ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 Анализ развития активно-адаптивных систем в России и за рубежом 7
1.1 Активно-адаптивных системы в зарубежной электроэнергетике 8
1.2 Активно-адаптивных систем в Российской электроэнергетике 12
1.3 Оценка условий реализации активно-адаптивных систем в 15
Тывинской энергосистеме 15
1.3.1 Характеристика Тывинского района электрических сетей 15
1.3.2 Экономическая характеристика республики Тыва 17
1.3.3 Электроснабжение республики Тыва 18
1.3.4 Описание работы Тывинского района электрических сетей 19
1.3.5 Зимний режим 19
1.3.6 Летний режим 19
Выводы 20
ГЛАВА 2 Сравнение активно-адаптивных систем с традиционными средствами регулирования напряжения 22
2.1 Характеристики метода регулирования напряжения в ЕЭС 23
России 23
2.1.1 Недостатки существующего метода регулирования напряжения 23
2.2 Концепция интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью
26
2.2.1 Виды устройств FACTS анализ надёжности и качества электроэнергии с их применением 26
2.3 Показатели эффективности применения устройств FACTS в
распределительных сетях 38
2.4 Экономический эффект использования устройств FACTS 41
2.5 Обзор элементов FACTS уже установленных в Тывинской энергосистеме,
возможность их применения 42
Выводы 45
ГЛАВА 3 Разработка математической модели Тывинской энергосистемы 47
3.1 Математическая модель линий электропередач 47
3.2 Математическая модель трёхобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов 51
3.3 Математическая модель нагрузочных и генерирующих узлов 53
3.4 Математическая модель компенсирующих устройств 55
Выводы 61
ГЛАВА 4 Оптимизация и анализ режимов работы распределительной сети Тывинской энергосистемы 62
4.1 Оптимизация режимов работы энергосистемы по реактивной мощности 62
4.2 Анализ полученных результатов режимов 70
4.2.1 Анализ зимнего максимально режима генерации 70
4.2.2 Анализ летнего минимально режима генерации 73
4.3 Технико-экономическая оценка применения активно-адаптивных
элементов 75
Выводы 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 83
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Базы данных с информацией для расчета в ПМК REGIM.. 85 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты расчета установившегося режима в ПМК REGIM 90
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Однолинейная схема электрических соединений Тываэнерго 113 ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Расчётная схема замещения Тываэнерго 114
Актуальность темы. Работа электроприемников во многом зависит от качества электроэнергии. При низком качестве электроэнергии снижается эффективность работы электроприемников (вплоть до полного прекращения работы), быстро изнашивается изоляция оборудования, сокращается срок его службы. Поэтому необходимо стремится к поддержанию такого качества электроэнергии ГОСТ 32144 - 13 на зажимах электроприемников, при котором сохраняется их работоспособность и срок службы максимален, а потери электроэнергии в питающей сети минимальны. Современная нормативно-правовая база в области энергосбережения и качества электрической энергии предписывает всем субъектам электроэнергетического рынка обеспечить именно такой режим работы в точке общего присоединения.
Периодический контроль качества электрической энергии в распредели-тельных сетях 6-10/0,38 кВ свидетельствует о систематических нарушениях нормативных требований по установившемуся отклонению напряжения. Сетевые компании, передающие электрическую энергию потребителям, обязаны использовать все средства регулирования напряжения, постоянно контролировать качество поставляемой электроэнергии и проводить сертификационные испытания ЭЭ, затраты на которые достигают миллионов рублей. Поэтому регулирование напряжения в распределительных сетях наиболее актуальная задача обеспечения качества электроэнергии и этому следует уделять особое внимание.
Цель работы. Повышение пропускной способности и улучшения технико-экономических показателей распределительной сети Тывинской энергосистемы за счет применения активно-адаптивных элементов электротехнического сетевого оборудования.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ мирового опыта повышения энергетической эффективности распределительных сетей с помощью активно-адаптивных элементов и оценка возможности его применения для распределительных сетей Тывинской энергосистемы.
2. Сравнительная оценка эффективности отдельных компонентов «умных сетей» (Smart Grid) и возможность их использования в электрических сетях Тывинской энергосистемы.
3. Разработка математической модели распределительной сети Тывинской энергосистемы с использованием средств, обеспечивающих баланс ре-активной мощности, снижающих потери мощности (электроэнергии) и улучшающих показатели качества электроэнергии в системе электроснабжения.
4. Оценка технико-экономической эффективности применения активно-адаптивных систем в Тывинской энергосистеме.
Объект исследования: распределительные электрические сети напряжением 110-220 кВ.
Предмет исследования: система активно-адаптивного регулирования напряжения сети по средствам управления устройствами поперечной компенсации.
Методы исследования. При выполнении работы использовался аналитический метод исследования, метод математического моделирования, для расчета установившихся режимов использовался ПМК «REGIM».
Практическая значимость. Предложенный способ позволяет определить оптимальные места установки и мощности компенсирующих устройств, с помощью которых можно регулировать уровень напряжения в сети и управлять потоками реактивной мощности тем самым повышая технико-экономические показатели распределительной сети.
1. Анализ мирового опыта показал, что внедрение в электрическую сеть активно-адаптивных элементов позволяет повысить надежность электроснабжения, снизить капиталовложения в строительство новых объектов, а также гибко регулировать перетоки мощности, обусловленные изменением генерации и потребления, одновременно обеспечив высокую экономическую эффективность работы всей энергосистемы и потребления.
2. Выявлено, что интеллектуальная сеть требует разработки и внедрения целого комплекса инновационного оборудования и технологий, что в свою очередь является проблемой по внедрению данной концепции.
3. Анализ Тывинской электроэнергетическая системы показал, что она представляет собой многоуровневую систему, включающую в себя распределительные сети высокого, среднего и низкого напряжения большой протяженности, для функционирования которой требуются жесткие механизмы управления.
4. В ходе анализа выявлены следующие проблемы Тывинской энергосистемы: увеличение спроса на электроэнергию; недостаток существующих и отсутствие новых или возобновляемых источников энергии; низкая надёжность электроснабжения, и сильная зависимость от Хакаской и Красноярской энергосистем.
5. В ходе анализа выявлены основные недостатки традиционного метода регулирования напряжения, существующего в России:
- актуализация графиков напряжения в контрольных пунктах происходит раз в месяц или раз в квартал, соответственно при их разработке не могут быть корректно учтены все установившиеся режима с учётом отключений, и тем более не могут быть учтены погодные условия.
- в балансах реактивной мощности российских энергосистем, в среднем, 60 - 70% составляет реактивная мощность вырабатываемая генераторами электростанций, что не выгодно генерирующим компаниям, т.к доход генерирующих компаний определяется выработкой активной мощности, ресурс генератора сокращается в следствии повышенного нагрева обмоток.
6. Выявлено, что использование активно-адаптивных элементов:
- обеспечивает частичное или полное исключение негативного влияния, вызываемого превышением нормативных значений таких показателей качества электроэнергии, как установившееся отклонение и размах изменения напряжения, не симметрия и степень искажения синусоидальности напряжения, длительность провалов напряжения.
- улучшает пропускную способность линий электропередач. Более полное использование пропускной способности линий электропередачи обеспечивает передачу дополнительной электроэнергии из избыточных энергосистем с более низкими тарифами в дефицитные с вытеснением там менее экономичных источников энергии, а также увеличение выдачи активной мощности электро-станций за счёт повышения максимально-допустимых перетоков мощности.
- повышает управляемость режимов работы ЭЭС. Включение в состав электроэнергетической системы устройств FACTS способно повысить управляемость режимов работы ЭЭС, переводить потоки активной мощности в линии с большим классом напряжения и увеличить степень компенсации зарядной мощности электрической сети. Кроме того, появляется возможность аккумулировать электроэнергию непосредственно в электрической сети с возвратом её в ЭЭС.
7. Выявлено, что КУ установленные в Тывинской энергосистеме для под-держания показателей качества электроэнергии в нормально допустимых пределах, являются активно-адаптивными элементами и могут быть использованы для создания интеллектуальной сети.
8. Разработана математическая модель Тывинскй энергосистемы, которая включает в себя математические модели: линий электропередач, трансформаторов, компенсирующих устройств, нагрузочных и генерирующих узлов,
9. Определены параметры схемы замещения элементов сети необходимые для выполнения расчётов установившихся режимов.
10. Составлена схема замещения для расчётов установившихся режимов работы Тывинской энергосистемы в ПМК «REGIM».
11. Рассчитаны установившиеся режимы работы энергосистемы: зимний максимальный нормальный режим без учёта КУ, зимний максимальный нормальный режим существующей схемы, зимний максимальный нормальный режим после оптимизации, летний минимальный нормальный режим без учёта КУ, летний минимальный нормальный режим существующей схемы.
12. Адекватность математической модели Тывинской энергосистемы подтверждается корректным использованием существующих методик определения параметров энергосистемы, основанных на реальных данных ПАО «МРСК Сибири» - «Тываэнерго». Модель позволяет оценить режимы работы сети, получить реальные значения напряжений в узлах, потоки мощностей и потери.
13. Реализован выбор оптимальных мест установки КУ и их мощности, при котором в качестве целевой функции использовались эквивалентные среднегодовые затраты, как частный случай дисконтированных затрат, в качестве технических ограничений - требования нормативной документации, соответствующие приказы и распоряжения РАО «ЕЭС России» и Министерства промышленности и энергетики РФ и в результате достигнуто повышение энергетической и экономической эффективности системы.
14. Анализ нормальных режимов работы Тывинской энергосистемы показал:
В зимнем максимальном режиме в энергосистеме существует значительный дефицит реактивной мощности, вследствие чего напряжения в узлах, без использования КУ, имеют недопустимо низкие значения, уровень напряжения у самого отдалённого, от источника питания, потребителя на 27,6% ниже номинально. КУ установленные в энергосистеме не дают желательный эффект компенсации реактивной мощности, уровни напряжений, у самых отдалённых потребители, имеют значения ниже нормально допустимого. Выбор оптимальных мест установки и мощностей КУ позволил снизить потери активной мощности на 4,3%,поднять уровни напряжений до нормально допустимых. У самого отдалённого потребителя, от источника питания, уровень напряжения вырос на 4,15%. Количество генерируемой реактивной мощности КУ, необходимое для достижения этих эффектов, снизилось на 17,6 Мвар по сравнению с количеством генерируемой реактивной мощностью КУ в существующей схеме, что составляет 21,1% .
В летнем минимальном режиме, в сети существует избыток реактивной мощности из-за большой протяжённости линий 110 - 220 кВ (828 км), уровни напряжений выходят за границы максимально допустимых значений, что недопустимо по условию надёжности изоляции при длительной работе сети в таком режиме. Выбранные оптимальные места установки и мощности КУ, совпали с местами установки КУ существующей схемы. Установленные в энергосистеме КУ обеспечивают, необходимый уровень компенсации реактивной мощности, напряжения в узлах энергосистемы нормализуются и находятся в границах нормально допустимых значений.
15. Проведенное моделирование режимов работы Тывинской энергосистемы показало, что применение в ней активно адаптивных элементов способно гибко менять характеристики энергосистемы тем самым, оптимизировать режимы сети сразу по нескольким критериям: пропускной способности, уровню технологических потерь, устойчивости, перераспределению потоков мощности, качеству электроэнергии.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
