления установкой реактивной мощности, работающей при несимметричной нагрузке в сетях 0,4 кВ;

- разработка метода компенсации реактивной мощности одних узлов нагрузки за счет реактивной мощности не включенных секций конденсаторных батарей в других узлах системы электроснабжения промышленного предприятия;

- разработка алгоритма оптимального управления режимом реактивной мощности узла нагрузки (промышленного предприятия).

Методы исследования. В исследованиях использованы методы системного анализа, теорий автоматического и оптимального управления и программирования, компьютерного моделирования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований, результатами внедрения разработанной системы управления на ряде промышленных предприятий.

Научная новизна:

1. Разработан способ управления установкой компенсации реактивной мощности, применение которого позволит снизить

потери электрической энергии за счет уменьшения режимов не-докомпенсации и перекомпенсации реактивной мощности в отдельных фазах при несимметричной нагрузке.

2. Разработана математическая модель блока управления конденсаторной установкой по коэффициенту мощности сети (сов^)), позволяющая определить амплитуду синусоидальных сигналов тока и напряжения сети для реализации метода компенсации реактивной мощности в узлах нагрузки системы электроснабжения промышленного предприятия.

3. Предложен метод компенсации реактивной мощности одних узлов нагрузки за счет реактивной мощности в других узлах нагрузки системы электроснабжения, отличающийся использованием не включенных секций конденсаторных батарей в установках компенсации реактивной мощности на промышленном предприятии.

4. Разработан алгоритм управления режимами реактивной мощности узла нагрузки (промышленного предприятия), применение которого позволит существенно снизить затраты предприятия на оплату реактивной мощности за счет уменьшения потерь электрической энергии.

Практическая значимость:

- на основе методов системного анализа и особенностей функционирования системы электроснабжением промышленного предприятия разработаны критерии и алгоритмы ее управления;

- разработано и реализовано математическое и алгоритмическое обеспечение: для управления мощностью конденсаторных батарей и режимами реактивной мощности промышленного предприятия; для получения обоснованных оценок текущего состояния системы электроснабжения промышленного предприятия для снижения потерь электрической энергии; для решения задач повышения устойчивости узла нагрузки и обеспечения необходимых показателей качества электрической энергии в системе электроснабжения промышленного предприятия;

- основные результаты работы, выводы и рекомендации внедрены и используются на промышленном предприятии ОАО «ШАТЛ», а также в учебном процессе.

Реализация результатов работы. Полученные в работе результаты использованы ОАО «ШАТЛ» при принятии решений по

модернизации существующего технологического оборудования и поддержания оптимального коэффициента мощности сети. В отчетах научно-исследовательской работы Армавирского механико-технологического института (филиала) ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», тема: «Повышение эффективности электропотребления в системе промышленного электроснабжения» per. №11.86.1. В учебном процессе по курсам «Проектирование энергетических установок», «Основы электроснабжения» и «Теория оптимального управления», в дипломных проектах по специальности 14.06.10 - Электрооборудование, электроснабжение и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений и 080805.68 - «Прикладная информатика в экономике».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение научной общественности: на межкафедральном семинаре АМТИ (филиал) ГОУ ВПО КубГТУ (г. Армавир, 2008 г.), VII международной научно-практической конференции «Совершенствование управления научно-техническим прогрессом в современных условиях» (г. Пенза, 2009 г.), научных семинарах кафедры «Внутризаводского электрооборудования и автоматики» Армавирского механико-технологического института (филиала) Кубанского государственного технологического университета (2005-2009 гг.), научных семинарах кафедры «Информационные системы в экономике» Северо-Кавказского горно-металлургического института (ГТУ) (г. Владикавказ, 2007-2010 гг.), различных региональных совещаниях, научно-практических конференциях ассоциации «Промышленники» и вузов Краснодарского края, ежегодных НТК ОАО «ШАТЛ» (2005-2010 гг.), IV научной конференции «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управления проектами CAD/CAM/CAE/PDM» (г. Пенза, 2010 г), II Ежегодной Всероссийской научно-практическая конференции «Перспективы развития информационных технологий» (г. Новосибирск 2010 г.), I Международной научно-практической конференции «Наука и современность», (г. Новосибирск, 2010 г.).

Личный вклад автора. Основные научные положения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 7 публикациях, в т. ч. 2 опубликованы в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, и 2 в материалах международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 97 наименований и 1 приложения. Общий объем диссертации 107 страниц печатного текста, включая 35 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи диссертации, охарактеризована ее структура, показана научная новизна работы, практическая значимость работы и ее реализация.

В первой главе выполнен анализ потерь и оценка мероприятий по их уменьшению в системе электроснабжения промышленных предприятий. Были исследованы работы следующих ученых: Артемьева А. В., Герасименко А. А., Жежеленко И. В., Железко Ю.С., Кудрина Б. И., Мельникова Н. А., Поспелова Г. Е., Савченко О. В, Титова В. В. В области построения сложных систем управления исследованы результаты работ Бусленко Н. П., Кротова В. Ф., Лагоша Б. А., Горбатова В. А., Поспелова Г. С., Поспелова Д. А., Растригина Н. П. и других ученых.

Проведенный в работе анализ электрохозяйств промышленных предприятий показал следующее: в системе электроснабжения промышленных предприятий имеет место высокий уровень потерь электрической энергии, которые ведут к дополнительным экономическим затратам и отрицательно сказываются на качество электрической энергии; к потерям в сети низкого напряжения относятся потери в понижающих трансформаторах, в кабельных линиях на джоулево тепло, потери в измерительных трансформаторах тока и трансформаторах напряжения, включая счетчики электроэнергии, а также расход электроэнергии на собственные нужды подстанций; одним из наиболее эффективны методов уменьшения потерь электрической энергии является компенсация реактивной мощности.

На рисунке 1 показан график относительных активных потерь в проводах и силовых кабелях в зависимости от со$((р).

Выполнен анализ влияния компенсации реактивной мощности на потери в системах электроснабжения промышленных предприятий, которые возникают при передаче реактивной мощности по элементам системы электроснабжения и обоснована проблема применения автоматических компенсирующих устройств при групповой компенсации реактивной мощности, возникающая из-за невозможности полностью устранить несимметричность нагрузок по фазам.

□ коэффициент мощности сета ■ потери активной мощности

Рисунок 1 - График относительных активных потерь в проводах и силовых кабелях в зависимости от cos(ср)

На малых и средних промышленных предприятиях большее применение нашли установки компенсации реактивной мощности с помощью батарей статических конденсаторов. Батареи статических конденсаторов (БСК) предназначены в основном для компенсации индуктивной компоненты и коррекции коэффициента мощности. БСК получили широкое распространение благодаря их относительно невысокой стоимости, простоте установки и возможности включения в любой точке сети. За счет использования БСК достигается повышение качественных показателей на-

пряжения в нагрузке, улучшенная стабилизация напряжения (при корректном схемотехническом решении), уменьшение потерь, а также уменьшение или отсрочка капиталовложений в линии электропередач.

При этом нужно учитывать, что компенсация реактивной мощности нагрузки приводит к повышению напряжения в цеховой электрической сети и, как следствие, увеличению потребления активной мощности. Поэтому, решая задачу компенсации реактивной мощности нагрузки, одновременно нужно регулировать напряжение в цеховой электрической сети, чтобы не допустить роста электропотребления.

В общем виде рассмотрены фактические изменения потерь активной энергии при компенсации реактивной мощности нагрузки с учетом режима напряжения для участка сети.

Баланс активной и реактивной мощности сети можно записать:

^(С/) = Р2(С/) + А^2(С7)

&(Ц) = Ог<Ю + &Ои(и) '

где Р2 - активная нагрузка сети, кВт; £- реактивная нагрузка сети, кВар\ АР¡2 - потери активной мощности, кВт;

— потери реактивной мощности, кВар; Р1н(),- расход электроэнергии от энергосистемы.

При допустимых отклонениях напряжения в пределах 10% от и,юм зависимости потребляемой нагрузкой активной и реактивной мощностей от напряжения можно представить:

Р2(и) = Р2-иа2>

где и2, = иу!г

/ пом

нагрузки;

- относительное значение напряжения в узле

акЬ- коэффициенты аппроксимации статических характеристик нагрузок;

P2MQ2- активная и реактивная мощности нагрузки при U2=UH0M.

На основе приведенных преобразований для известных соотношений потребление активной и реактивной мощности от источника питания можно представить в следующем виде:

W) = р2-Щ.к •(!-7?

ном нояг . (3)

ß(ü) = q2 .(1 -r)-ul +~-Q22-0-y)2

ном ном

В общем случае, можно говорить о регулирование потребления мощности от источника питания в зависимости от вида статических характеристик и степени компенсации реактивной мощности. Анализ полученных зависимостей показал, что компенсация реактивной мощности позволяет получить экономию электрической энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий только на основе взаимосвязанного регулирования режима реактивной мощности и регулирования при этом напряжения в узлах комплексной нагрузки.

На основании анализа сделан вывод о необходимости создания и разработки алгоритмов и методов для решения задач компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях.

Вторая глава посвящена разработке способа управления установкой компенсации реактивной энергии при несимметричной нагрузке и метода компенсации реактивной мощности одних узлов нагрузки за счет реактивной мощности не включенных секций конденсаторных батарей в других узлах нагрузки системы электроснабжения промышленного предприятия.

Промышленные предприятия характеризуются наличием огромного числа однофазных приемников электрической энергии на низших уровнях системы электроснабжения, что приводит к несимметричному распределению нагрузки по фазам. Поэтому использование конденсаторных установок с регулированием мощности батарей статических конденсаторов по току одной фа-

зы приводит к неполной компенсации или перекомпенсации реактивной мощности в других фазах.

Потребность в реактивной мощности каждой фазы различна и зависит от нагрузки. Для уменьшения режимов перекомпенсации и недокомпенсации необходимо учитывать со ер каждой фазы, а именно регулировать мощность конденсаторных установок при групповой нагрузке по средневзвешенному значению коэффициентов мощности фаз:

Алгоритм функционирования системы управления конденсаторной установкой показан на рисунке 2.

Эффективность применение метода регулирования мощностью установок компенсации реактивной энергии по средневзвешенному значению коэффициентов мощности фаз показана на рисунке 3.

При математическом моделировании системы управления установкой компенсации реактивной мощности возникла сложность определения амплитуд тока и напряжения.

На рисунке 4 представлена схема модели, позволяющая определить амплитуду любого синусоидального сигнала, выполненная в программе MATLAB приложение Simulink, где:

Sine Wave - исследуемый синусоидальный сигнал сети «311-sin (cot)»-,

100-cos(cot) и 100-sin(<ot) - вспомогательные синусоидальные сигналы;

Productl и Product2 - элемент умножения сигналов;

Integl и Integ2 - элементы интегрирования сигналов;

77 и72 - элементы смещения сигналов на период Т=1//";

Sum, Sumí и Sum2 - элементы суммирования сигналов;

Fen, Fcnl и Fcn2 - функции математических операций;

Display - элемент вывода информации;

Scope - осциллограф.

COS фр =

Рл cos <рА + Рв cos tpB + Рс cos д>с

(4)

Рисунок 2 - Блок-схема алгоритма функционирования системы управления мощностью батарей статических конденсаторов при групповой нагрузке

20

Оа 15,4 12,31 15,7 13,1 2,34 14,7 15,5 13,7 14,8

■ ОЬ 14,8 13,2 13 12,8 3 10,41 1~зУз~ 15,1 13,1

■ Ос 10,1 1^17,5 ¡13,3) 6,5 [Г^ТоУГщГ) 13,1

■ Оср 13,4 12,2 1з/ГркГ 3,95 13 13,2 14,2 13,7

Рисунок 3 - График потребления реактивной энергии по фазам на участке швейного цеха предприятия ОАО «ШАТЛ»

Автоматическое управление мощностью конденсаторных установок позволяет значительно снизить потери электрической энергии. Существующие способы управления установками компенсации реактивной мощности реализуются путем коммутации секции конденсаторных батарей, ориентированных на индуктивные нагрузки узлов системы электроснабжения, в которых они находятся. Однако при этом невозможно в полной мере использовать конденсаторные установки на протяжении суток, т.к. одни потребители в определенные периоды не работают или работают с минимальной нагрузкой, а другие в это же время работают с максимальной нагрузкой. Для промышленных предприятий целесообразно компенсировать реактивную мощность одних узлов с помощью конденсаторных установок установленных в других узлах за счет реактивной мощности не включенных секций конденсаторных батарей.

31п«

соз<гМ)

Рисунок 4 - Схема модели, позволяющая определить амплитуду любого синусоидального сигнала

Разработана математическая модель оптимального управления мощностью компенсирующих устройств (КУ) в системе электроснабжения промышленного предприятия, г-х узлах которой имеются не включенные секции конденсаторных батарей на протяжении расчетного периода А/, а в у'-х узлах имеется неском-пенсированная реактивная мощность:

т

&(')=£(&-&)> о,

»=1

¡-т+1

где Он - мощность не включенных секций конденсаторных батарей, кВар;

Qr¡, -не скомпенсированная реактивная мощность, кВар.

За критерий управления принято снижение затрат на активную и реактивную электроэнергию. Задача оптимального управления - включение тех секций и в тех узлах, которые обеспечат максимальное снижение этих затрат.

Поиск нужных секций представлен в виде последовательности шагов, на каждом из которых включается одна секция в определенном узле. Тогда снижение затрат:

= (7)

1

где АЗ - снижение затрат на р-и шаге, руб.; ц - количество шагов для поиска оптимального решения.

Поставленная задача решается на основе метода динамического программирования Беллмана Р.Э. В соответствии с его положениями математическая модель управления мощностью КУ, отображающую пошаговое включение секций конденсаторных батарей, имеет следующий вид:

(5)

(6)

16 ' ДЗД

/2=У;+Ш<1(АЗ/)2

1 + тахГ=1(ДЗД , (8)

/9=/?_1+тахГ=1(А ЗД

где ^ - максимальное снижение затрат на электроэнергию на /7-м шаге.

Для промышленного предприятия снижение затрат для /- го узла на р-м шаге определяется по выражению:

(9)

где А - затраты предприятия при компенсации реактивной мощности от энергосистемы, руб.;

В - затраты предприятия при компенсации реактивной мощности за счет не включенных секций конденсаторных батарей компенсирующих установок, расположенных в системе электроснабжения промышленного предприятия, руб.

При компенсации реактивной мощности повышается уровень напряжения, которое необходимо контролировать. Условие ограничения на повышение напряжения следующее:

иг^идоп, (Ю)

где 111 и 17доп ~ текущий и допустимый уровни напряжения.

Превышение напряжения на шинах поверяют по условию ограничения. Если оно выполняется, то данную секцию включают, а если не выполняется, то эту секцию не включают, но ее мощность не учитывают в дальнейших расчетах.

Расчеты проводят до тех пор, пока выполняются неравенства:

&('0>о, ОД0>°- (11)

Расчеты оптимального использования реактивной мощности конденсаторных установок выполняются по алгоритму:

- для каждой не включенной секции 1-х узлов вычисляют значение снижения затрат (А3,)р;

- находят максимальное значение снижения затрат по значениям, полученным в п.1;

- включают мощность секции, обеспечивающей максимальное снижение затрат;

- если ограничение по напряжению выполняется, то найденную в п.З секцию включают и из дальнейших расчетов исключают;

- если неравенства ()к1 (?) > 0, <2«/ (/) > 0 выполняются, то

расчет продолжают.

На рисунке 5 представлена блок-схема алгоритма управления реактивной мощности конденсаторных установок на промышленном предприятии.

В таблице 1 приведены результаты эксперимента для системы электроснабжения предприятия ОАО «ШАТЛ», которые показывают, что применение такого метода управления реактивной мощностью имеет положительный экономический эффект. Расчеты выполнены при С)<=0, руб., и Ср~0,34, руб., для условия, что ежедневно в течение 2-х часов имеются не включенные секции конденсаторов мощностью 25, 50 и 100 кВар, а на шинах трансформаторной подстанции 6/0,4 кВ в это же время есть не скомпенсированная реактивная мощность 250 кВар.

^ НАЧАЛО ^

ВВОД ДАННЫХ:

- параметры схемы замещения

- тарифы на активную

и реактивную энергию

Расчет реактивной мощности по узлам системы электроснабжения промышленного предприятия

Вычисление максимального снижения затрат на реактивную энергию для всех не

включенных секции конденсаторных батарей

Включение соответствующей секции запрещено (из дальнейших расчетов она исключается)

I

Включение соответствующей секции конденсаторной батареи согласно расчету максимального снижения затрат

Рисунок 5 - Блок-схема алгоритма управления реактивной мощностью конденсаторных установок на промышленном предприятии

Таблица 1 - Результаты эксперимента для предприятия ОАО «ШАТЛ»

Шаг Номер узла, в котором включается секция Номер включаемой секции И),. руб./год Мощность включаемой секции КБ, кВар Общая мощность не включенных КБ, кВар Не скомпенсированная мощность по узлам системы электроснабжения промышленного предприятия, кВар

I 3 3 1294 руб. при Ср=0 41827,2 руб. при Ср=0,34 100 425 150

2 2 3 100 325 50

3 3 2 50 275 0

В третьей главе разработан алгоритм управления режимом реактивной мощности на промышленном предприятии с многоуровневой системой электроснабжения.

Любую систему электроснабжения, как известно, можно представить в виде многоуровневой схемы, содержащую М ветвей и N узлов. В узлах сети имеются Ь реактивных нагрузок Оа и К источников реактивной мощности ()ц. Каждый источник реактивной мощности характеризуются стоимостью генерируемой им мощности СР. Стоимость активной энергии, потребляемой из энергосистемы, равна СА.

Суммарные затраты на оплату реактивной мощности определяются как сумма стоимостей потерь в линиях, потерь в источниках реактивной мощности и стоимости потребляемой мощности от каждого источника реактивной энергии, что математически можно записать в виде функции:

м к

ш-ам&п-йик)=£с„ -д-а2 • АИ]-$И] +

<=1 у=1

где А, - удельные квадратичные потери активной мощности в линии, кВт/квар2;

Qi - реактивная мощность в /-ветви, квар;

0,щ - реактивная мощность /-го источника, квар;

Ащ - удельные квадратичные потери активной мощности в /-м

источнике, кВт/квар;

Вщ - удельные потери активной мощности в у'-м источнике, кВт/квар.

Уравнения, связывающие между собой переменные 0,щ и Q¡ имеют вид:

= 0, (13)

п=1

где ()цп - реактивная мощность источников реактивной энергии в узле нагрузки;

QAn - потребляемая реактивная мощность узла нагрузки.

Для поиска минимума функции суммарных затрат используем метод множителей Лагранжа. Взяв частные производные от функции Лагранжа dЗ/dQh <13/с1(2и и граничные условия получим систему уравнений:

• = -О, + +СР)+1А • (14)

Неизвестные величины системы уравнений имеет следующую структуру:

£2в - реактивные мощности в ветвях сети Qi, ()ц - реактивные мощности источников реактивной энергии <2И/, X - неопределенные множители Лагранжа.

Величины свободных членов системы уравнений имеет следующую структуру:

Ви - коэффициенты потерь в источнике реактивной мощности прямо пропорциональных генерируемой реактивной мощности; Оа — реактивные нагрузки в узлах электрической сети.

Решение системы линейных уравнений позволяет определить значения реактивных мощностей для каждого из источников, при которых затраты на компенсацию реактивной мощности в распределительной сети и ее элементах будут минимальны.

При реализации систем управления источниками реактивной мощности на предприятии их работа должна осуществляться по алгоритму:

- ввод массива располагаемых источников реактивной мощности ()цр

- ввод массива параметров схемы замещения Д;

- ввод значений реактивных мощностей в линиях электропередач <2<;

- определение текущей тарифной зоны и выбор соответствующих тарифов на активную Сл и реактивную Ср мощность;

- расчет вектора оптимальных значений реактивной мощности источников по функции суммарных затрат £)и(оПт/,

- выдача управляющих сигналов на источники реактивной мощности;

- сравнение напряжения сети с допустимым отклонением. Если ис<идо„, то продолжать расчет. Если Ц>идоп, то выдать сигналы управления напряжением в узле нагрузки.

Регулирование напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий имеет свои особенности. Распределительные сети 6-10 кВ предприятий и цеховые электрические сети 0,4 кВ имеют небольшую протяженность и в связи с этим «тесную» связь между напряжением на зажимах электроприемников и в отдельных точках сети с регулированием напряжения в центре питания (центральная распределительная подстанция, главная понизительная подстанция).

На рисунке 6 приведена блок-схема алгоритма автоматического управления режимом реактивной мощности на промышленном предприятии.

Рисунок 6 - Блок-схема алгоритма работы автоматической системы управления режимом реактивной мощности на промышленном предприятии

Для реализации алгоритма оптимального управления источниками реактивной мощности автоматизированная система должна располагать следующим информационным и техническим обеспечением по системе электроснабжения управляемого объекта:

1. По системе электроснабжения управляемого объекта:

- схема замещения системы электроснабжения;

- параметры схемы замещения электрической сети;

- точки подключения источников реактивной мощности в распределительной сети;

- номинальное напряжение сети.

2. По системе электропотребления:

- тарифы на активную С а и реактивную электроэнергию Ср,

- временные интервалы тарифных зон суток и соответствующие им коэффициенты изменения стоимости электроэнергии.

3. По источникам реактивной мощности:

- технические характеристики: мощность батарей статических конденсаторов, количество ступеней и их значение;

- экономические показатели: удельные потери активной мощности в батареях статических конденсаторов.

Измерение параметров режима электрической сети и потоков мощностей может быть осуществлено на базе систем технического учета электроэнергии при подключении необходимых приборов учета в соответствующих точках схемы электроснабжения (счетчиков активной и реактивной энергии, трансформаторов тока и напряжения).

Разработанные методы компенсации реактивной мощности могут быть использованы совместно. Результаты эксперимента для предприятия ОАО «ШАТЛ» занесены в таблицу 2. Расчет проводился с учетом ступенчатости регулирования мощности конденсаторных батарей и при условии, что тариф на реактивную энергию составляет Ср=0 руб./кВар.

В заключении обобщены основные результаты и выводы по работе.

Таблица 2 - Результаты эксперимента на предприятии ОАО «ШАТЛ»

Сопротивление схемы замещения, Ом Мощность секций конденсаторных батарей, <3и, кВар Удельные квадратичные потери в линиях, кВт/квар2 Удельные квадратичные потери и удельные потери в источниках, кВт/квар2; кВт/квар Потребление реактивной мощности в узлах, кВар Расчет оптимальных значений реактивной мощности, Qonm Мощность включенных секций батарей Величина реактивной мощности от сети, кВар Мощность не включенных секций Секции, которые необходимо включить Величина реактивной мощности от сети, кВар Снижение затрат на реактивную мощность, руб./ч

I г 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ктр~ 0,002 - 0,0125 - 519 - - 159,07 - - 4

0,036 - 0,225 - 519 - - 159,07 - - 4

Ккл1 = 0,168 5,25, 50,100 1,05 0,001 0,004 86 86,07 80 6,07 100 100 0

0,134 5,25, 50,100 0,836 0,001 0,004 128 127,84 125 3 5,50 2,25 0 15,5

КкпЗ~ 0,11 5,25, 50,100 0,69 0,001 0,004 170 169,99 155 15 25 - 4

0,124 - 0,775 - . 62 62,03 ■ 62 - - 0

0,169 - 1,056 - 73 72,91 • 73 - 0

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наиболее существенные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Проведен анализ потерь электрической энергии в зависимости от передачи реактивной мощности по элементам системы электроснабжения промышленного предприятия.

2. Для снижения загрузки технологического электрооборудования показана необходимость и целесообразность взаимосвязанного регулирования режима реактивной мощности и напряжения в сис-

теме электроснабжения промышленного предприятия, что позволит достигнуть снижения электропсггребления и повысить эффективность применения источников реактивной мощности.

3. Разработан способ управления мощностью батарей статических конденсаторов, позволяющий уменьшить режимы недоком-пенсации и перекомпенсации в отдельных фазах при несимметричной нагрузке.

4. Для измерительной части системы управления конденсаторной установкой разработана математическая модель устройства, позволяющая определить амплитуду любого синусоидального сигнала. Математическая модель устройства реализована в программе MATLAB приложение Simulink.

5. Разработан метод компенсации реактивной мощности одних узлов нагрузки за счет реактивной мощности не включенных секций конденсаторных батарей в других узлах нагрузки системы электроснабжения, отличающийся эффективным использованием установок компенсации реактивной мощности на промышленном предприятии.

6. Разработан алгоритм управления режимом реактивной мощности узла нагрузки (предприятия), применение которого позволяет управлять режимом реактивной мощности на промышленном предприятии, используя значения реактивных мощностей для каждого из источников реактивной энергии, при которых затраты на реактивную мощность в распределительной сети 0,4 кВ и ее элементах будут минимальны.

7. Внедрение разработанных способов, методов и алгоритмов компенсации реактивной мощности позволило получить до 15% экономии электрической энергии на предприятии ОАО «I1IATJI», что составляет 400 тыс. руб. в год. Достоверность реализации разработанных способов и методов подтверждается соответствующими документами.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Хомяков A.B. Методы компенсации реактивной мощности в сети низкого напряжения / Хомяков А. В. // Вестник Воронежского

государственного технического университета, том 5, № 2 - Воронеж, 2009, с. 124-128.

2. Кумаритов А. М. Алгоритм оптимизации затрат на оплату потребления реактивной мощности при управлении электроснабжением промышленных предприятий / Кумаритов А. М., Хомяков А. В. // Аудит и финансовый анализ, № 3, Москва, 2010 г., с. 212-224.

Материалы международных конференций:

3. Хомяков А. В. Автоматическое управление установками конденсаторных батарей / Хомяков А.В. // Сборник трудов по материалам международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию КубГГУ и 49-летию АМТИ «Научный потенциал ВУЗа - производству и образованию», № 4. - Армавир: АМТИ (филиал) КубГТУ, 2008, с. 203-204.

4. Хомяков А. В. Управление мощностью источников реактивной энергии на промышленных предприятиях / Хомяков А.В. // Сборник материалов I Международной научно-практической конференции «Наука и современность 2010», г. Новосибирск, 2010 г., с. 135-139.

Другие статьи:

5. Белозерская Т.Ю. Исследование энергетических параметров технологических машин в зависимости от качества электрической энергии / Белозерская Т.Ю., Хомяков А.В. // Межвузовский научный сборник «Проблемы электроэнергетики» - Саратов 2006, с. 91-93. .

6. Кумаритов А.М. Компенсация реактивной мощности при несимметричной нагрузке в условиях горных территорий / Кумаритов A.M., Хомяков А.В. // Устойчивое развитие горных территорий, № 2, Владикавказ, 2010 г., с. 5-10.

7. Хомяков А.В. Разработка алгоритма оптимального управления режимом реактивной мощности на промышленном предприятии с многоуровневой системой электроснабжения / Хомяков А.В. // Сборник Материалов II Ежегодной Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий», г. Новосибирск, 2010 г., с. 97-101.

Издательско-полиграфическое предприятие: ИП Шурыгин Виталий Евгеньевич г. Армавир, ул. Каспарова, 7. Тел.: (86137) 7-56-96, (928) 902-11-51. E-mail: vitalii_shurygin@mail.ru

Подписано в печать: 26.05.2010г. Формат 60x90/16. Гарнитура Times. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Печать трафаретная цифровая. Усл.печ.л. 1,6. Уч.изд.л. 1,8.