автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Уменьшение потребления активной мощности промпредприятием средствами регулирования напряжения в системе электроснабжения

Р Г б од

о 2 ИЮН' 1997

На правах рукописи

ДУБИНСКИЙ ЕВГЕНИЙ ВСЕВОЛОДОВИЧ

УМЕНЬШЕНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПРОМПРЕДПРИЯТИЕМ СРЕДСТВАМИ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1997

Работа выполнена на кафедре Электрооборудования промышленных предприятий Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Конюхова Е.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Шуцкий В.И. - кандидат технических наук, доцент Пономаренко И.С.

Ведущее предприятие - Московская кабельная сеть (МКС)

Мосэнерго

Защита состоится 16 мая 1997 г. в 16 час. 00 мин. в аудитории М-214 на заседании диссертационного совета К-053.16.06 в Московском энергетическом институте (Техническом университете), адрес: 111250, г.Москва, Е-250, ул.Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета). Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, направлять по адресу: 111250, г.Москва, Е-250, ул.Красноказарменная, д. 14. Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан " 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К-053.16.06 к.т.н., доц.

Анчарова Т.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Достигнутый уровень развития технических средств, информационных систем и вычислительных электронных машин открывает новые резервы повышения эффективности работы промышленных систем электроснабжения (СЭС). Одним из таких резервов является более обоснованный учет взаимосвязи режима напряжения с потребителем активной и реактивной мощности при разработке алгоритмов управления СЭС. Следовательно, необходимо рассматривать СЭС от источника питания (ИП) до зажимов электроприемников (ЭП) как единый комплекс. Вопросам влияния отклонения напряжения на эффективность работы ЭП посвящено много исследований. Часто в них рассматриваются изолированно или только СЭС промпредприятия, или только ЭП.

Задачу наивыгоднейшего управления режимом напряжения в сетях СЭС промпредприятия можно сформулировать следующим образом: обеспечить средствами регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности (КРМ) минимальный отпуск активной мощности от шин ИП при соблюдении у всей массы ЭП требуемых отклонений напряжения.

В ряде случаев для того, чтобы выполнить требования энергосистемы, промпредприятия вынуждены идти на отключение электроприемников. Управление электропотреблением за счет регулирования напряжения при учете средств КРМ позволяет равномерно распределить уменьшение мощности по некоторому множеству электроприемников, не отключая их. Это дает возможность предприятиям, во-первых, уменьшить активную нагрузку в максимум и снизить плату за электроэнергию, и, во-вторых, с меньшими неудобствами выполнить требования по ограничению электропотребления при возникновении временных дефицитов мощности.

Большинство проведенных к настоящему времени исследований по определению степени КРМ и режимов напряжения относится к электрическим сетям среднего (6-10 кВ) и высокого напряжений, находящихся в ведении энергоснабжающих организаций, при этом учет сетей напряжением 6-10 кВ рекомендуется производить с помощью эквивалентного сопротивления.

Сети низкого напряжения (цеховые), если и принимаются во внимание, то приближенно эквивалентным сопротивлением, что обусловлено, в основном, необходимостью учета разветвленных цеховых

сетей и большого количества ЭП. Между тем, использование современных средств ВТ позволяет вести расчеты режимов сетей с большим количеством узлов и ветвей при учете того, что сети промышленных предприятий находятся в разомкнутом состоянии.

На основе вышеизложенного можно сделать вывод об актуальности исследования вопросов, посвященных взаимосвязанному определению уровней напряжения в системах электроснабжения промпредприятий напряжением 10 и 0.4 кВ и степени компенсации реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов низкого напряжения с учетом статических характеристик (СХ) ЭП по напряжению с целью уменьшения потребления активной мощности от ИП в максимум нагрузки.

Цель и задачи работы. Настоящая работа выполнена с целью разработки метода выявления эффективного режима работы СЭСПП (с напряжением 10 и 0.4 кВ) с учетом СХ электроприемников цеховых электросетей путем установления уровней напряжения в СЭСПП и соответствующей степени КРМ в сетях низкого напряжения промпредприятий.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Выявление совместного влияния уровней напряжения и степени КРМ в СЭСПП на величину активной нагрузки ИП и потерь мощности на передачу в СЭСПП с учетом изменения мощности ЭП цеховой сети и батарей конденсаторов низкого напряжения (БКНН) согласно их СХ по напряжению.

2. Создание методики выбора мощности БКНН при заданных диапазонах уровней напряжения в узлах рассматриваемой сети с учетом СХ ЭП и БКНН с целью уменьшения потребления активной мощности отИП.

3. Создание методики регулирования электропотребления путем определения желаемого уровня напряжения на ИП и добавок напряжения цеховых трансформаторов при заданных степени КРМ и диапазоне уровней напряжения на зажимах ЭП с учетом СХ ЭП и БКНН.

Методы и средства исследований. При решении поставленных в диссертационной работе задач использованы методы математического моделирования электрических сетей СЭСПП, ряд положений электротехники и основ электроснабжения. При выполнении исследований расчеты проводились на ПЭВМ.

Предложенные в диссертационной работе выводы основаны на обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных на действующих предприятиях и подтвержденных в производственных

условиях. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается сопоставленим результатов, полученных с использованием различных методов.

Научная новизна.

1. Показано, что изменение потребления активной мощности ЭП при отклонении напряжения на их зажимах от номинального в допустимых пределах согласно их СХ сопоставимо по абсолютной величине с потерями активной мощности на передачу в сетях 10/0.4кВ промпредприятий. Активная нагрузка ИП может быть уменьшена при снижении до допустимых пределов напряжений на зажимах ЭП цеховых сетей.

2. Разработана методика управления отпуском активной мощности от шин ИП СЭСПП в пределах 10-15% от мощности, потребляемой ЭП при номинальном напряжении, средствами регулирования напряжения при соблюдении у всей совокупности ЭП требуемых уровней напряжения.

3. Разработана методика определения степени КРМ с помощью БКНН в сетях низкого напряжения промпредприятий при заданных диапазонах уровней напряжения на ИП и ЭП с учетом СХ ЭП и БКНН с целью уменьшения потребления активной мощности от ИП.

4. Разработана методика определения уровней напряжения в узлах СЭСПП с целью регулирования потребления активной мощности при заданной степени КРМ с помощью БКНН.

5. Получены аналитические выражения для равновесных значений степени КРМ, уровней напряжения на ИП и добавок напряжения цеховых трансформаторов, обеспечивающих режим равенства активной нагрузки ИП и активной мощности совокупности ЭП при номинальном напряжении на их зажимах.

Практическая ценность работы.

1. Предложенные методики определения желаемых уровней напряжения и степеней КРМ позволяют энергетическим службам промпредприятий создавать эффективные режимы работы СЭСПП и регулировать потребление активной мощности от ИП в пределах 10-15% от активной нагрузки ЭП при номинальных напряжениях.

2. Результаты исследований могут быть использованы исследовательскими, проектными и эксплуатационными организациями при- решении вопросов увеличения или уменьшения активной и реактивной мощности средствами регулирования напряжения.

Реализация работы. Предложенные методики определения эффективных уровней напряжения и степеней КРМ, а также разработанные практические рекомендации внедрены на

производственном объединении AMO ЗИЛ. Снижение максимальной нагрузки в системе электроснабжения Механосборочного корпуса составило 18%. Методика и рекомендации, разработанные в диссертации, приняты к использованию службой Главного энергетика.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференции Ассоциации энергоменеджеров (г.Москва, 1996г.); семинаре-выставке «Взаимодействие региональных органов власти, энергоснабжающих организаций, потребителей энергии и органов государственного энергетического надзора при реализации Закона РФ «Об энергосбережении» и постановления Правительства РФ «О реорганизации органов государственного энергетического надзора в Российской Федерации» (Мальта, 1996г.); научно-технической конференции РАО «ЕЭС России» «Уменьшение активной мощности нагрузки в режиме ограничения потребления средствами регулирования напряжения» (г.Пенза, 1996г.); научно-техническом семинаре кафедры ЭПП Московского Энергетического института (1996г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 56 иллюстраций, список использованной литературы включает 65 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

Целью первой главы является определение совместного влияния степени компенсации реактивной мощности и уровня напряжения в электрической сети, схема замещения которой изображена на рис.1, на величину потребляемой активной мощности Ри от источника питания (ИП) с учетом изменения активной нагрузки электропотребителя (ЭП) согласно его статической характеристике (СХ), как по активной, так и по реактивной мощностям, и потерь активной мощности на передачу (в элементах электрической сети - трансформаторах и линиях). В качестве источника реактивной мощности (ИРМ) рассматривается батарея конденсаторов (БК), установленная у ЭП, мощность которой изменяется пропорционально квадрату подводимого напряжения Un.

Рис.1. Схема замещения рассматриваемого участка сети

Uhom=0,38 kB

Uhom=10kB

Rc+jXc

^ Pn+jQn

PH+JQH

Un

Известно, что регулирующий эффект А1 групповой нагрузки согласно СХ по активной мощности находится в пределах 0.3-2, а по реактивной мощности 2-5. Изменение активной нагрузки ЭП можно оценить по разности потребления активной мощности при разных уровнях напряжения ип на ЭП и при номинальном напряжении ином:

Разность потребления активной мощности от ИП определяется с учетом потерь активной мощности на передачу ДРсети и в стали трансформаторов ДРст-:

При подстановке в (2) формул, определяющих потери мощности в сети и разность потребления ЭП, параметров передачи, нагрузки и степени КРМ имеем:

5РИ(Un,Q = (Рном I иЦом )R0 + tg2<Pd - Q2) + АРСТ + PHomAi5U*. (3)

Или в o.e. к потреблению мощности ЭП на номинальном напряжении, при отклонении напряжения на ЭП в o.e. 5U», отклонении напряжения на ИП в o.e. 5UH*, потерь напряжения AU* в активном и реактивном сопротивлении передачи X и R, степень КРМ С, С = QbK^QhoM' QbK" мощность БКНН при номинальном напряжении, Qhom = Рном^Ф " реактивная мощность ЭП при номинальном напряжении, tgcp - коэффициент реактивной мощности, 5UOTB - добавка напряжения на трансформаторе 10/0.4 кВ:

5Pn(Un) = Pn(Un)-Pn(UHoM); приип>иНом 5Pn(Un)>0; приип<ином 8РП (Un) < 0 .

(1)

5РИ = ДРсета + ДРСТ + 5Pn(Un), 5РИ = P„(UH)- Pn(U„0M).

(2а) (26)

5РИ* = SnfU":Q = na\l + tg2cp(l - Q2 j + ДРст. +

Гппм L J

+ A,

HOM " (4)

5UH* - 7ia(l + _(i - Q) + SUotb = ДРсета* + APCT* + 5Pn*

R

В (4) имеются аргументы, заданные объективно - это параметры нагрузки (Рном; tg<p; Aj) и передачи (X,R,ЛРст), и аргументы, вариация

которых в условиях эксплуатации возможна - это уровень отклонения напряжения на ИП 5UH*, степень компенсации реактивной мощности С

и добавка напряжения трансформатора SUq^ . Проведем анализ влияния 5UH* и С на 8РИ для схемы (рис.1) при следующих условиях: в качестве элемента сети взят трансформатор ТМ-400-10/0.38 и следующие параметры: коэффициент загрузки трансформатора к3=0,9; 5UOTb=0; Rt=3,70m; Хт=1 1,Юм; Xt/Rt=3; ЛРсг=1,2кВт; ДРст.=0,0048; Р„ом =250кВт; tg(p=l; Ai =1,8; па =0,014. На рнс.2 представлены зависимости:

ДРсети* +APcT*;5Pn*(^i = 1.8); 5РИ*, а также Д1.Г* и 5U*, от степени компенсации реактивной мощности при SUH* = 0.02.

Рис.2.3ависимости (в o.e.) потерь активной мощности на передачу (ЛРс+4Рст),потерь напряжения (AU), изменения потребления в ЭП (5Рп), отклонения напряжения на ЭП (5Un), разности потребления на ИП (5Ри) для Shom=400kBA; K3=0.9;tg4>=1; А1=1.8; sUy=0.02

Вид этих зависимостей показывает, что при увеличении степени компенсации реактивной мощности увеличивается уровень напряжения на ЭП 5Un, т.к. при постоянном напряжении на ИП 8UH потеря напряжения в сети AU* уменьшается. Вследствие увеличения 8Un увеличивается потребление активной мощности ЭП согласно его СХ и, несмотря на снижение нагрузочных потерь мощности на передачу, суммарное потребление активной мощности от ИП увеличивается. Разность потребления 5РИ изменяется от отрицательного значения (0,0046, т.е. Ри(ии)<Pn(UH0M)), проходит через нулевое значение, т.е. Ри(ии) = Рп(иНом). и ПРИ Дальнейшем увеличении степени КРМ разность потребления положительна, т.е. PH(UH) > Рп(иНом) •

Режим, при котором PH(UH) = Pn(UH0M) или 5РИ=0, назван равновесным, и степень КРМ или уровень напряжения, соответствующие этому режиму, также названы равновесными. Т.е. для графиков рис.2 равновесная степень КРМ Cq=0,I6.

Разность потребления активной мощности на ИП в o.e. к РНОм ПРИ изменении С от 0 до 1:

Из (5) следует, что разность потребления при разных степенях КРМ не зависит от уровня напряжения на ИП, а определяется параметрами передачи и потребителя. Исследования показали, что при увеличении регулирующего эффекта нагрузки А1 разница в потреблении активной мощности увеличивается более значительно при больших значениях коэффициента загрузки и реактивной мощности, пределы ее изменения от 0.1% до 5.5%.

Ри - Ри = *atg<P(Ai(X / R) - tgcp).

(5)

Рис.3. Зависимости коэффициента реактквногй мощности нагрузки 1дЧ>, при котором Ри=Рп, от регулирующего эффекта активной нагрузки А1 для сети с кабельной линией ЮкВ, трансформатором и шинопроводом.

—S =2500кВА —■—S =630кВА —6—S =400кВА

0 0,5 1 1,5 2

регулирующий эффект активной нагрузки А1

1,5

2

На рис.3 показаны зависимости коэффициентов реактивной мощности нагрузки 1§ф=А,(Х/К) при которых потребление активной мощности не изменяется при изменении степени компенсации реактивной мощности и фиксированном уровне напряжения для передачи с кабельной линией, трансформатором и шинопроводом для разных номинальных мощностей трансформаторов. Из этих зависимостей следует, что при реальных значениях коэффициента реактивной мощности 1§ср < 1 уменьшение потребления активной

мощности при увеличении С от 0 до 1 имеет место только при очень слабой реакции потребителя на изменение напряжения на его зажимах -т.е. при А1 <0.5, и для передач с малым (Х/Я) (т.е. для трансформаторов

и нагрузок относительно небольшой мощности).

Таким образом, задача уменьшения потребления активной мощности от ИП с помощью изменения степени компенсации реактивной мощности и уровней напряжения может быть разделена в зависимости от конкретной эксплуатационной ситуации на следующие:

1. Определение степени компенсации реактивной мощности при заданных диапазонах уровней напряжения в узлах рассматриваемой электрической сети.

2. Определение желаемого уровня напряжения на источнике питания и добавки ответвления трансформатора при заданных степени компенсации реактивной мощности и диапазоне уровней напряжения на зажимах электроприемников.

Целью второй главы является определение при заданном уровне напряжения в сети иу диапазона значений степени компенсации

реактивной мощности, при котором Ри ^ Рп(иНом)>

5 ип > 5 ип доп, (6)

т.е.Су < С < С0 .

Заданный уровень отклонения напряжения в сети 511у3 определяется заданием уровня отклонения напряжения на ИП 5ииз и добавкой напряжения ответвления трансформатора 5 иотв 3 т.е.

биуз =8ииз + 5исггв з . (7)

Таким образом, необходимо прежде всего выяснить, находится ли заданное значение уровня напряжения иу3 в диапазоне, при котором

осуществимо выполнение неравенства Ри^Рн(ином) ПРИ изменении С от 0 до 1.

Выражение для равновесных значений 5 Uyo (в o.e.), при котором ри = рн(ином ), т.е. 5 Ри = О, выводится из формулы (4).

При С=0

51$° = «.[! + «tg-p]- "аО^) + ДРст. (8) При С=1

SUCJl = na_Z!a±A^. (9)

Следовательно, для возможности осуществления условий (6) необходимо, чтобы заданный уровень отклонений напряжения в сети находился в коридоре 5 U^0-5 U^jj'.

С=0

Ширина коридора определяется, в основном, величинои 5 Uhq ,

т.к. SUyQ1 «0 близко к нулю (при А[ >0.9). Ориентировочно

равновесное отклонение напряжения при С=0 может быть найдено из выражения: SUyQ0 =5-к3-sin(p, где к3 - коэффициент загрузки

трансформатора.

Таким образом, если 5Uy3>5Uyo, то компенсирующие устройства

по условию уменьшения потребления активной мощности от ИП устанавливать нецелесообразно, т.е. С = 0. Если 8Uy3<5UyO, то

необходимо принимать меры по увеличению напряжения, в том числе и установкой батарей конденсаторов, т.е. С > 0.

Если выполняется условие, что заданное значение 5 Uy попадает в

(-"<] Р-П

диапазон SU^q <5Uy3 <5Uy0 , то для определения равновесной

степени компенсации реактивной мощности Со, необходимо приравнять нулю выражение (4) и решить уравнение относительно С при прочих заданных параметрах:

Со = 1-г-

tg<P

A.S ГА1£У_А^+А15иуз+1_А1 2 V V 2 J ля ля

(10)

Исследования показали, что равновесная степень КРМ Со изменяется от отрицательного (от -5), до положительного (до 2), в некоторых случаях исходное уравнение не имеет корней, т.е. равновесного значения Со не существует.

При увеличении регулирующего эффекта, коэффициента загрузки и коэффициента реактивной мощности равновесная степень КРМ увеличивается.

Зависимости равновесной степени компенсации от заданного уровня отклонения напряжения на источнике питания приведены на рис.4 для 51ГГ=400 и 2500 кВА при А1=1.8; к3=0.9 и 0.45; tgф=l. При увеличении уровня отклонения напряжения на ИП от 0 до 3%, если к3=0.9, Со уменьшается от 1 до 0.

Рис.4. Зависимости равновесной степени компенсации РМ от заданного уровня отклонения напряжения в сети при А1=0.9^д<Р=1; Бном т=400 и 2500 кВА; Кз=0.45 и 0.9

—•— 8ном=400,Кз=0.45 —■—8ном=400,Кз=0.9 —А—5ном=2500,Кз=0.4 —х—$ном=2500,Кз=0.3

уровень отклонения напряжения в сети

Т.о., предлагается следующий порядок определения степени компенсации реактивной мощности при заданных диапазонах уровней напряжения в узлах электрической сети 10/0.4 кВ по условию уменьшения потребления активной мощности от ИП.

Если заданы уровень отклонения напряжения на ИП 5ию, добавка напряжения трансформатора 10/0.4 кВ би^ 3, т.е.отклонения напряжения в сети 6 иуз, а также должно быть выполнено условие, что

напряжение на зажимах электроприемников не должно быть меньше заданного (допустимого), т.е. 5ип>5ипз, то, учитывая выводы,

полученные в гл.1, и требования к режиму потребления активной мощности от ИП, т.е. Ри^Рп(иНом)' необходимо в первую очередь проверить уровень напряжения на ЭП без установки компенсирующих устройств, т.е. при С=0. Если этот уровень соответствует заданному, то следует принять, что компенсация реактивной мощности по условию уменьшения потребления активной мощности от ИП не целесообразна. Если этот уровень не соответствует заданному, т.е. 5ип<5ипз, то

необходимо продолжить определение степени компенсации реактивной мощности, т.к. 00.

Предельным по условию Ри < Рп(ином ) является равновесная степень компенсации, т.е. Со, определяемая по (10). Предварительно желательно проверить, находится ли уровень напряжения в пределах, при которых 0 < Со < 1, т.е. определить коридор .

Если Со <0, то следует принять С=0.

Если 0<Со<1, то следует принять С< Со-

Если Со>1, то С<Со, но С>Си, где Си- степень компенсации реактивной мощности, соответствующая допустимой потере напряжения в сети Д идоп = 5 иуз- 5 иго.

Если Си<0. то С = 0.

Если Со при заданном уровне напряжения в сети не существует, т.е. нет режима Ри = Рп(ином), то следует принять степень компенсации

реактивной мощности, соответствующую допустимой потере напряжения, т.е. Си

Третья глава посвящена определению уровней отклонений напряжения в сети при заданной степени компенсации реактивной мощности по условию уменьшения потребления активной мощности от источника питания.

Равновесный уровень отклонения напряжения на ЭП 5ипо при .заданной степени компенсации реактивной мощности определяется отношением потерь активной мощности на передачу к регулирующему эффекту активной нагрузки:

5ип0=-

1+182ф(1-С3)2

+ ДРСТ* ДРСЗ * + ДРСТ *

(11)

А1 А1

Таким образом, равновесный уровень отклонения напряжения на ЭП при заданной степени компенсации реактивной мощности определяется отношением потерь активной мощности на передачу и

7С

регулирующего эффекта активной нагрузки. Равновесный уровень отклонения напряжения на ЭП всегда меньше нуля.

На рис.5 представлены зависимости равновесного отклонения напряжения на ЭП от заданной степени компенсации реактивной мощности при различных сочетаниях значений параметров сети и нагрузки, входящих в формулу (11). Исследования показали, что при полной степени компенсации реактивной мощности (С3=1) значения

равновесного уровня отклонения напряжения находятся в пределах 5ипо =(-0.5%)^(-2%). Без компенсации реактивной мощности (С3=0)

значения равновесного уровня отклонения напряжения находятся в пределах би^ =(-4%)-^(-0.7%). Т.е. равновесный уровень отклонения

напряжения на ЭП не выходит за допустимые ГОСТ пределы. Если сеть имеет небольшую реактивную нагрузку (вследствие низкого коэффциента реактивной мощности 1§ер <0.4, или из-за большой степени

Рис.5. Зависимости равновесного уровня отклонения напряжения на зажимах электропотребителя от заданной степени компенсации реактивной мощности &ипОИ(Сз) при и =0.024; 1д(?=0.4 и 1; А1 =0.9; 1.2; 1.8.

-0,005

О 0,2 0,4 0,6 0,8

э

о с

-0,025

-0,015

-0,02

-0,01

-*-А1=1.8 1д =1

—л—А1=1.2;1д =0.4

-*-А1=1.2^д =1

—■—А1=0.9;1д =1

-•- А1=1.8 1д =0.4

—♦—А1=0.9;1д =0.4

-0,03

степень компенсации Сз

компенсации реактивной мощности С3>0.7), равновесный уровень отклонения напряжения на ЭП Шпо =-0.7%.

Поскольку при заданной степени компенсации реактивной мощности можно считать заданными нагрузочные потери мощности и потери напряжения, то равновесный уровень отклонения напряжения в сети определяется как:

ДРСЗ * + ДРСТ ♦

5иу0 = ди3---. (12)

На рис.6 показаны зависимости равновесного уровня отклонения напряжения на ИП от заданной степени компенсации реактивной мощности при Ян =0,024;1§ф=0,4 и 1; А1=0,9;1,2;1,8. Очевидно, что биуо уменьшается в пределах от 0,023 до -0,007 при увеличении С от 0 до 1, при уменьшении А1 или коэффициента реактивной мощности. При снижении коэффициента загрузки 8иуо также снижается.

При заданных уровне напряжения на ИП 5иш и степени компенсации реактивной мощности С3 желаемый уровень отклонения

напряжения на ЭП (равновесный) достигается изменением ответвления трансформаторов 10/0.4 кВ:

51^ = Ди3 -Ш113 -би£0=Сз. (13)

Равновесные значения добавки напряжения трансформаторов

Рис.6. Зависимости равновесного уровня отклонения напряжения на ИП от заданной степени компенсации реактивной мощности 5Цу0=?(Сз) при "=0.024; (д<Р=0,4 и 1; А1=0.9;1.2;1.8.

находятся в пределах 5UOTBo=:(l%-4%)-5Um, значения SU^o уменьшаются при уменьшении потерь напряжения в сети и увеличиваются при уменьшении регулирующего эффекта нагрузки.

Следующие главы посвящены реализации предлагаемой методики снижения потребления активной мощности от источника питания на конкретном предприятии, а именно в системе элетроснабжения Механосборочного корпуса (МСК) AMO ЗИЛ.

В четвертой главе на основании технологических карт МСК AMO ЗИЛ определены активные и реактивные мощности электроприемников при номинальном напряжении на их зажимах. Электроприемники, в зависимости от типа, номинальной мощности и коэффициента загрузки разделены на группы по видам статических характеристик. Значения полной мощности питающих линий примерно одинаковы как для полученных расчетным путем, так и измеренных.

Суммарная активная мощность электроприемников МСК при номинальном напряжении на их зажимах в максимум нагрузки составляет 3470 кВт, суммарная реактивная 4950 квар, полная мощность 6000 кВА. Существующий уровень напряжения на источнике питания составляет 10.7 кВ. Существующий коэффициент трансформации цеховых трансформаторов - 10/0.4, т.е. добавка напряжения 8UcrrB=0.05.

В цеховой ' сети напряжением 0.38 кВ установлены батареи конденсаторов общей мощностью 3500 квар.

Полная мощность, потребляемая МСК в максимум нагрузки при отключенных батареях конденсаторов, по результатам измерений равна 7180 кВА, коэффициент реактивной мощности соответственно 1.5. Коэффициенты загрузки трансформаторов (номинальная мощность 1000 кВА) по активной мощности к^=0.2-0.4.

Полученные расчетным путем на ПЭВМ статические характеристики групповых нагрузок ТП с учетом полной схемы замещения цеховой сети и статических характеристик индивидуальных электроприемников, имеют регулирующие эффекты по активной мощности 1.1-5-1.6, по реактивной мощности 1.4-г2.8. Коэффициенты расчетных СХ подтверждены результатами проведенных измерений: при существующем уровне напряжения на ИП и коэффициенте трансформации на ТП, т.е. Uycyur- 1.12Uhom* При существующем режиме работы СЭС потребление полной мощности от ИП примерно на 20% больше, чем при номинальном напряжении на зажимах электроприемников.

В пятой главе, на основании разработанных методик, определены режимы напряжений и степеней КРМ в СЭС МСК ЗИЛ, обеспечивающие уменьшение потребления активной мощности от ИП в максимум нагрузки.

Равновесные степени КРМ Со несколько ниже заданных, и

мощность БКНН равна 3000 квар.

Равновесные уровни отклонения напряжения в сети для разных ветвей схемы замещения МСК:

при С=0 =0-3.26%, при C=I SU^f1 =0-2.6%, т.е. значительно ниже существующего уровня 8иуСуЩ = 12%. При отклонении напряжения на источнике питания 5UH=0.05 уровень, близкий к желаемому равновесному SUq, может быть достигнут

установкой ответвлений цеховых трансформаторов, обеспечивающих отрицательную добавку напряжения 5UOTB=(-2.5%)-(-5%).

Наиболее эффективно на уменьшение потребления активной мощности на ИП - на 18% (на 610 кВт) влияет сочетание следующих мероприятий: установка на ИП напряжения UH=1.05UHOM, установка на цеховых ТП ответвлений, дающих добавку 8U0tb.=(-2.5%) или (-5%) и подключением батарей конденсаторов с мощностями, соответствующими равновесным степеням компенсации реактивной мощности (коэффициент реактивной мощности суммарной нагрузки 0.5). При этом уровень отклонения напряжения на ЭП близок к номинальному, т.е. не меньше (-1%) и не больше 0.6%.

Согласно рекомендациям диссертационной работы в СЭС МСК AMO ЗИЛ были проведены следующие мероприятия: перераспределение мест подключения и мощности в цеховой сети БКНН и снижение напряжения на шинах ИП (подстанция №6 Мосэнерго) до уровня 1.02 номинального. В результате зафиксировано уменьшение потребления активной мощности от Мосэнерго в максимум нагрузки для первой секции РП-200, питающей МСК, на 7-8%. Нарушений в работе электроприемников МСК вследствие некоторого снижения напряжения по сравнению с исходным режимом не наблюдалось.

Основные результаты и выводы

1. При определении степени компенсации реактивной мощности и уровня напряжения в электрической сети необходимо учитывать не только потери мощности на передачу, но и изменение потребления мощности электропотребителями при изменении напряжения на их зажимах, согласно их статических характеристик. В зависимости от

сочетания уровня напряжения и степени компенсации реактивной мощности потребление активной мощности от источника питания может быть меньше, равно или больше потребления активной мощности потребителя при номинальном напряжении на его зажимах.

2. Повышение уровня напряжения 5ии ведет к увеличению

потребления активной мощности от ИП при любой степени компенсации реактивной мощности и любых сочетаниях параметров нагрузки и потребителя. При фиксированном значении уровня напряжения на ИП ии изменении потребления активной мощности от

ИП без компенсации (С=0) и с полной компенсацией (С=1), т.е.

С=1 0=0

*и - Рц определяется коэффициентом статической характеристики потребителя А[ .коэффициентом реактивной мощности tgф , коэффициентом загрузки к3, соотношением индуктивного и активного сопротивлений передачи и не зависит от фиксированного уровня напряжения на ИП. Степень увеличения потребления активной мощности от ИП при увеличении степени компенсации реактивной мощности и фиксированном уровне напряжения изменяется в пределах 0-5.5% от номинальной мощности потребителя.

3. Предложенная методика определения степени компенсации реактивной мощности при заданном уровне напряжения на ИП позволяет определить предельные значения степени компенсации, в интервале которых обеспечивается условие потребления активной мощности от ИП меньше потребления активной мощности электроприемником при номинальном напряжении на его зажимах, а также допустимый уровень напряжения на электропотребителе. Наибольшая рекомендуемая степень компенсации реактивной мощности (равновесная) Со при заданном уровне напряжения на ИП соответствует режиму, при котором активная мощность от ИП равна потребляемой активной мощности ЭП, т.е. Ри = Рп(ином). Наименьшая степень компенсации реактивной мощности соответствует режиму, при котором напряжение на ЭП равны наименьшему допустимому, которое меньше номинального, т:е. ип = ип доп < ином, при этом Ри < Рп(ином).

4. Существование равновесного режима при возможном изменении степени компенсации реактивной мощности С от 0 до 1 определяется нахождением заданного уровня отклонения напряжения на ИП 5иу3 в

диапазоне предельных равновесных значений отклонений напряжения,

С=1 С=О

т.е. §1-1^0 ^ 5иу3 < §иу0 . Значения равновесных уровней отклонений

напряжения при С=1 близко к нулю при регулирующем эффекте

нагрузки больше 0.9. Значения равновесного уровня отклонения напряжения при С=0 т.е. зависят от коэффициента загрузки трансформатора и нагрузки и находятся в пределах 0.5-4%. Если реальное значение уровня отклонения напряжения 5ип = 5ипз, то установка компенсирующих устройств по условию уменьшения потребления активной мощности от ИП нецелесообразна. Если 8ип < 5ипз , то необходимо, в первую очередь, проверить уровень

напряжения на ЭП и сравнить его с допустимым. Равновесная степень компенсации реактивной мощности С0 увеличивается при увеличении регулирующего эффекта нагрузки А„ отношения индуктивного и реактивного сопротивлений сети, коэффициента загрузки к3, коэффициента реактивной мощности нагрузки tgф и при увеличении уровня напряжения в сети 5иу3.

5. Равновесный уровень отклонения напряжения на ЭП бипо при заданной степени компенсации реактивной мощности определяется отношением потерь активной мощности на передачу к регулирующему эффекту активной нагрузки. Равновесный уровень отклонения напряжения на ЭП всегда меньше нуля. При полной степени компенсации реактивной мощности (С3=1) значения равновесного уровня отклонения напряжения находится в пределах 5ипо=(-0.5%)-^(-2%). Без компенсации реактивной мощности (С3=0) значения равновесного уровня отклонения напряжения находятся в пределах 5ипд =(-4%)-К-0.7%). Т.е. равновесный уровень отклонения напряжения на ЭП не выходит за допустимые ГОСТ пределы. Если сеть имеет небольшую реактивную нагрузку (вследствие низкого коэффциента реактивной мощности 1§<р <0.4, или из-за большой степени компенсации реактивной мощности С3>0.7), равновесный уровень отклонения напряжения на ЭП 5ипо=-0.7%.

6. Равновесный уровень отклонения напряжения на ИП при коэффициенте загрузки к3>0.2 и коэффициенте реактивной мощности

>0.4 существенно зависит от параметров сети и нагрузки, но не превышает 5%. Если к3<0.2 и гдср <0.4, то 8иуо=0 при любых значениях

параметров. При заданных уровне напряжения на ИП 5ииз и степени компенсации реактивной мощности С3 желаемый уровень отклонения напряжения на ЭП (равновесный) достигается изменением ответвления трансформаторов 10/0.4 кВ. Равновесные значения добавки ответвления трансформаторов находятся в пределах 8иотво=(1%-^4%)-5ииз, значения 5истгвО уменьшаются при уменьшении потери напряжения в сети и увеличиваются при уменьшении регулирующего эффекта нагрузки.

7. Анализ результатов режимов системы электроснабжения механосборочного корпуса AMO ЗИЛ показал, что отключение батарей конденсаторов с целью уменьшения напряжения на зажимах электроприемников при существующем уровне напряжения в сети не приводит к существенному уменьшению потребления активной мощности от ИП, вследствие значительного возрастания нагрузочных потерь активной мощности на передачу. Наиболее эффективно на уменьшение потребления активной мощности на ИП - на 18% (на 610 кВт) влияет сочетание следующих мероприятий: установка на ИП напряжения Uh=1.05UHOm, установка на цеховых ТП ответвлений, дающих добавку 8UOTB=(-2.5%); (-5%) и подключением батарей конденсаторов с мощностями, соответствующими равновесным степеням компенсации реактивной мощности (коэффициент реактивной мощности суммарной нагрузки 0.5). При этом уровень отклонения напряжения на ЭП близок к номинальному, т.е. не меньше (-1%) и не больше 0.6%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дубинскнй Е.В., Конюхова Е.А. Анализ влияния степени компенсации реактивной мощности и уровня напряжения на значение активной мощности, потребляемой от источника питания, с учетом статических характеристик нагрузки.// "Промышленная энергетика" -1996-№4-с. 35-39.

2. Дубинский Е.В., Конюхова Е.А. Определение степени компенсации реактивной мощности при заданных диапазонах уровней напряжения в узлах электрической сети 10/0,4 кВ по условию уменьшения потребления активной мощности от истйчника питания.// "Промышленная энергетика" - 1996 - №8 - с. 38-41.

Псч. л. f1$ Тираж

/Со Заказ т

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.