Введение 3
1 Анализ объекта исследования 7
1.1 Анализ сети высокого напряжения ПС 110/10 кВ «Северная» 7
1.2 Анализ сети среднего напряжения ПС 110/10 кВ «Северная» 11
1.3 Анализ сети низкого напряжения ПС 110/10 кВ «Северная» 17
2 Исследование наблюдаемости сети 20
2.1 Сетевая инфраструктура Жигулевского ПО 20
2.2 Процесс передачи электроэнергии 27
2.3 Существующие методы контроля параметров сети 30
2.4 Критический анализ существующих методов контроля параметров сети33
2.5 Контроль потерь в сети 110/10/0,4 кВ 37
2.6 Контроль величины потерь в трансформаторе и линии 51
3 Применение мониторинга параметров сети на практике 55
3.1 Применение расчета потерь по методу оперативных данных 55
3.2 Компенсация реактивной мощности 59
3.3 Интеллектуальная АЧР 62
3.4 Использование мониторинга при технологическом присоединении 63
3.5 Алгоритм определения нетехнических потерь 68
3.6 Неравномерная нагрузка в сетях 0,4-0,22 кВ 77
3.7 Контроль показателей качества электроэнергии 78
3.8 Контроль температуры приборов учета 79
Заключение 81
Список используемых источников 83
Из-за растущего технического прогресса умные системы все чаще используются в различных сферах деятельности человека. Умные системы позволяют техническим специалистам, администраторам и менеджерам наблюдать и контролировать производительность и работу устройств с безопасного расстояния. Область энергетики в этом не исключение. Распределительные электросетевые компании должны управлять распределительной сетью, которая является одной из наиболее важных частей энергосистемы [11].
В настоящее время необходимы преобразования в энергетике для общего развития промышленности страны. Задача цифровизации энергетики поставлена на самом высшем уровне Президентом Российской Федерации в рамках программы «Цифровая экономика» [35], [36].
Умные счетчики предоставляют больше функциональных возможностей, чем просто передача потребителю данных о потреблении в режиме реального времени. Признавая, что электрические сети меняются, переходя от традиционных однонаправленных потоков электроэнергии к двунаправленным потокам, интеллектуальные счетчики способны помочь согласовать спрос и выработку.
Традиционно, емкость сети определялась на основе пикового использования. Это использование может отражать потребление энергии только в течение нескольких часов в году; например, поздно вечером в середине зимы. Можно избежать дорогостоящего усиления сети в будущем, если эти пики энергопотребления могут быть смещены. Это начинает происходить по мере того, как структура производства энергии меняется и становится все более зависимой от возобновляемых источников энергии, а не от традиционных электростанций. Кроме того, домохозяйства имеют потенциал стать автономными за счет увеличения доступности внутренних накопителей и генерации энергии [32]. Учитывая отсутствие исторических данных и, следовательно, ограниченное текущее понимание моделей потребления и экспорта, ожидается, что интеллектуальные счетчики могут помочь согласовать спрос с генерацией и указать, где на поведение потребителей можно повлиять с помощью ценовых сигналов и определенных уровней автоматизации. Эта автоматизация может включать в себя включение или выключение несущественного оборудования потребителей в зависимости от того, что происходит в остальной сети. Ожидается, что, предоставляя потребителям информацию об их потреблении энергии, они смогут определить, где существуют возможности для сокращения их использования.
Чтобы максимизировать часть энергии, которая используется из низкоуглеродных источников, необходимо обеспечить точное соответствие спроса и выработки [9]. Это включает изменение уровня спроса по мере изменения экспорта генерации. При рассмотрении традиционного использования энергии трудно представить, как это возможно, т.е. потребитель должен находиться дома, чтобы пользоваться своими электрическими приборами. Однако по мере того, как мы переходим в мир с низким уровнем выбросов углерода, где люди хотят заряжать свои электромобили или аккумуляторы, можно увидеть, как интеллектуальные счетчики могут помочь согласовать генерацию и нагрузку; независимо от времени суток, когда это происходит [17]. Ожидается, что интеллектуальные счетчики принесут дополнительные преимущества тем, кто сосредоточен на энергоэффективности. Устранение необходимости посещать объект клиента для снятия показаний счетчика дает огромную экономию времени и ресурсов. Неточные данные и выставление счетов приводят к значительным расходам для поставщиков и потребителей, вызывая споры по счетам и проблемы со сменой процесса поставщика, что потенциально препятствует конкуренции и ухудшает качество обслуживания клиентов в целом.
Умные счетчики будут уведомлять сетевую организацию о сбоях в передачи электроэнергии, что поможет улучшить обслуживание потребителей. Вместо того, чтобы ждать, пока первый потребитель уведомит их, сетевые организации смогут ответить, как только будет получено первое предупреждение о сбое интеллектуального счетчика. Интеллектуальные счетчики также будут уведомлять субъектов рынка электроэнергетики, если качество электроснабжения, например уровень напряжения, выходит за пределы заранее установленных уровней. Это поможет сетевым организациям лучше понять качество их поставок и устранить недостатки [12], [41].
Таким образом, интеллектуальный учет является технологией, которая поможет решить ряд проблем на пути к интеллектуальным энергетическим системам. Развитие интеллектуальных сетей в значительной степени зависит от данных и информации, а интеллектуальные счетчики будут предоставлять данные о потреблении из низковольтных сетей, где раньше этих данных было очень мало.
Умная сеть будет состоять из миллионов элементов - элементов управления, компьютеров, линий электропередач и новых технологий и оборудования. Интеллектуальные электронные устройства (IED), внедренные сегодня на подстанциях, содержат ценную информацию, как оперативную, так и нерабочую, необходимую многим группам пользователей внутри коммунального предприятия [8]. IED - это любое устройство, которое включает в себя один или несколько процессоров, способных принимать или отправлять данные/управление от или к внешнему источнику (например, электронные многофункциональные измерители, цифровые реле, контроллеры). Технология IED может помочь коммунальным службам повысить надежность, повысить эффективность работы и реализовать программы управления активами, включая профилактическое обслуживание, продление срока службы и улучшенное планирование [22].
Потребуется некоторое время для того, чтобы все технологии были доведены до совершенства, установлено оборудование и проверены системы, прежде чем он будет полностью введен в эксплуатацию. И это произойдет не сразу - умная сеть будет развиваться по частям в течение следующего десятилетия или около того [5]. Когда умная сеть достигнет зрелости, она, скорее всего, претерпит те же изменения, которые Интернет уже привел к тому, как мы живем, работаем, играем и учимся.
Целью диссертационного исследования ставится разработка алгоритмов использования параметров сети для повышения эффективности процесса передачи электроэнергии в электросетевом комплексе ПС 110/10 кВ «Северная».
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• анализ существующей сети ПС 110/10 кВ «Северная»;
• повышение наблюдаемости сети;
• использование данных мониторинга для повышения эффективности сети.
Использование перспективных систем мониторинга параметров объектов электросетевого хозяйства в последнее время стало особенно актуальным, поскольку, во-первых, существенно возросла стоимость ущерба при крупных авариях, а во-вторых - в связи с уменьшением надежности энергосистем вследствие сильного износа, как используемого оборудования, так и проводных линий.
Внедрение технических решений и использование разработанных алгоритмов, приведенных в данной работе, позволит повысить энергетическую эффективность не только электросетевого комплекс ПС 110/10 кВ «Северная» но и всей инфраструктуры ПАО «Россети».
Разделение электрической сети посредством установки измерительных комплексов на всех присоединениях каждой отдельной электроустановки позволит осуществлять мониторинг и контроль состояния данного элемента сети. При каждом отклонении от заданного режима работы персонал сетевой организации будет располагать всей необходимой информацией для принятия оптимального решения. Следует бороться не с последствиями, а с причинами возникновения потерь электроэнергии.
Непосредственное измерение параметров электроэнергии на конечном оборудовании позволит понять, где находятся слабые места сети и оборудование работает с низким КПД. Применение данных мониторинга параметров сети при расчетах потерь электроэнергии в элементах электросетевого комплекса позволит рационально планировать реконструкцию и модернизацию оборудования.
Разработанный алгоритм учета нагрузки новых потребителей при технологическом присоединении обеспечит контроль над загрузкой оборудования и поддержание его работы с максимальной эффективностью.
Внедрение приборов учета электроэнергии устанавливаемых и измеряющих параметры сети непосредственно на границе балансовой принадлежности позволит оперативно реагировать на ухудшение качества электроэнергии и минимизировать финансовые убытки сетевой организации от штрафов в связи с жалобами потребителей.
Измерение и фиксация с привязкой ко времени нагрузок по каждой фазе в сетях 0,4 кВ позволит перераспределить их наиболее оптимальным образом, что снижает дополнительные потери в оборудовании из-за несимметричного режима.
Снижение потерь в элементах распределительной сети - это легкодоступный вариант повышения КПД процесса передачи электроэнергии и снижения выбросов, связанных с производством электроэнергии.
Достижения в области технологий и понимания сделали возможным значительный прирост эффективности за счет инвестиций в улучшенные компоненты сети. Основное ограничение этой стратегии носит экономический, а не технический характер. Важно, чтобы в новых сборках системы использовались более эффективные компоненты. Однако модернизация и замена существующей обширной инфраструктуры распределения электроэнергии останется серьезным препятствием. Изменения в электроэнергетике, снижение спроса на электроэнергию во многих областях и все более конкурентоспособные альтернативы распределенной генерации могут затруднить финансирование новой, более эффективной сетевой инфраструктуры.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
