Оптимизация размещения средств компенсации реактивной мощности

Основными источниками реактивной мощности, как известно, являются генераторы электрических станций, линии электропередачи (за счет зарядной мощности) и компенсирующие устройства поперечной компенсации, подключаемые параллельно нагрузке. Как было отмечено в главе 4, включение в узлы электрической сети компенсирующих устройств приводит к разгрузке элементов сети от реактивной мощности, следствием этого является снижение нагрузочных потерь мощности и электроэнергии. Таким образом, за счет изменения потоков реактивной мощности (управления ими) можно улучшить экономические показатели сети.

Задача оптимизации управления потоками реактивной мощности разделяется на две подзадачи: проектную, связанную с выбором дополнительных компенсирующих устройств, и эксплуатационную, при решении которой требуется выбрать оптимальные режимы работы уже установленных в сети компенсирующих устройств. (Математическая постановка и пример решения эксплуатационной задачи приведены в подразделе 13.6.)

При решении проектной задачи необходимо выбрать оптимальные места установки компенсирующих устройств и их оптимальные мощности в каждом из выбранных мест. Поскольку денежные средства, выделяемые на установку компенсирующих устройств, как правило, ограничены, и ввод в работу компенсирующих устройств может производиться поэтапно, то одновременно возникает задача нахождения наиболее рациональной очередности установки компенсирующих устройств в различных местах.

В общем случае установка дополнительного компенсирующего устройства мощностью 0к| в 1-м узле сети будет эффективной, если чистый дисконтированный доход, вычисленный по формуле (12.19), будет положительным:

Если сравнивать установку компенсирующего устройства одной и той же мощности в различных узлах сети и полагать, что капитальные затраты при этом одинаковы (это соответствует одинаковому типу компенсирующего устройства), то формула (13.6) примет вид

где Кк — капитальные затраты на компенсирующее устройство, осуществляемые в течение 1 года.

Установка дополнительного компенсирующего устройства наиболее выгодна в том узле, для которого

В формуле (13.7) применительно к компенсирующим устройствам ежегодные издержки Ип по годам в проектных расчетах можно считать неизменными, так как они состоят из отчислений от капитальных затрат и стоимости потерь электроэнергии в компенсирующих устройствах, которые при неизменном их режиме работы можно считать постоянными. Что касается дохода Дй от установки компенсирующего устройства, то он по годам остается неизменным только в том случае, если нагрузки сети не изменяются. Такие случаи имеют место, например, при установке компенсирующего устройства в сети промышленного предприятия с неизменным режимом работы.

В общем же случае доход Дй может изменяться по годам вследствие изменения нагрузки сети и соответственно потерь энергии. Однако при перспективном проектировании нагрузку сети на каждый год определить достаточно точно не представляется возможным, имея в виду то, что в формулах (13.6, 13.7) расчетный период Т принимается значительным, равным сроку службы объекта и даже большим. Если полагать, что доход Дй по годам не изменяется, то от формулы (13.7) можно перейти к выражению приведенных затрат (12.25), на основании которого эффективность установки дополнительного /-го компенсирующего устройства можно представить в виде

где Д(0К,) — доход, получаемый при установке дополнительного компенсирующего устройства мощностью Qri; 3кю) — затраты, связанные с установкой дополнительного компенсирующего устройства.

Установка дополнительного компенсирующего устройства окажется наиболее выгодной в том узле сети, для которого экономический эффект

В ряде случаев целесообразные места установки компенсирующих устройств могут быть определены без проведения каких-либо предварительных расчетов. Так, для сети, состоящей из одной линии с одной нагрузкой на конце (рис. 13.7, а), существует единственное место установки компенсирующего устройства в узле 1. При мощности компенсирующего устройства QK реактивная мощность в линии составит QQK, потери мощности будут

а снижение потерь

где Д.Р0 — потери мощности без компенсирующего устройства.

Если изменять мощность QK, то при неизменных нагрузках Рх и Q{ снижение потерь мощности ЪР будет изменяться так, как показано на рис. 13.8. Очевидно, что наибольшее снижение потерь будет тогда, когда QK = Q. Если выбрать мощность компенсирующего устройства QK > Q, то реактивная мощность в линии будет направлена не от источника к потребителю, а наоборот от узла 1 к узлу 0. При этом потери мощности по сравнению со случаем, когда QK = Q, начнут возрастать, а снижение потерь будет уменьшаться (правая ветвь кривой). При QK = 2Q будем иметь 8Р = 0, а при QK > 2Q снижение потерь оказывается даже отрицательным, т.е. потери мощности станут больше, чем в исходном режиме без компенсирующего устройства. Очевидно, что мощность компенсирующего устройства должна выбираться в диапазоне от 0 до Q, так как при QK> Q эффект от снижения потерь уменьшается, и при этом возрастают капитальные затраты на компенсирующие устройства.

Схемы сети

Рис. 13.7. Схемы сети: а — с одной нагрузкой; б — с несколькими нагрузками; в —с несколькими линиями; г — замкнутая с несколькими нагрузками; д — питающая (системообразующая) с распределительными сетями

Снижение потерь мощности за счет установки компенсирующего устройства

Зависимости 5Р, к и Д. от мощности компенсирующего устройства Тогда удельная экономия на потерях мощности, приходящаяся на единицу мощности компенсирующего устройства

Рис. 13.8. Зависимости 5Р, кз и ДД|>. от мощности компенсирующего устройства Тогда удельная экономия на потерях мощности, приходящаяся на единицу мощности компенсирующего устройства

Из зависимости кэ =ЛСК) (см- Рис- 13.8) видно, что при увеличении мощности QK удельный эффект от снижения потерь снижается. При этом удельная экономия становится равной нулю при полной компенсации реактивной мощности (QK = Q), а при дальнейшем увеличении QK значение кэ становится отрицательным.

Доход от снижения потерь активной мощности и энергии

где АР0, АР— потери активной мощности соответственно до и после установки компенсирующего устройства в режиме наибольших нагрузок; т, тр — время наибольших потерь от передачи реактивной мощности соответственно до и после компенсации; тсрр — среднее значение времени наибольших потерь; р — стоимость 1 кВт ч потерь энергии.

С учетом формулы (13.10) можно записать:

Характер зависимости ДДк =Лбк) повторяет кривую бP=f(QK) (см. рис. 13.8).

Для линии с несколькими нагрузками (см. рис. 13.7, б) компенсирующие устройства могут быть установлены в узлах 1, 2иЗ. Здесь также без расчетов очевидно, что первоначально самой эффективной точкой является узел 3. Действительно, при размещении компенсирующего устройства в узле 3 произойдет разгрузка от реактивной мощности всех участков сети 2—3,1—2 и 0—1. Если бы компенсация первоначально была произведена, например, в узле 2, то снижение потерь произошло бы только на участках 0—1 и 1—2, а на участке 2—3 потери мощности не изменились. Однако мощность компенсирующего устройства Q}t. в узле 3 не должна превышать Qv так как в противном случае при перекомпенсации реактивная мощность будет направлена от узла 3 к узлу 2, что приведет к повышению потерь. Если принято решение установить в сети мощность компенсирующего устройства QK большую, чем Q3k, то следующее устройство целесообразно разместить в узле 2. При этом его мощность должна быть Q2k = Qk — QiK, но не больше Qr Аналогичным образом рассматривают и другие узлы при движении в сторону источника питания.

При этом для каждого /-го узла, в котором устанавливается компенсирующее устройство, может быть вычислено удельное снижение потерь мощности по формуле (13.10):

Для более сложных схем сети (см. рис. 13.7, в, г) без расчетов не очевидно, какую необходимо принять очередность установки компенсирующих устройств в различных узлах. При этом следует руководствоваться критерием (13.13). Для его вычисления поочередно во всех узлах устанавливают компенсирующее устройство некоторой небольшой мощности, выполняют расчеты установившихся режимов, и находят для каждого режима удельное снижение потерь мощности k3j. Наиболее целесообразным узлом к установке компенсирующего устройства будет узел, для которого выполняется условие

На основании изложенного подхода может быть выбрана очередность установки компенсирующих устройств в сети любой конфигурации и по формуле (13.12) вычислен доход от снижения потерь энергии при различной суммарной мощности QK.

Затраты, связанные с установкой компенсирующего устройствами, формулу (13.8), можно определить по выражению

где Е — банковская ставка на предоставление кредита; р — отчисления на амортизацию и текущий ремонт компенсирующего устройства; ? д — удельные капитальные затраты на компенсирующее устройство; ДР — удельные потери мощности в компенсирующем устройстве; Т — продолжительность работы компенсирующего устройства в году.

Выражение (13.15) можно представить в виде

если расчетное значение стоимости 1 квар ч, выдаваемого компенсирующим устройством, определять формулой

Приравняем доход по формуле (13.12) и затраты на компенсирующее устройство по формуле (13.16):

Отсюда найдем граничное значение удельного снижения потерь мощности, ниже которого установка компенсирующего устройства нецелесообразна:

Кроме снижения потерь активной мощности и энергии установка компенсирующих устройств позволяет улучшить режимы напряжений и снизить потери реактивной мощности в сети. Режимы напряжений при решении задачи обычно контролируются вводимыми соответствующими ограничениями. Что касается снижения потерь реактивной мощности, то этот фактор влияет на баланс реактивной мощности в сети и позволяет несколько уменьшить мощность компенсирующих устройств. Доход от уменьшения мощности компенсирующих устройств за счет снижения потерь реактивной мощности, как показывают расчеты, значительно ниже дохода от снижения потерь активной энергии и составляет [54]:

С учетом этого выражение (13.17) примет вид

Критерии (13.17) и (13.18) позволяют при оптимизации размещения компенсирующих устройств перейти от экономических критериев (13.6) и (13.7) к техническим, что существенно облегчает решение задачи.

С учетом этих критериев установка компенсирующего устройства в /-м узле нагрузки целесообразна в том случае, если фактическое удельное снижение потерь мощности в режиме наибольших нагрузок больше граничного значения (рис. 13.8):

При этом экономически целесообразная мощность компенсирующего устройства равна QK>.

Установка компенсирующих устройств в распределительной сети, подключенной к какому-то узлу 0 питающей (системообразующей) сети (см. рис. 13.7, д), оказывает влияние на баланс реактивной мощности в этом узле и соответственно на потери мощности в питающей сети. Поэтому эффективность компенсирующих устройств должна оцениваться при совместном рассмотрении питающих и распределительных сетей. Это можно осуществить также с помощью критерия (13.19) следующим образом.

Для каждого узла распределительной сети например, 1 и 2 (см. рис. 13.7, д), находится оптимальное размещение компенсирующих устройств различной суммарной мощности, после чего строятся зависимости дохода от снижения потерь энергии = f{Qr) и удельного снижения потерь мощности &р = f(QK) аналогично рис. 13.8. Совместив эти зависимости с линией, соответствующей граничному экономически целесообразному значению к® , можно сделать вывод о том, что по условию оптимизации режима /-й распределительной сети экономически целесообразная суммарная мощность компенсирующих устройств равна QK., при которой к? = кз . Затем переходят к оптимизации размещения компенсирующих устройств в питающей сети, используя в качестве критерия условие (13.19), записанное в виде

где кэп удельное снижение потерь мощности в питающей сети при установке компенсирующего устройства в /-м узле.

Таким образом, показатель кэ1 характеризует снижение потерь как в питающей, так и в распределительной сети, подключенной к /-му узлу. После выполнения оптимизационных расчетов для питающей сети будет выяснена целесообразная мощность компенсирующих устройств для установки в /-м узле. Тогда остается выяснить, какая часть этой мощности должна быть рассредоточена по распределительной сети, а какая — установлена непосредственно в г-м узле питающей сети.

Если полученная мощность для /-го узла питающей сети Qю. < би макс (см. рис. 13.8), где Q — мощность компенсирующих устройств, дающая наибольший доход в /-Й распределительной сети, то всю мощность QKj следует рассредоточить по распределительной сети. В том случае, если окажется, что QKj > GKjMaKC, то мощность 0кЫжс целесообразно рассредоточить по распределительной сети, а оставшуюся мощность Q — Q подключить непосредственно в т-м узле питающей сети.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >