Введение к работе
Актуальность проблемы. Распределительные сети 110...0,38 кВ районов с малой плотностью нагрузок имеют протяженность 2,3 млн. км.
Около 30 % районных электрических сетей отработали свой ресурс: более 650 тыс. км в России воздушных линий (ВЛ) и 150 тыс. трансформаторных подстанций (ТП). Их дальнейшая эксплуатация небезопасна. Существующая до 1990 г. практика проектирования и строительства сетевых объектов 10 кВ на нагрузку 5-7-го годов привела к тому, что через 7-Ю лет пропускная способность сетей становилась недостаточной и сеть нуждалась в реконструкции. За последние 10 лет системы электроснабжения (СЭС) районов с малой плотностью нагрузок практически не обновлялись.
Современное состояние СЭС районов с малой плотностью нагрузок характеризуется их старением и значительным снижением технико-экономических показателей: не выдержаны расчетные требования по климатическим условиям - по ветру и гололеду, применяются провода с алюминиевыми жилами малых сечений - 25...35 мм2, что противоречит «Концепции развития электрификации сельского хозяйства России». Потери электроэнергии в распределительных сетях чрезмерно велики и составляют около 15... 18 %, а в отдельных случаях достигают 30%.
Контрольные замеры электрических нагрузок в ВЛ 10(6) кВ проводятся только на головном участке два раза в год - зимой и летом. В результате возникает неопределенность информации об электрических нагрузках на участках и в целом на ВЛ 10(6) кВ, что не позволяет достаточно точно проводить расчеты потерь электроэнергии и оценивать мероприятия по их снижению.
В распределительных сетях районов с малой плотностью нагрузок практически не применяются устройства компенсации реактивной мощности (КРМ), которые могли бы компенсировать реактивную мощность, регулировать напряжение и тем самым повысить качество и снизить потери электроэнергии.
Крупные предприятия по производству и переработке сельскохозяйственной продукции (например, тепличный комплекс, в котором выращивают рассаду и овощи) представляют собой предприятия с низким коэффициентом мощности cosp (0,58...0,7), поэтому в них наблюдаются чрезмерные потери электроэнергии.
Основным направлением развития распределительных сетей на период до 2015 г. в соответствии с Энергетической стратегией России является комплексное решение задач, направленных на обеспечение надежности и экономичности электроснабжения потребителей. Вопросы электроснабжения распределительных сетей районов с малой плотностью нагрузок также должны решаться на технически более оснащенном уровне с использованием новых принципов, технических решений и средств для распределительных сетей. Существенное влияние на уровень потерь электроэнергии р П^Г ряйпнпи с, малой плотностью
нагрузок оказывает степень компенсащш ]ЯЗДёгНйШ№йШШМА!
—*
Учитывая вышеизложенное, проблемы повышения эффективности функционирования, разработка мероприятий по снижению потерь (МСП) электроэнергии и увеличение пропускной способности распределительных сетей районов с малой плотностью нагрузок являются на сегодня актуальными.
Объектом исследования являются распределительные сети напряжением 10...0,38 кВ районов с малой плотностью нагрузок Йошкар-Олинских электрических сетей (ЙЭС).
Цель работы. Разработка методов оценки и повышения эффективности функционирования распределительных сетей 10...0,38 кВ районов с малой плотностью нагрузок.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
1 проведение анализа и оценка существующего состояния параметров распределительных сетей 10...0,38 кВ районов с малой плотностью нагрузок ЙЭС;
разработка методики и построение среднестатистических моделей распределительных сетей 10...0,38 кВ районов с малой плотностью нагрузок ЙЭС и районной трансформаторной подстанции (РТП) напряжением 110/10 кВ;
определение структуры потерь электроэнергии в элементах СЭС ПО... 0,38 кВ районов с малой плотностью нагрузок существующих ЙЭС;
определение потерь электроэнергии и оценка пропускной способности с учетом различных мероприятий по снижению потерь электроэнергии в распределительных сетях районов с малой плотностью нагрузок ЙЭС и энергоемком потребителе - тепличном комплексе;
разработка методики и выбор оптимального варианта размещения конденсаторных установок в распределительных сетях районов с малой плотностью нагрузок ЙЭС по многокритериальной модели в условиях неопределенности электрических нагрузок;
проведение имитационного моделирования ЙЭС с помощью ПВК "ТЭРС 10-П110кВ";
проведение расчета и оценка эффективности реконструкции системы освещения для досветки рассады в энергоемком потребителе ЙЭС - тепличном комплексе.
Методы исследования. Исследования, проведенные в ходе работы, базируются на использовании теории вероятностей, математической статистики, методов математического моделирования, системных исследований в энергетике, теории решений и исследования операций.
Научная новизна исследований состоит в следующем:
1. проанализирован обширный статистический материал по распределительным сетям 10 кВ ЙЭС районов с малой плотностью нагрузок: Звениговского, Моркинского, Оршанского, Волжского, Советского, Семеновского и проведен расчет и анализ их параметров. Показано, что сети этих районов не оптимальны и это проводит к ухудшению качества по напряжению и чрезмерным потерям электроэнергии,
разработана методика построения моделей распределительных сетей 10... 0,38 кВ на основе математической статистики;
уточнена методика многокритериальной оптимизации с учетом неопределенности исходной информации применительно к задаче выбора варианта размещения БК в распределительных сетях районов с малой плотностью нагрузок, включающая:
выбор частных критериев;
разработку математических моделей частных критериев;
методику обработки и получения экспертной информации и построения функции распределения вероятностей;
имитационное моделирование распределительных сетей ЙЭС с помощью ПВК "ТЭРС 10-110 кВ" и получение матриц частных критериев;
обоснование критерия выбора лучшей стратегии.
на основе проведенного имитационного моделирования определена структура потерь электроэнергии по элементам схем ЙЭС с учетом роста электрических нагрузок и вариантов размещения КУ;
проведен анализ современных средств конденсаторных установок для распределительных сетей, используемых в работе.
Достоверность разработанных научных положений, методик, сделанных выводов и рекомендаций обеспечиваются корректным применением современных методов исследования; использованием методов математической статистики; представительным объемом статистического материала; совпадением результатов, полученных для моделей и реальных сетей ЙЭС.
Практическая ценность работы.
Определены значения времени потерь г и времени использования максимума нагрузки T^ для распределительных сетей районов с малой плотностью нагрузок ЙЭС, позволяющие более точно проводить расчеты потребляемой и потерянной электроэнергии за год.
Разработанные статистические модели распределительных сетей 10...0,38 кВ и РТП 110/10 кВ районов с малой плотностью нагрузок ЙЭС могут использоваться для анализа и оценки эффективности функционирования электрических сетей при эксплуатации и проектировании СЭС районов.
Предложены рекомендации по выбору оптимального варианта размещения КУ для распределительных сетей 10...0,38 кВ районов с малой плотностью нагрузок на примере ЙЭС с учетом затрат на установку КУ, качества напряжения у потребителей и потерь электроэнергии.
Определена структура потерь электроэнергии по элементам СЭС 110...0,38 кВ районов с малой плотностью нагрузок на примере ЙЭС с учетом роста нагрузок для выявления «очагов» потерь электроэнергии.
Рекомендованы мероприятия по реконструкции системы освещения для досветки рассады и КРМ в энергоемком потребителе ЙЭС - тепличном комплексе.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы приняты к реализации:
на предприятии Йошкар-Олинских электрических сетей при оперативном расчете потерь электроэнергии с использованием значений Г^и;. При проектировании развития ВЛ 10 кВ в Звениговском районе электрических сетях (РЭС) и выборе средств КРМ, их размещении на основе методики многокритериальной оптимизации с учетом неопределенности электрической нагрузки, что подтверждается актом внедрения от 02.11.04;
в тепличном комплексе ОАО "Тепличное" при установке устройств компенсации реактивной мощности и реконструкции системы освещения.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании в Марийском государственном университете на электроэнергетическом факультете.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского совета ФГОУ ВПО МГАУ (2003 г.), Десятой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 2-3 марта 2004 г.), XX Международной межвузовской школе семинаре "Методы и средства технической диагностики" (г. Йошкар-Ола, 28 июня - 02 июля 2004 г.), научно-практическом семинаре в ЙЭС по совершенствованию электрических сетей при их развитии, эксплуатации и проектировании (12 октября 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Структура диссертации и её объём. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём работы 155 страниц. Основная часть 142 страницы, 51 таблица, 24 рисунка. Библиография включает 96 наименований. Приложение содержит 4 страницы.
