автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка системы активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных электрических сетях

На правах рукописи

НАСЫРОВ РИНАТ РИШАТОВИЧ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АКТИВНО-АДАПТИВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Специальность 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы

(технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 АПР 2013

Москва 2013 г.

005051374

005051374

Работа выполнена на кафедре Электроэнергетических систем федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Тульский Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Воротннцкий Валерий Эдуардович;

кандидат технических наук, заместитель начальника службы электрических режимов ОАО «ФСК ЕЭС»

Шамонов Роман Геннадьевич

ОАО «Московская объединенная электросетевая компания»

Защита состоится 2£> апрепЯ 201Ъ?. / /ЗчЯОмМШ заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при Национальном исследовательском университете «МЭИ» по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 17, аудитория Г-200.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского университета «МЭИ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый совет НИУ «МЭИ».

Автореферат разослан «25» МйРГГХЛ 2013 г.

Председатель диссертационного совета Д 212.157.03 доктор технических наук, профессор

Жуков В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Работа электроприемников во многом зависит от качества электроэнергии. При низком качестве электроэнергии снижается эффективность работы электроприемников (вплоть до полного прекращения работы), быстро изнашивается изоляция оборудования, сокращается срок его службы. Поэтому необходимо стремится к поддержанию такого качества электроэнергии на зажимах электроприемников, при котором сохраняется их работоспособность и срок службы максимален, а потери электроэнергии в питающей сети минимальны. Современная нормативно-правовая база в области энергосбережения и качества электрической энергии предписывает всем субъектам электроэнергетического рынка обеспечить именно такой режим работы в точке общего присоединения.

Периодический контроль качества электрической энергии в распределительных сетях 6-10/0,38 кВ свидетельствует о систематических нарушениях нормативных требований по установившемуся отклонению напряжения. Сетевые компании, передающие электрическую энергию потребителям, обязаны использовать все средства регулирования напряжения, постоянно контролировать качество поставляемой электроэнергии и проводить сертификационные испытания ЭЭ, затраты на которые достигают миллионов рублей. Поэтому регулирование напряжения в распределительных сетях наиболее актуальная задача обеспечения качества электроэнергии и этому следует уделять особое внимание.

Объект исследования. Распределительные электрические сети напряжением 110-220/6-20 кВ.

Предмет исследования. Система активно-адаптивного управления автоматическими регуляторами напряжения трансформаторов с РПН, обеспечивающая установленные нормы отклонения напряжения у наибольшего числа электроприемников, по данным непрерывных измерений напряжения у потребителей.

Цель исследования. Разработка системы активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных электрических сетях.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. сравнение активно-адаптивной системы с классическими средствами регулирования напряжения в распределительных сетях;

2. разработка метода выбора необходимых узлов для контроля отклонения напряжения в распределительной сети;

3. разработка алгоритмов работы системы активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных сетях;

4. тестирование системы активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных сетях.

Методы исследования. При выполнении работы использовались: метод описательной математической статистики - взаимокорреляция

(корреляционный анализ), метод математического моделирования. Для расчета установившихся режимов - методы Зейделя, Ньютона и метод «в два этапа». Методы компьютерной реализации при решении систем нелинейных, линейных уравнений в среде программирования С#.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается применением апробированных методов расчета установившихся режимов и моделей линий электропередачи и силовых трансформаторов, использованием общепринятых физических допущений при математическом моделировании распределительных сетей и экспериментальных данных, полученных в результате многочисленных измерений параметров режимов и качества электроэнергии, проведенных при участии автора.

Основные результаты работы.

1. Разработан алгоритм выбора минимального количества точек контроля в распределительной сети, определяющих требуемый диапазон отклонения напряжения во всех узлах этой сети.

2. Разработана система активно-адаптивного регулирования напряжения, которая включает в себя:

2.1. алгоритм определения допустимого изменения номера отпайки в каждой точке контроля;

2.2. алгоритм определения оптимального изменения номера ответвления в центре питания распределительной сети по критерию обеспечения требуемого уровня напряжения у наибольшего возможного числа потребителей с учетом ресурса работы РПН;

2.3. алгоритмы контроля состояния системы активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных электрических сетях.

3. Разработана схема типовой распределительной сети на основе методов описательной математической статистики, содержащая 45 трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ и проведен расчетный эксперимент для этой сети.

Научная новизна.

1. Разработан расчетно-измерительный метод определения фиксируемых контрольных точек в распределительной сети, изменения отклонения напряжения в которых характеризуют диапазоны отклонений напряжения во всех других точках этой сети.

2. Разработана система контроля, анализа и прогнозирования установившегося отклонения напряжения на заданном интервале времени, в контрольных точках распределительной сети.

3. Разработаны алгоритм и система сбора, обработки и анализа данных, по установившимся отклонениям напряжения в точке контроля для выработки «команды» на изменение номера ответвления РПН с целью корректировки коэффициентов трансформации трансформаторов в ЦП и введения напряжения в большинстве точек распределительной сети в заданные диапазоны.

4. Определено необходимое и достаточное условие для прогнозирования хода изменения напряжения на шинах 0,4 кВ подстанций 6-20/0,4 кВ

Основные положения, выносимые на защиту:

• Алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в электрической распределительной сети, изменения отклонения напряжения в которых характеризуют диапазоны отклонений напряжения во всех других точках этой сети.

• Алгоритмы работы системы активно-адаптивного регулирования напряжения, обеспечивающие качество электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей

Практическая значимость. Алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в электрической распределительной сети может быть применен не только для предлагаемой системы, но так же и для выбора контрольных точек при проведении периодических сертификационных испытаний электроэнергии. Система активно-адаптивного регулирования напряжения - эффективное средство обеспечения качества электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей, что приводит к снижению рисков сетевых компаний, связанных в конечном итоге с ущербами от продажи потребителям некачественной электроэнергии. Применение системы активно-адаптивного регулирования напряжения повышает технико-экономические показатели распределительной сети.

Реализация результатов работы. Разработанные алгоритмы были реализованы в среде программирования С# (С БЬагр) как часть программы расчета установившихся режимов. Эти алгоритмы интегрировалась в программу по расчету режимов как воздействие на коэффициент трансформации силового трансформатора центра питания — подстанции, питающей распределительную сеть. Разработанные алгоритмы могут быть реализованы в программируемых логических контроллерах различных производителей. Такие контроллеры легко интегрируемы в АСУ ТП подстанций для управления работой РПН силовых трансформаторов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на общероссийских и международных конференциях:

1. Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008. ОАО «НТЦ электроэнергетики», ООО «ДиалогЭлектро»;

2. XVI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2010.

3. Вторая Всероссийская научно-практическая конференция «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем - ЭНЕРГО-2012» (Москва, 4-6 июня 2012 г.) - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - 420с.:ил.

4. XVIII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2012 -два доклада.

Обсуждались в ходе стажировки в «Чешском техническом университете в Праге» на кафедре «Электроэнергетики». Результативно выставлялись на:

1. Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ). (Федеральное агентство по делам молодежи. Правительство Москвы. ОАО «ГАО «ВВЦ») Диплом II степени за проект «Разработка методов и средств управления качеством электрической энергии» 2009 г.

2. Выставке «Молодежь и Ресурсосбережение» 2010 г. Москва. Правительство Москвы. Департамент Семейной и Молодежной Политики. Почетная грамота. Проект «Разработка методов и средств управления качеством электрической энергии».

Отмечена дважды Министерством образования и науки РФ, Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, Федеральным агентством по образованию, Федеральным агентством по науке и инновациям - Почетной грамотой победителя программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.») 2009 и 2010 годах.

Тестировались на разработанном программном комплексе.

Опубликованные работы. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 в рецензируемых изданиях по списку ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список использованной литературы из 60 наименований и двух приложений. Работа изложена на 122 страницах основного текста и 65 страницах приложений, иллюстрирована 73 рисунками и 21 таблицей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследования, указывается научная новизна и практическая значимость полученных результатов, представлена структура и объем диссертационной работы.

В первой главе «Особенности активно-адаптивной системы в сравнении с классическими средствами регулирования напряжения в распределительных сетях» проводится обзор современных средств регулирования напряжения, определяются основные требования к системе активно-адаптивного регулирования напряжения в распределительных сетях

Под активно-адаптивной системой регулирования напряжения понимается самообучающаяся система, в которой, автоматически изменяются уставки регулятора РПН в зависимости от изменения параметров системы или режима сети. В данной системе управляющие сигналы автоматического регулятора выдаются в зависимости от уровня напряжения у конкретных потребителей.

Разработанная система активно-адаптивного регулирования напряжения содержит следующие блоки (рис. 1):

Блок 1. Контроль и анализ установившегося отклонения напряжения. Средства измерения (или интеллектуальные счетчики), располагаются в точках контроля сети. Точки контроля - узлы электрической сети, по результатам измерения напряжения в которых ведется регулирование напряжения в этой сети.

Рис. 1 - Принципиальная схема предлагаемой системы регулирования напряжения Блок 2. Сбор, обработка и анализ данных от точек контроля (блоков 1). Данный блок расположен в ЦП, и формирует управляющий сигнал об изменении номера ответления по результатам данных, полученных от точек контроля.

Блок 3. Блок контроля нормального функционирования РПН. Элемент системы, формирующий сигнал для РПН трансформатора, и определяющий нормальное функционирование цепей, автоматики и электропривода РПН. Этот блок является штатным устройством АРН.

Принцип работы системы активно-адаптивного регулирования напряжения заключается в следующем: средства измерения ведут непрерывную регистрацию уровней напряжения в точках контроля, накапливая статистическую информацию; в зависимости от ресурса РПН, автоматический регулятор, установленный в центре питания, формирует запросы в точки контроля о целесообразных номерах ответвления РПН; после получения запроса, средства измерения проводят анализ архивного графика отклонения напряжения, делают прогноз о возможном изменении напряжении в следующий момент времени и формируют список целесообразных номеров ответвления РПН; получив предложения от каждой точки контроля, автоматический регулятор определяет оптимальное положение ответвления РПН обеспечивая у максимально возможного количества потребителей требуемый уровень напряжения при минимальном потреблении электроэнергии.

Особенность данной системы заключается в том, что решение о целесообразном положении ответвления РПН принимается по результатам измерений вблизи электроприемников. При этом большую роль играет количество и место установки средств измерения.

Выводы:

1. Система активно-адаптивного регулирования напряжения ведет контроль уровня напряжения не на подстанции 220-110/20-6 кВ, а в точках контроля.

2. В предлагаемой системе предусмотрено прогнозирование хода изменения напряжения в каждой точке контроля.

3. Система активно-адаптивного регулирования напряжения учитывает механический ресурс РПН.

Во второй главе «Метод выбора необходимых узлов для контроля отклонения напряжения в распределительной сети» разрабатывается метод выбора необходимых узлов для контроля отклонения напряжения в распределительной сети.

Установившееся отклонение напряжения, в соответствии с ГОСТ 1310997, нормируется на зажимах электропремников. Поэтому в качестве точек контроля целесообразно выбирать зажимы электроприемников, и вести регулирование напряжения, не допуская выхода его в точке контроля за установленные в ГОСТ значения. Принимая во внимание, что устройство, располагаемое в точке контроля, представляет собой сложный блок измерений напряжения, обработки получаемых значений и передачи данных, такое количество точек контроля становится не рациональным.

В основе разработанного метода выбора минимально возможного количества точек контроля лежит принцип обеспечения качества электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения у электрически ближайшего и удаленного электроприемника в любой момент времени. Алгоритм выбора минимально возможного количества точек контроля, и оценки допустимого диапазона отклонения напряжения в точке контроля представлен на рис. 2.

В алгоритм включены следующие методы:

1. Метод прямых измерений для оценки электрически ближайшего и удаленного электроприемника потребителя. Для шин НН ЦП и каждой ТП 620/0,4 кВ одновременно производятся измерения отклонения напряжения. Электрически ближайшее и удаленное ТП определяется по измеренным уровням напряжения на шинах НН ТП.

2. Расчетно-измерительный метод оценки электрически ближайшего и удаленного потребителя. Этот метод используется при дефиците исходной информации о параметрах режима, т.е. при наличии данных о нагрузке ЦП, и отсутствии данных о нагрузках каждой трансформаторной подстанции 6-20/0,4 кВ (ТП). При этом методе нагрузка каждой ТП в момент времени г определяется как доля в суммарной измеренной нагрузке ЦП в этот момент времени по формуле (1).

[Формирование матрицы! однородности нагота |

Применение л ч ет н о-нзмер 11 тсльног< метола Д1Я все Л сети

• и случ«. если потери капргжени* всстн 0,38 к В от шпн 11!1 Ш до нанСчщее электрически удаленного мол рол рне мни на превышают 10%, то данные ТП не рассматркилотс» как ТК. т к. для таких Т11 допустимого диапазона лтклоиення напряжения на шинах I [Н не существует.

Рис. 2 - Блок-схема алгоритма выбора минимально возможного количества точек контроля и допустимого отклонения напряжения в них

оТП

сТП _ ном о!

где S™ - установленная мощность трансформатора рассматриваемой ТП; X.S™ - суммарная установленная мощность трансформаторов ТП сети; Sj~ -мощность нагрузки ЦП в момент времени t.

Далее, по полученным нагрузкам ТП, производится расчет режима и определение электрически ближайшего и удаленного потребителя. Важно отметить, что данный метод не учитывает неоднородность нагрузки. Нагрузки называются неоднородными, если они различным образом изменяются во времени (имеют различные графики нагрузки), и получают питание от одного ЦП. Наличие межлинейной неоднородности предлагается определять следующим методом:

а) производятся прямые измерения графиков нагрузок каждого отходящего фидера ЦП одновременно;

б) определяется коэффициент корреляции суточных графиков нагрузки г между всеми фидерами ЦП, по формуле (2)

-¿СЛ-^Хг,-^ )

т^-:-^ (2)

где Mf и Mg - осредненные на часовых интервалах / (дискретные) значения ступеней суточных графиков нагрузки графиков fug, а { и a s -среднеквадратическое отклонение этих же параметров

в) строится квадратная матрица однородности нагрузки, отражающая г для каждой пары присоединений ЦП в виде:

' Гп Гп г,

п, Г„ /-, г

'А '..2

Г.., С,

где п - номер фидера;

г) межлинейная неоднородность фидеров с нагрузкой / и g, ЦП отсутствует, если /-(/¡g) > 0,73. Это условие вытекает из следующего: в соответствии с анализом типовых графиков нагрузок, для неоднородных графиков максимальный коэффициент корреляции 0,46. Для однородных - 1. Среднее значение между 0,46 и 1 - 0,73. Если коэффициент корреляции больше либо равен 0,73, то нагрузка фидеров £ и g, ЦП больше однородная, чем неоднородная. Если выявлена межлинейная неоднородность, то расчетно-измерительный метод применяется для групп присоединений с однородной нагрузкой. Таким образом, область применения расчетно-измерительного метода ограничивается фидерами с отсутствием межлинейной неоднородности.

Применение расчетных методов при учете сети 0,38 кВ затруднительно, т.к. полных достоверных данных по параметрам системы нет. Поэтому алгоритм выбора минимально возможного количества точек контроля предусматривает вместо расчета режимов в сети 0,38 кВ, определение границ допустимого отклонения напряжения на шинах НН ТП 6-20/0,4 кВ. Верхняя граница допустимого отклонения напряжения определяется электроприемниками собственных нужд ТП 6-20/0,4 кВ. Эта граница может быть принята как верхняя граница нормально допустимого отклонения напряжения равная 1,05%[/ном. Нижняя граница определяется исходя из потерь в сети 0,38 кВ от шин НН ТП 6-20/0,4 до наиболее электрически удаленного электроприемника, питающегося от этой ТП 6-20/0,4 кВ. Для определения этих потерь, предлагается воспользоваться одним из следующих вариантов оценки потерь:

- потери напряжения в сетях 0,38 кВ до электрически удаленного электроприемника в режиме наибольших нагрузок не превышают 5% по данным измерений в сетях 6-20/0,38 кВ. В дальнейшем в работе принимается именно это значение;

- с учетом регламентированных отклонений от номинального значения суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях не должны, как правило, превышать 7,5% в соответствии с СП 31.110-2003.

- если требуется точное определение потерь напряжения в сети 0,38 кВ, то их можно измерить: один прибор контроля отклонения напряжения устанавливается на шинах 0,4 кВ, ТП 6-10/0,4 кВ, другим прибором производятся измерения (от 1,5 до 2 часов) в трех точках - в конце самого загруженного трехфазного присоединения 0,4 кВ ТП; в конце наиболее протяженного трехфазного присоединения 0,4 кВ ТП; в конце трехфазного присоединения 0,4 кВ ТП с наименьшим сечением. Далее вычисляется разность отклонений напряжения на шинах 0,4 кВ, ТП 6-10/0,4 кВ и этих трех точек. Наибольшая разность соответствует наибольшим потерям напряжения в сети 0,38 кВ, которые следует использовать в дальнейших расчетах.

Таким образом, в качестве точек контроля будут выбираться узлы электрической сети, не «ниже» шин НН ТП 6-20/0,4 кВ. Применение алгоритма в реальной сети 10 кВ позволило сократить количество точек контроля на 70% относительно общего числа ТП 10/0,4 кВ.

Выводы:

1. В разработанном алгоритме выбора минимально возможного количества точек контроля дан численный критерий оценки наличия межлинейной неоднородности: коэффициент корреляции суточных графиков нагрузки г между фидерами fv.g < 0,73.

2. Применение разработанного алгоритма выбора минимально возможного количества точек контроля позволяет существенно сократить число точек контроля относительно числа ТП.

В третьей главе «Развернутая система централизованного регулирования напряжения на подстанциях центров питания 220-110/20-6 кВ» представлены структура и алгоритмы работы разработанной системы.

Разработанный алгоритм работы блока 1 контроля и анализа установившегося отклонения напряжения в точках контроля представлен в виде структурной схемы (рис. 3).

Блок 1.1 непрерывно производит измерения напряжения в трех фазах, выделение основной частоты прямой последовательности, осреднение на интервале времени 1 секунда и архивирование полученных значений напряжения и, в точке контроля.

Получение запроса, обработка и выдача результата о допустимом(-ых) изменении номера отпайки РПН производиться блоком 1.2 на основании архивных значений напряжения, содержащихся в блоке 1.1. Формирование допустимых изменений номера отпайки РПН производится по результатам прогнозирования хода изменения напряжения в точке контроля. В основе этого прогнозирования лежит построение функции взаимокорреляции г(11,между последними N значениями и, — иы, и всего архива измеренных значений отклонения напряжения £/, с шагом /=1, вычисляемой по формуле:

гт (/)=<С/м и,-,>/(||^| || и, ||), (2)

где || £4-11 и || и, || - нормы векторов им и С/, соответственно; <и№ £/,.,> -скалярное произведение векторов им и С/,.,. Спецификация используемых в тексте переменных сведена в таблицу 1.

Рис. 3 - Укрупненная структурная схема блока 1 (показана связь с блоком 2) _Таблица 1. Спецификация используемых переменных

№ п/п Перемен ная Описание Формат переменной

1. ¿2 Ступень регулирования РПН в процентах Х,ХХ

2. {а) ) Плотность распределения Матрица 2 ха

3. п Время до следующего переключения (число минутных значений) - глубина прогнозирования хода графика напряжения XXX

4. N Глубина анализируемого периода для прогнозирования хода ХХХХ

графика напряжения (число минутных значений)

5. '(Щ Значения корреляций ряда С, с шагом 1 минута шириной N Матрица-вектор (Х,ХХ)

6. Ршах Максимальное значение корреляций ряда и, Х,ХХ

7. 5 Счетчик текущего числа операций РПН в сутки (с 00:00 по 00:00) XXX

8. ^тах Максимальное число операций РПН XX XXX XXX

9. 5сут Максимальное число операций РПН в сутки XXX

10. ( Текущее время ХХ:ХХ

11. Ті. Время выхода напряжения соответственно за верхнюю и нижнюю границу допустимого уровня напряжения в данной ТК XXX,XX

12. ¿тах Момент времени начала и, для гшах XX: XX

13. Тг Сигнал состояния ТК X

14. и„ Нижняя граница допустимого отклонения напряжения в точке контроля в % XX,XX

15. ^Лпосл Последняя запись и, архива XXX,XX

16. с/. Верхняя граница допустимого отклонения напряжения в точке контроля в % XX,XX

17. г Номер отпайки РПН XX

18. 2<іор Значения допустимого изменения номера отпайки Матрица-вектор (XX)

19. ¿сіорВІЮІ а) База данных по а-ой точке контроля на будний день Матрица 20x24x18

20. 2ііорПн(а ) База данных по а-ой точке контроля на выходной день Матрица 10x24x18

21. 2щах Максимальное положение РПН XX

22. ^тіп Минимальное положение РПН XX

23. Необходимое изменение номера отпайки XX

24. Значения соответствующие максимуму Л^^а)) Матрица-вектор (XX)

25. а Порядковый (идентификационный) номер точки контроля XX

Максимум взаимокорреляции гтах соответствует периоду времени с графиком отклонения напряжения и, максимально подобному текущему графику отклонения напряжения в точке контроля. В связи с этим полагается, что следующие п минутных значений напряжения начиная с последующего, относительно времени, где г(И{) =гтвх будут такие же, как последующие п минутные значения ряда и, начиная с текущего момента времени в точке контроля. Достаточным условием для прогнозирования является условие гшах> '"треб, где /"Треб то значение корреляции, при котором прогноз будет достоверным.

В результате анализа 45 двухнедельных графиков (20160 минутных значений каждый) отклонения напряжения различных групп потребителей было получено, что при значении взаимной корреляции отклонения напряжения в рассматриваемых промежутках времени не ниже 0.9, прогноз был достоверным. Тогда гтре6 =0,9.

Блок 1.2, для каждого возможного изменения номера отпайки РПН 2 от Zm¡n до 2тю:, проверяет условие выхода прогнозных значений изменения напряжения и, за верхнюю и нижнюю 11„ границу допустимого уровня отклонения напряжения в данной точке контроля. Если С[(±2-<!2>ип то счетчик относительного времени превышения напряжения сверх верхнего допустимого уровня напряжения в точке контроля Гц. учитывает этот случай (Т1+=7*|++1). Если и,+Т-й2<ит то счетчик относительного времени нарушения нижнего допустимого уровня напряжения в точке контроля Т\. учитывает этот случай (7"1_=7"|_+1). Отпайка 2 вносится в вектор допустимых значений 2^,, если для нее (Тх++Т\.)<5%. В случае отсутствия таких 2, в 2аор вносится значения 2, при которых (Гц-+Г1.) - минимальна.

Выбор допустимых изменений номеров отпаек РПН 2^,р должен отвечать условию:

Блок 1.3 необходим для контроля состояния межсекционного выключателя 0,38 кВ на ТП 6-20/0,4 кВ и контроля наличия напряжения на контролируемой шине.

В блоке 2, который расположен на подстанции 220-110/20-6 кВ, можно выделить три части: формирователь частоты опроса точек контроля; обработчик результатов опроса точек контроля; формирователь базы данных по точкам контроля.

Разработанный алгоритм формирователя частоты опроса точек контроля определяет ритмичность их опроса. Условием выбора п является ресурс (механический) переключений РПН. Очевидно, что переключения неравномерно распределены в течение суток, а в часы минимума и максимума нагрузки переключений меньше, чем в переходный режим от минимума к максимуму и наоборот. Поэтому число минутных значений п - время до следующего переключения, или, что то же самое, глубина прогнозирования хода изменения напряжения, целесообразнее задавать изменяющимся во времени, т.е. «плавающим». Это дает возможность «накапливать» переключения, когда они не требуются, и изменять положение переключающего устройства РПН более часто, когда это требуется. Если

< и п —^ 1

(т;++т;_>5)=>

=>'У

(3)

ведется подсчет переключений S и времени работы РПН t в минутах за сутки, то значение следующего периода определяется в минутах по формуле

1440-t

п =---, (4)

24-/-S ^ '

где / - максимальная частота переключений РПН за один час исходя из

механического ресурса, которое определяется по формуле:

fr Smax/219 ООО, (5)

где 219 ООО - число часов в 25 годах, что есть нормативный срок службы РПН

согласно ГОСТ 11 677, a Smax - максимальное число операций РПН.

Обработчик результатов опроса точек контроля определяет необходимое изменение номера отпайки ZlV по результатам опроса точек контроля. В блоке формируется массив Zdop{a). Далее строится плотность распределения ZdoP(a) допустимых номеров отпаек РПН Zjop для всех а. Плотность распределения ZJop(a) представляет собой гистограмму, по оси абсцисс которой отложены отпайки РПН от Zmin до Zmax, по оси ординат - число точек контроля, «выбравших» (определивших) соответствующие отпайки (например, рис. 4): for each (л)

M{Z=Zwln...Zmm)

ifZdop{a) = Z (6)

thenZopl [Z] = Zopl [Z] + l

« s

H &

a

Cm r.J

s s я 2 SC

p 3 s

5 s

С и о a

И <L)

5

20 16 12

>s ж

3 1 3

ООО 1 0 ^==1 ООО

-4 -3-2-10 1 2 Отпайка РПН

Рис. 4. Пример построенной плотности распределения допустимых номеров отпаек

РПН

Максимум плотности распределения соответствует изменению номера отпайки Zopi, применение которого удовлетворило бы наибольшее число точек контроля по установившемуся отклонению напряжения. Максимум плотности распределения может соответствовать нескольким значениям изменений номера отпайки, тогда Zop, будет содержать несколько значений. С целью снижения потребления электроэнергии в сети, в соответствии со статическими характеристиками нагрузки, и, как следствие, снижение потерь электроэнергии, ZN - необходимое изменение номера отпайки, выбирается из Zop, соответствующее наименьшему уровню напряжения на шинах центра питания:

ZA,=rain[z(max(Z0„,))] (7)

Порядок выбора ответвлений (закон регулирования напряжения в ЦП) должен отвечать условию:

'for each (а)

for(Z = Z^..Z_)

rte»Z„[Z]-Z.,[Z] + lJJ

Zv = min

(8)

рас преде пения матрицы

liagiii плотMOCFH распределения матрицы

Определить Zsf. covttp етсгвумщие максимуму

ПЛОТНОСТИ

рас преде тения

ОирСДСПГГЬ Zi-if,

соотве гству К1 ш lit" максимуму Г1 ЛОТ НОС1И расп редело ния

Замена

ДЛИ KOTOpIJX

Tr-Q. на соответствх' ющие максимуму

распределения

а) б)

Рис. 5 - Блок-схема формирователя базы данных по точкам контроля а) и дополнения недостающих значений б).

В разработанной системе предусматривается отказ блоков 1 в точке контроля. Для этого случая предусмотрено «обучение» системы регулирования, для чего формируется база данных по всем точкам контроля в центре питания (рис. 5 а). Исходными данными для базы данных является Zdop(a) и электронный календарь, формирующий сигнал: будни - в будние (рабочие) дни, и сигнал: выходной - в выходные и праздничные дни. Дополнение недостающих данных (по рис. 3.12) производится в соответствии с алгоритмом, блок-схема которого представлена на рис. 5 б). При отсутствии данных от а-ой точки контроля, значения Zdop(a) для этой точки контроля замещаются на результаты статистической обработки по этой точке контроля. Статистическая обработка заключается в определении плотности распределения Zdoi,(a) для будних или выходных дней и для определенного времени (в зависимости от дня и времени запроса) по выражениям (9):

for each (a(Tr = 0)) for each (a(Tr = 0))

for(Z = Zm,„...ZmJ for(Z = Zram...ZmJ

if ZA,pB,m(a) = 2 ¡f ZdopVBi (a) = Z

thenZJop(.a) = Zdop(a) + \ thenZdop(a) = Zdop(a) + \

Блок 3 - управление РПН, заимствуется у существующих регуляторов и остается без изменений.

Выводы:

1. Разработанная система активно-адаптивного регулирования напряжения производит прогнозирование хода изменения напряжения на основе архива измеренных значений.

2. Получен численный критерий необходимого и достаточного условия прогнозирования: взаимокорреляции >•(£/,) между последними измеренными значениями напряжения и значений из их архива КФ>0,9.

3. Предлагаемая система работает по принципу обеспечения требуемых уровней напряжения у наибольшего возможного числа ТП.

4. Возможные сбои в работе точек контроля учитываются, при этом недостающие данные дополняются из архива наблюдений за данной точкой контроля.

В четвертой главе «Тестирование активно-адаптивной системы регулирования напряжения в распределительных сетях» проводится апробация активно-адаптивной системы регулирования напряжения. Тестирование предлагаемого метода производилось на разработанной виртуальной модели распределительной сети, в которую был интегрирован предлагаемый алгоритм в виде действующей компьютерной модели, выполняющей возложенные на нее функции. Для сравнения данной системы с существующей, так же реализован алгоритм ее работы. При создании тестовой схемы распределительной сети было проанализированы схемы и состав трансформаторного оборудования распределительных сетей 6-10 кВ.

Анализу подвергались сорок пять центров питания распределительных сетей 6-10 кВ, которые включали в себя:

1. 510 трансформаторных подстанции (ТП) 6-10/0,4 кВ, мощностью 50, 160, 250, 400, 630 и 1000 кВ-А;

2. 46 фидеров головных участков ЛЭП, общей протяженностью 84,56 км;

3. 441 фидер, за исключением головных участков, общей протяженностью 292,89 км.

Анализируемые данные представляли собой топологии сетей, марки и установленные мощности оборудования, длины линий, по муниципальным городским сетям 6-10 кВ Московской области. Результат обработки отражался в виде гистограмм, отражающих частость попадания в разряд анализируемой величины.

В результате была построена тестовая схема (рис. 7), содержащая 45 ТП 10/0,38 кВ, 6 головных присоединений, 30 ЛЭП. Нагрузка каждой ТП задавалась реальными двухнедельными графиками активной мощности с осреднением на минутном интервале. Коэффициент мощности задавался постоянной величиной 0,93.

О

Рис. 6 - Схема тестовой сети.

На тестовой схеме сравнивались результаты регулирования напряжения с использованием алгоритмов системы активно-адаптивного регулирования напряжения и принципа встречного регулирования. Результаты представляют собой сопоставление числа ТП 10/0,4 кВ с неудовлетворительными значениями установившегося отклонения напряжения. Расчеты установившихся режимов в тестовой сети производились методом Зейделя с переходом на метод Ньютона.

Закон встречного регулирования для заданных условий относительно полного тока нагрузки ЦП:

811 = /-0,0947-7,177 (10)

Сопоставление результатов регулирования напряжения с использованием алгоритмов системы активно-адаптивного регулирования напряжения и принципа встречного регулирования для тестовой схемы представлены в таблице 2, из которого видно, что качество регулирования напряжения значительно улучшилось.

При тестировании предлагаемой системы активно-адаптивного регулирования напряжения на математических моделях действующих сетей были получены аналогичные результаты.

Таблица 2. Результаты регулирования напряжения с использованием алгоритмов системы активно-адаптивного регулирования напряжения и принципа встречного _регулирования для тестовой схемы

День недели Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс

Принцип встречного регулирования

Количество ТП с неудовлетворительным качеством электроэнергии (из общего числа 45) 34 34 33 26 36 36 36

в % от общего числа ТП 76 76 73 58 80 80 80

Регулирование согласно предложенной методике

Количество ТП с неудовлетворительным качеством электроэнергии (из общего числа 45) 10 0 0 0 1 1 3

в % от общего числа ТП 22 0 0 0 2 2 7

Выводы:

1. Тестирование полученной системы активно-адаптивного регулирования напряжения производились как на разработанной тестовой схеме, так и на модели реальной распределительной сети.

2. Показано, что использование системы активно-адаптивного регулирования напряжения значительно повышает качество электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения по сравнению с принципом встречного регулирования в сетях с неоднородной нагрузкой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработан расчетно-измерительный метод определения фиксируемых контрольных точек в распределительной сети, изменения отклонения напряжения в которых характеризуют диапазоны отклонений напряжения во всех других точках этой сети.

2. Разработана система контроля, анализа и прогнозирования установившегося отклонения напряжения на заданном интервале времени, в контрольных точках распределительной сети

3. Разработанные алгоритмы системы активно-адаптивного регулирования напряжения, на основании прогноза хода изменения напряжения в контрольной точке распределительной сети 6-20 кВ, позволяют определить требуемое изменение напряжения в центре питания по условию обеспечения качества электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей.

4. Результаты тестирования системы активно-адаптивной регулирования напряжения на тестовой и реальной схемах распределительных сетей показали высокую эффективность регулирования напряжения в сравнении с классическим методом встречного регулирования.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Тульский В.Н., Карташев И.И., Симуткин М.Г., Насыров P.P. «Оценка теплового режима кабеля, питающего нелинейную нагрузку». Промышленная энергетика №7, 2012. С.42-45.

2. Карташев И. И., Тульский В. Н., Кузнецов H. М., Симуткин М. Г., Насыров Р. Р. «Оценка работы фильтров в системе электроснабжения горнодобывающего предприятия по результатам контроля качества электроэнергии». Горное оборудование и электромеханика. № 7,2012.

3. Карташев И.И., Насыров P.P., Олексюк Б.В., Симуткин М.Г, Тульский В.Н., Шамонов Р.Г.. «Исследование влияния источником высших гармоник на качество электроэнергии в электроэнергетических системах 220-500 кВ». Электричество №1,2013. С.13-18 (ISSN 0013-5380).

4. P.P. Насыров, руководитель к.т.н., доц. В.Н. Тульский. «Компенсация реактивной мощности и обеспечение качества электроэнергии в распределительных сетях 10-0,38 kB». XIV Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», МЭИ 2008.

5. P.P. Насыров, A.A. Скорощинский, руководитель к.т.н., с.н.с. В.Н. Тульский. «Применение физических моделей при исследовании влияния кондуктивных электромагнитных помех на работу электрооборудования». XV Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», МЭИ 2009.

6. P.P. Насыров, руководитель к.т.н., доц. В.Н. Тульский. «Разработка способа управления средствами регулирования напряжения в распределительных сетях 6-10(20)/0,38 kB». XVI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», МЭИ 2010.

7. И.И. Карташев, P.P. Насыров, М.Г. Симуткин, В.Н. Тульский (НИУ МЭИ), В.Т. Воронин, Р.Г. Шамонов, О.В. Большаков (ОАО «ФСК ЕЭС») «Построение системы управления качеством электроэнергии в электросетевых компаниях». Труды Второй Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем -ЭНЕРГО-2012» - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - 420с.: ил.

8. А.К. Асанов, P.P. Насыров, к.т.н., доц. В.Н. Тульский. «Современное состояние качества электрической энергии в сетях г. Бишкек Кыргызской республики». XVIII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2012. С.356.

9. Ябузарова И.М., руководитель P.P. Насыров. «Разработка алгоритма управления устройством автоматического регулирования напряжения под нагрузкой». XVIII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», МЭИ 2012.

Подписано в печать 20.03.2013 Формат 60x84 1/16 Зак. 235 Тир. 100 Пл. 1,25 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МЭИ»

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АКТИВНО-АДАПТИВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность: 05.14.02 Электрические станции и электроэнергетические системы

04201355447

На правах рукописи

Насыров Ринат Ришатов!

Научный руководитель к.т.н., доц. Тульский В.Н.

Москва, 2013

Аннотация

Диссертация содержит 4 главы, 122 страницы, 73 иллюстрации, 21 таблицу, 60 использованных источники, 2 приложения.

Ключевые слова: РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ, КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ, АКТИВНО-АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА, РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОД НАГРУЗКОЙ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, АЛГОРИТМЫ.

Оглавление

Введение...................................................................................................................5

Глава 1. Особенности активно-адаптивной системы в сравнении с классическими средствами регулирования напряжения в распределительных сетях........................................................................................................................10

1.1. Нормативно-правовая база в области качества электроэнергии...............10

1.2. Практика регулирования напряжения в распределительных сетях трансформаторами................................................................................................15

1.3. РПН как автоматическое средство регулирования напряжения...............18

1.4 Компенсирующие устройства как средства регулирования напряжения............................................................................................................25

1.4.1 Батареи статических конденсаторов..........................................................25

1.4.2 Синхронные компенсаторы.........................................................................28

1.5 Регулирование напряжения при помощи ПБВ.............................................28

1.6. Описание предлагаемой системы (ААС) регулирования напряжения на

базе РПН силовых трансформаторов распределительной сети.......................30

Выводы по главе 1.................................................................................................32

Глава 2. Метод выбора необходимых узлов для контроля отклонения

напряжения в распределительной сети...............................................................34

2.1. Общий принцип выбора точек контроля.....................................................34

2.2 Методы определения электрически близкого и удаленного электроприемника.................................................................................................35

2.2.1 Расчетно-измерительный метод оценки электрически ближайшего и удаленного потребителя.......................................................................................35

2.2.2 Метод прямых измерений для оценки электрически ближайшего и удаленного электроприемника потребителя......................................................40

2.2.3 Оценка электрически ближайшего и удаленного электроприемника потребителя в сети 0,38 кВ...................................................................................40

2.3 Алгоритм выбора необходимых узлов для контроля отклонения

напряжения в распределительной сети...............................................................41

Выводы по главе 2.................................................................................................47

Глава 3. Развернутая система централизованного регулирования напряжения на подстанциях центров питания 220-110/20-6 кВ............................................49

3.1 Классический способ централизованного регулирования напряжения на подстанциях 220-110/20-6 кВ...............................................................................49

3.2 Алгоритмы и устройства активно-адаптивной системы

централизованного распределенного регулирования напряжения..................55

3.2.1 Алгоритм работы блока 1 контроля и анализа установившегося отклонения напряжения в точках контроля.......................................................55

3

3.2.2 Алгоритм сбора, обработки и анализа получаемых данных в центре

питания (блок 2)....................................................................................................67

3.2.3 Алгоритм работы блока 3 управления РПН..............................................76

Выводы по главе 3.................................................................................................78

Глава 4. Тестирование активно-адаптивной системы регулирования напряжения в распределительных сетях............................................................79

4.1 Требования к тестовой схеме распределительной сети..............................79

4.2 Разработка тестовой схемы распределительной сети.................................81

4.3 Анализ режимов регулирования напряжения..............................................92

Выводы по главе 4...............................................................................................115

Выводы по работе...............................................................................................115

Заключение..........................................................................................................117

Список литературы.............................................................................................118

Введение.

Актуальность темы. Работа электроприемников во многом зависит от качества электроэнергии (КЭ). При низком КЭ снижается эффективность работы электроприемников (вплоть до полного прекращения работы), быстро изнашивается изоляция оборудования, сокращается срок его службы [1]. Поэтому необходимо стремится к поддержанию такого КЭ на зажимах электроприемников, при котором сохраняется их работоспособность и срок службы максимален, а потери электроэнергии в питающей сети минимальны.

Современная нормативно-правовая база в области энергосбережения и качества электрической энергии предписывает всем субъектам электроэнергетического рынка обеспечить именно такой режим работы в точке общего присоединения.

Периодический контроль качества электрической энергии в распределительных сетях 6-10/0,38 кВ свидетельствует о систематических нарушениях нормативных требований к КЭ [2]. Наиболее часто регистрируется нарушения нормативных требований по установившемуся отклонению напряжения. Сетевые компании, передающие электрическую энергию потребителям, обязаны использовать все средства регулирования напряжения, постоянно контролировать качество поставляемой электроэнергии и проводить сертификационные испытания ЭЭ, затраты на которые достигают миллионов рублей. Поэтому регулирование напряжения в распределительных сетях наиболее актуальная задача обеспечения КЭ и этому следует уделять особое внимание.

Объект исследования. Распределительные электрические сети напряжением 110-220/6-20 кВ.

Предмет исследования. Активно-адаптивная система управления автоматическими регуляторами напряжения трансформаторов с РПН (ААС), обеспечивающая установленные нормы отклонения напряжения у наибольшего числа электроприемников, по данным непрерывных измерений напряжения у потребителей.

Цель исследования. Исследование возможности активно-адаптивного воздействия на параметры режима распределительной сети при различном характере нагрузки и её удаленности от центра питания.

Задача исследования. Разработка системы регулирования напряжения под нагрузкой на трансформаторах с РПН по результатам измерений напряжения в узлах распределительной электрической сети, с реализацией алгоритмов активной адаптации к изменениям напряжения в это сети.

Методы исследования. Метод описательной математической статистики - взаимокорреляция (корреляционный анализ), метод математического моделирования. Для расчета установившихся режимов -методы Зейделя, Ньютона и метод «в два этапа». Методы компьютерной реализации при решении систем нелинейных, линейных уравнений.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается применением апробированных методов расчета установившихся режимов с использованием апробированных моделей линий электропередачи и силовых трансформаторов, использованием общепринятых физических допущений в отношении математического моделирования распределительных сетей, использованием

экспериментальных данных, полученных в результате многочисленных измерений параметров режимов и качества электроэнергии, проведенных при участии автора.

Основные результаты работы.

1. Разработан алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в сети определяющий диапазон отклонения напряжения во всех узлах этой сети при наличии изменении напряжения в этих точках.

2. Разработанная активно-адаптивная система регулирования напряжения показала высокую эффективность регулирования напряжения с точки зрения обеспечения КЭ по

установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей. 3. Разработана схема тестовой распределительной сети на основе методов описательной математической статистики, содержащая 45 трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ.

Научная новизна.

1. Разработан расчетно-измерительный метод определения фиксируемых контрольных точек в распределительной сети, изменения отклонения напряжения в которых характеризуют диапазоны отклонений напряжения во всех других точках этой сети.

2. Разработана система прогнозирования контроля и анализа установившегося отклонения напряжения на заданном интервале времени и способная воздействовать на ход изменения напряжения в большинстве точек распределительной сети путем корректировки коэффициентов трансформации трансформаторов в ЦП.

3. Разработаны алгоритм и система сбора, обработки и анализа данных, по установившимся отклонениям напряжения в ТК для выработки «команды» на изменение номера ответвления РПН с целью корректировки коэффициентов трансформации трансформаторов в ЦП и введения напряжения в большинстве точек распределительной сети в заданные диапазоны.

Основные положения, выносимые на защиту:

•Алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в электрической распределительной сети, изменения отклонения напряжения в которых характеризуют диапазоны отклонений напряжения во всех других точках этой сети.

• Алгоритмы работы ААС обеспечивающие КЭ по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей

-Практическая значимость. Алгоритм выбора минимального количества контрольных точек в электрической распределительной сети может быть применен не только для ААС, но так же и для выбора контрольных точек при проведении периодических сертификационных испытаний электроэнергии. ААС - эффективное средство обеспечения КЭ по установившемуся отклонению напряжения у наибольшего возможного числа потребителей, что приводит к снижению рисков сетевых компаний, связанных в конечном итоге с ущербами от продажи потребителям некачественной электроэнергии. Применение ААС повышает технико-экономические показатели распределительной сети.

Реализация результатов работы. Разработанные алгоритмы ААС были реализованы в среде программирования С# (С Sharp) как часть программы расчета установившихся режимов. ААС интегрировалась в программу по расчету режимов как воздействие на коэффициент трансформации силового трансформатора центра питания - подстанции, питающей распределительную сеть. Разработанные алгоритмы могут быть реализованы в программируемых логических контроллерах ведущих производителей. Такие контроллеры легко интегрируемы в АСУ ТП подстанций для управления работой РПН силовых трансформаторов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на общероссийских и международных конференциях:

1. Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008. ОАО «НТЦ электроэнергетики», ООО «ДиалогЭлектро»;

2. XVI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2010.

3. Вторая Всероссийская научно-практическая конференция «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем - ЭНЕРГО-2012»

(Москва, 4-6 июня 2012 г.) - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. -420с.:ил.

4. XVIII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ 2012 - два доклада.

Обсуждались в ходе стажировки в «Чешском техническом университете в Праге» на кафедре «Электроэнергетики», результативно выставлялись на:

1. Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ). (Федеральное агентство по делам молодежи. Правительство Москвы. ОАО «ГАО «ВВЦ») Диплом II степени за проект «Разработка методов и средств управления качеством электрической энергии» 2009 г.

2. Выставке «Молодежь и Ресурсосбережение» 2010 г. Москва. Правительство Москвы. Департамент Семейной и Молодежной Политики. Почетная грамота. Проект «Разработка методов и средств управления качеством электрической энергии».

Отмечена дважды Министерством образования и науки РФ, Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, Федеральным агентством по образованию, Федеральным агентством по науке и инновациям - Почетной грамотой победителя программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.») 2009 и 2010 годах.

Тестировались на разработанном программном комплексе.

Глава 1. Особенности активно-адаптивной системы в сравнении с классическими средствами регулирования напряжения в распределительных сетях

Под активно-адаптивной системой понимается самообучающаяся система, в которой, автоматически изменяются уставки регулятора РПН в зависимости от изменения параметров системы или внешних возмущений, действующих на сеть. Под внешними возмущениями понимается изменение параметров режима сети.

До описания предлагаемой системы регулирования напряжения рассматривается нормативно-правовая база в области регулирования напряжения, а так же применяемые средства регулирования напряжения.

1.1. Нормативно-правовая база в области качества электроэнергии

Известно, что для нормальной работы любого электротехнического

устройства важно обеспечить требования электромагнитной совместимости (ЭМС). Под ЭМС понимают способность электротехнических средств нормально функционировать в данной электромагнитной среде, не внося недопустимых электромагнитных помех в эту среду и не испытывая таковых с ее стороны [1]. В России требования к уровням ЭМС установлены стандартом [2] в виде показателей качества электроэнергии (ПКЭ). В зарубежных странах КЭ регулируется стандартами и добровольными соглашениями [28-47].

Условно, все ПКЭ можно разделить на 3 группы. К первой группе относятся отклонение частоты и установившееся отклонение напряжения. Поддержание значений этих ПКЭ возможно общесистемными средствами регулирования частоты и напряжения. Отклонение частоты определяется небалансом активной мощности по электроэнергетической системе (ЭЭС) в целом, установившееся отклонение напряжения - небалансом реактивной мощности в узлах ЭЭС.

Вторая группа объединяет следующие нормируемые ПКЭ:

коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и

10

коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения, коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности, размах изменения напряжения, доза фликера. Возникновение таких искажений связанно, в первую очередь, с технологическим процессом работы электроприемников потребителей электроэнергии. Для обеспечения качества электроэнергии (КЭ) в этой группе используют специальные средства (ФКУ, симметрирующие устройства и т.п.).

Третья группа содержит ненормируемые ПКЭ, значение которых определяются случайными событиями в ЭЭС. К ним относятся короткие замыкания, грозовая деятельность и т.п. Характеризуются данные помехи следующими ПКЭ: длительность провала напряжения, импульсное напряжение и коэффициент временного перенапряжения. Нормирование ПКЭ третьей группы, в силу их случайного характера, не установлено, однако статистическая информация о них необходима для решения проектных и эксплуатационных задач электросетевых организаций.

Периодический контроль качества электрической энергии в распределительных сетях 6-10/0,38 кВ свидетельствует о систематических нарушениях нормативных требований. По статистическим данным [3], наиболее часто регистрируется нарушения по установившемуся отклонению напряжения. В основном это связано с техническим состоянием оборудования, некорректной настройкой автоматических регуляторов напряжения и ПБВ трансформаторов.

Необходимо отметить, что поддержание требуемого КЭ и, в частности, установившегося отклонения напряжения, закреплено в нормативно-правовых актах [12-17] (таблица 1.1).

Таблица 1.1. Нормативно-правовые документы в облает» качества электроэнергии

Документ Требование

Статья 542 Гражданского кодекса Российской Федерации Качество подаваемой энергии должно соответствовать требованиям, установленным государственными стандартами и иными обязательными правилами или предусмотренным

договором энергоснабжения

Статья 7 п. 1 Федеральный закон «О защите прав потребителя» Потребитель имеет право на то, чтобы товар (работа, услуга) при обычных условиях его использования, хранения, транспортировки и утилизации был безопасен для жизни, здоровья потребит�