Разработка методики определения математического ожидания потерь напряжения в кабельных электрических сетях 10/0,4 кв для регулирования напряжения (стр. 1 )

ФГБОУ ВПО «НАЦИАНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

"МЭИ"

На правах рукописи

АБУЛЕХИА ДИАА

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОЖИДАНИЯ ПОТЕРЬ НАПРЯЖЕНИЯ
В КАБЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 10/0,4 КВ
ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Специальность – «Электрические станции и
электроэнергетические системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2012 г.

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО « Национальный исследовательский университет» "МЭИ" г. Москва

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор .

Национальный исследовательский университет "МЭИ"

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

академик Электротехнической Академии наук РФ,

кандидат технических наук,

доцент

Московский государственный агроинженерный университет им. , доцент кафедрой

Ведущая организация: Московская объединенная электросетевая компания МОЭСК

Защита диссертации в « 27» апреля 2012 г. в 13 час.30 мин. на заседании диссертационного Совета Д 212.157.03 Национального исследовательского университета "МЭИ" по адресу: ул. Красноказарменная, д. 17, ауд. Г-200.

.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке НИУ «МЭИ».

Автореферат разослан ____ _________________2012 г.

председатель

диссертационного Совета Д 212 157.03 Жуков в. в.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одним из существенных показателей режима работы системы электроснабжения является качество энергии. Управление режимами представляет собой сложную задачу, которая определяется как случайным во времени характером параметров, так и их большим числом, распределенных в пространстве. Регулирование напряжения в электрических сетях среднего (10 кВ) и низкого напряжения (0,38 кВ) в целях обеспечения требуемых отклонений напряжения на зажимах электроприемников включает в себя решение следующих задач: оценку потерь напряжения в сетях среднего и низкого напряжения; расчет допустимых диапазонов изменения отклонений напряжения в различных узлах сети; определение и реализацию требуемых законов регулирования управляемых компенсирующих и регулирующих устройств; выбор регулировочных отпаек трансформаторов с ПБВ; оценку соответствия диапазонов изменения отклонений напряжения требуемым; коррекцию законов и разработку дополнительных мероприятий по регулированию напряжения (при необходимости).

В настоящее время в энергосистемах и предприятиях электрических сетей используются расчетные методы анализа режимов напряжения. Эти методы позволяют при наличии специализированных программ для расчета режимов оперативно оценивать потери напряжения в линиях среднего напряжения и трансформаторах 10/0,4 кВ, рассчитывать допустимые диапазоны отклонений в узлах и производить настройку регулирующих устройств. Недостатком расчетных методов является невысокая достоверность исходной информации особенно в сетях до 1 кВ, используемой в расчетах. При сложившейся ситуации оперативное управление режимом сетевого района по напряжению сосредоточивается в ЦП, на которых установлены трансформаторы, снабженные РПН и автоматами регулирования напряжения трансформатора (АРНТ). При определении желаемого диапазона напряжений на ИП учитываются потери напряжения только: в сети высокого напряжения (6-10 кВ) и трансформаторах (6-10/0,4кВ); для двух потребителей (близкого и удаленного); в режиме максимальных и минимальных нагрузок.

Целью диссертационной работы является повышение обоснованности и достоверности задания среднего уровня напряжения на источнике питания сети 10/0,4 кВ при минимальном количестве измерений.

Для достижения указанной цели поставлены следующие основные задачи:

ü Разработка метода определения математического ожидания потерь напряжения в совокупностях элементов, присоединенных к данному источнику питания: кабелях напряжением до и выше 1 кВ, трансформаторах 6-10/0,4 кВ

ü Исследование статистических показателей параметров, потерь напряжения и коэффициентов загрузки в совокупностях элементов до 1 кВ.

ü Выявление возможных границ применения упрощенного метода определения математического ожидания потерь напряжения в совокупности кабелей до 1 кВ.

ü Разработка и применение метода определения математического ожидания отклонения напряжения на источнике питания с учетом суммарного математического ожидания совокупностей элементов сети и желаемого уровня напряжения на электропотребителе.

Актуальность диссертационной работы подтверждается Федеральным законом Российской Федерации от г. "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", Постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12004 г. № 000 «Правила недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг» (в редакции Постановления Правительства РФ от 21.г. № 000).

Методы исследования

При решении поставленных задач в работе использованы методы теории вероятностей и статистической обработки информации, структурно-балансовые методы расчета и анализа электрических сетей, классические методы теоретической электротехники.

Научная новизна

Основные научные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы: результаты статистического анализа потерь напряжения в совокупности кабелей до 1 кВ; методика определения математического ожидания потерь напряжения в совокупности кабелей до 1 кВ и трансформаторов 10/0,4 кВ; методика определения математического ожидания желаемого отклонения напряжения на источнике питания.

Практическая ценность

Разработанные методы позволяют более обосновано и достоверно при минимальном количестве измерений в сети рассчитывать:

Математические ожидания потерь напряжения в совокупностях элементов сети 10/0,4 кВ.

Математические ожидания желаемого отклонения напряжения на источнике питания при условии обеспечения требуемых ГОСТ отклонений напряжения на электроприемниках.

Реализация результатов работы

Проведены расчеты статистических показателей совокупностей элементов электрической сети 11/0,4 кВ района г. Газа. На базе этих расчетов даны рекомендации по режиму напряжения, в результате проведенных экспериментов потребление активной мощности снижено на 6% при соблюдении допустимых отклонений напряжения на электропотребителе.

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 2 работы в центральных журналах, входящих в список ВАК.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пят глав, изложенных на 103 стр. машинописного текста и содержащих 37 рисунков и 33 таблицы, а также 2 приложения на 67 стр. Список литературы содержит 43 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении проведен аналитический обзор требований к уровням напряжения в системе электроснабжения 10/0,4 кВ; систем регулирования напряжения с помощью трансформаторов; методики регулирования напряжения, действующей в настоящее время в системах электроснабжения. В результате обоснована цель работы и определены основные задачи.

Во первой главе представлены теоретические разработки методов оценки математического ожидания потерь напряжения за интервал времени в системе электроснабжения 10/0,4 кВ. Типичная схема электроснабжения на напряжении 10/0,4 кВ: источник питания (ИП - трансформатор со вторичным напряжением 10 кВ); питающие и распределительные кабельные линии 10 кВ; трансформаторы 10/0,4 кВ; кабельные линии 0,4 кВ.

Потери напряжения в момент времени t в полном сопротивлении R+jX элемента сети в о. е. от номинального напряжения Uном могут быть выражены через ток нагрузки It при номинальном токе Iном элемента сети, при коэффициенте мощности его нагрузки cosjt:

DUt = [R cosjt + X sinjt]= Кз. аt [V + W tgjt]= Кз. аt×H, (1)

где Кз. а - коэффициент загрузки элемента по активной мощности:

Kз. аt =Pt /Sном. э= Kзt. cosjt, (2)

где P t - активная нагрузка, Sном. э- номинальная полная мощность элемента.

V , W , H – номинальные относительные потери (НОП) в активном, реактивном и полном сопротивлении элемента. НОП - потери напряжения в о. е. к номинальному напряжению при протекании номинального тока Iном (мощности Sном) в активном, реактивном и полном сопротивлениях элемента:

V= R = R; W = X= X; H=V + W tgj, (3)

значения НОП – предельные значения потерь напряжения в о. е к номинальному напряжению в сопротивлениях элемента при номинальной нагрузке.

На рис. Ошибка! Источник ссылки не найден. и Ошибка! Источник ссылки не найден. представлены зависимости НОП в кабелях 0,38 кВ длиной 1 км с алюминиевыми жилами от сечения жилы при прокладке в земле и трансформаторах от номинальной мощности при tgj=0,4 и 1. НОП в кабелях напряжением 0, 38 кВ на единицу длины в 35…40 раз больше, чем в кабелях 10 кВ.

НОП в полном сопротивлении трансформаторов 10/0,4 кВ HТ=0,033…0,031 при tgjТ=0,4 для трансформаторов
250кВ А≥Sном. т≥1600кВ А, то есть практически не зависят от номинальной мощности трансформаторов

Рис. 1. Рис. 2.

Математическое ожидание потерь напряжения (о. е.) за интервал времени T, учитывая (1) и то, что НОП элемента H – не случайная величина при постоянном tgj:

MT[DUt] = H×MT[Kз. аt.]. (4)

Математическое ожидание за период времени T потерь напряжения DUИ-iт-jt от ИП 10 кВ до j–того узла 0,38 кВ (РЩ) при отсутствии промежуточного РП:

MT[DUИ-jt]=MT [DUИ-nt + DUiтt+DUi-jt]=

=MT [DUИ-nt]+MT [DUiтt]+MT [DUi-jt], (5)

где DUИ-nt, DUiтt, DUi-jt – потери напряжения в кабеле от ИП до ТП в n-ном кабеле 10 кВ от ИП до узла первого присоединения трансформатора к магистрали; в i–ом трансформаторе; между шинами вторичного напряжения i–того трансформатора и узлом присоединения j-того РЩ, то есть потери напряжения в кабеле от ТП до РЩ.

Математическое ожидание потерь напряжения за интервал времени T в кабеле 0,38 кВ от ТП до РЩ:

MT [DUi-j]= HК. Нi-j MT[KзаК. Нi-j t]= HК. Нi-j = HТi , (6)

где ЭА. К.Нi-j – количество активной электроэнергии, переданное через i–j –ый кабель 0,38 кВ за интервал времени T.

Математическое ожидание потерь напряжения за интервал времени T в электрической сети от источника питания (ГПП) на 10 кВ до распределительного щита (РЩ) на 0,38 кВ определяется значениями НОП кабеля 10 кВ, трансформатора 10/0,4 кВ, кабеля 0,38 кВ и количеством активной электроэнергии, отпущенной потребителям через эти элементы за время T.

Во второй главе разработана методика определения оценки математического ожидания потерь напряжения для совокупности элементов электрической сети: кабелей высокого напряжения и трансформаторов 10/0,4 кВ.

Математическое ожидание потерь напряжения для совокупности из N элементов за период времени T равно матожиданию произведения НОП и их коэффициента загрузки в момент времени t:

MN,T[DUt]=MN,T[H×Kзаt]=MN[H]×MN,T[Kзаt]+KN,T[H;Kзаt]=

=MN[H]×MN,T[Kзаt]+r[H;Kзаt]×σN[H]×σN,T[Kзаt], (7)

где – MN[H]; MN,T[Kзаt]; σN[H]; σN,T[Kзаt] - математического ожидания, стандартные отклонения НОП и коэффициента загрузки по активной мощности совокупности соответственно; KN,T[H;Kзаt] - корреляционный момент и r[H, Kзаt] – коэффициент корреляции между НОП и коэффициентом загрузки по активной мощности.

Математическое ожидание за интервал времени T коэффициента загрузки по активной мощности для N элементов совокупности:

MN,T[Kзаt] = = , (8)

где ЭА. И – количество активной электроэнергии, полученное всеми электропотребителями ИП за интервал времени T, Uном. ф– номинальное фазное напряжение, SIНОМ и SSНОМ – сумма номинальных токов и номинальных мощностей всех элементов совокупности, MT[PИ] - математическое ожидание активной мощности нагрузки ИП за время T.

Если σN[H]=0 (то есть при H=const) или σN,T[Kзаt]=0, формула (7) упрощается:

MN,T[DUt]=MN[H]×MN,T[Kзаt] (9)

Отметим, что число кабелей 10 кВ, присоединенных к секции шин ИП, обычно не превышает NКВ ≤10 штук. Кроме того, каждый присоединение кабеля 10 кВ снабжено приборами измерения и учета, следовательно, определение параметров нагрузки каждого кабеля не затруднительно. Следовательно, расчет потерь напряжения каждого кабеля 10 кВ и числовых характеристик совокупности также не сложен.

Порядок расчета может быть следующим:

1. Провести измерения тока нагрузки каждого кабеля в течение периода времени T, определить математическое ожидание. Рассчитать математическое ожидание полной мощности нагрузки каждого кабеля.

2. Провести измерения активной и реактивной энергии, переданной по каждому кабелю за время T.

3. Рассчитать значение математическое ожидание коэффициента реактивной мощности нагрузки кабеля за время T.

4. Рассчитать математическое ожидание потерь напряжения в каждом кабеле MT [DUnt].

5. Рассчитать математическое ожидание потерь напряжения за время T в совокупности кабелей 10 кВ, присоединенных к секции ИП:

MNкв,T[DUКвnt] =. (10)

При небольших длинах кабелей распределительной сети 10 кВ (менее 0,5 км) можно оценивать потери напряжения, ограничиваясь потерями напряжения на головном участке. Потери напряжения в питающих кабелях от ИП до РП необходимо учитывать.

Математическое ожидание потерь напряжения за период времени T для совокупности из трансформаторов с одинаковыми HТi определяется по (9) как произведение математического ожидания НОП в полном сопротивлении и математического ожидания коэффициента загрузки по активной мощности, то есть без учета корреляционного момента. При рекомендуемом Минэнерго значении коэффициента реактивной мощности нагрузки трансформаторов tgj=0,4 для совокупности трансформаторов с номинальными мощностями 250кВ А ≥Sном. т≥ 1600кВ А математическое ожидание НОП в полном сопротивлении MNт,T[HТi]=HТi≈0,032 и стандартное отклонение σNт,T[HТi]≈0.

В третьей главе проведено исследование потерь напряжения в совокупностях кабелей до 1 кВ.