Основы проектирования энергосистем. В 2 ч. Ч. 1

электрических сетей перечисленные подходы трансформируются в конкретный метод расчета. Например, учитывая оснащенность электрических сетей счетчиками электрической энергии и имея в виду, что вся сеть представлена одним эквивалентным по потерям

сопротивлением Rэ , можно записать:

В выражениях (2.52) и (2.53):

Sнб – полная мощность эквивалентной сети в режиме наибольших нагрузок;

Uнб – напряжение сети в режиме наибольших нагрузок;

Pнб и Pср – активная нагрузка сети в режимах соответственно

наибольших «нб» и средних «ср» нагрузок; Qнб и Qср – реактивная нагрузка;

71

Tнб.a – время использования наибольшей активной нагрузки;

Tнб. р – время использования наибольшей реактивной нагрузки; da , dp , kф – коэффициенты формы графиков нагрузки.

Метод поэлементных расчетов применяется для определения потерь в отдельных линиях и трансформаторах, потери в которых существенно зависят от транзитных перетоков и которые оснащены устройствами телемеханики.

Метод характерных режимов применяется при расчете потерь в транзитной сети при наличии данных о нагрузках узлов. Метод характерных суток рекомендуется для замкнутых электрических сетей 110 кВ и выше, не участвующих в обменных перетоках [64]. Все остальные методы и их модификации используются при определении нагрузочных потерь электроэнергии в распределительных разомкнутых электрических сетях 0,38–110 кВ.

Определение потерь в электрических сетях энергосистем – это только одна из составных частей общей проблемы потерь. Далее необходимы оценка полученных значений и структуры потерь, их анализ и проектирование путей движения к оптимальным параметрическим и режимным характеристикам сетей. В настоящее время достаточно обоснованных рекомендаций по проведению качественного анализа потерь электроэнергии практически нет. Это объясняется многокритериальностью задачи и отсутствием в настоящее время разработанных однозначных критериев качества функционирования электрических сетей.

В то же время успешное решение вопросов количественного анализа потерь позволяет вплотную подойти к оценке существующего состояния сети и далее к расчету оптимальных уровней потерь электроэнергии в сетях и путям движения к ним. Поэтому разработка теоретических основ и принципов определения обоснованных уровней потерь в электрических сетях представляет несомненный теоретический и практический интерес. В данном пособии представлены некоторые результаты теоретических исследований по расчету и достижению экономически обоснованных (оптимальных) уровней потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Они позволяют осуществить поэтапную оптимизацию развития электрических сетей по топологическим и режимным

72

характеристикам с целью их приближения к оптимальным условиям функционирования сетей и, как следствие, к оптимальному уровню потерь в них [12, 63–66].

2.10. Экономически обоснованный уровень технологического расхода электроэнергии в электрических сетях энергосистем как локальный критерий оптимизации

Из определения оптимальных технических потерь видно, что при некотором сочетании топологических параметров электрических сетей (типы и номинальные мощности трансформаторов, марки и сечения проводов, длины ЛЭП и т.д., включая характеристики располагаемых средств регулирования) и электрических нагрузок существует некоторый теоретически возможный минимум технологического расхода электрической энергии.

Он соответствует идеальным условиям эксплуатации электрических сетей, когда имеется совершенно полная и достоверная отчетная информация (топологическая и режимная), выбор управляющих воздействий (оптимизация режимов вместе с разработкой мероприятий по снижению потерь) осуществляется математически точной оптимизацией решений, а реализация управления электрическими сетями также не содержит каких-либо искажений.

Осуществить названные идеальные условия на практике невозможно. По мере развития технологий, методов и средств управления сетями мы непрерывно и неизбежно приближаемся к ним, но каждый шаг требует значительных затрат.

Любое мероприятие, ориентированное на приближение фактического технологического расхода электроэнергии в сетях к теоретически возможному, требует определенных затрат. При этом затраты делятся на две группы.

Первая группа затрат - это первоначальные затраты. К ним относятся научные исследования и опытно-конструкторские разработ-ки, разработка специализированного программного обеспечения ЭВМ, капитальные вложения, затраты на монтаж и наладку оборудования и т.п. Такие затраты осуществляются до того момента времени, когда предлагаемое мероприятие начнет давать полезный экономиче-ский эффект.

73

Вторая группа затрат - это текущие издержки. К ним относятся эксплуатационные расходы (зарплата, отчисления на текущий ремонт и обслуживание, амортизационные издержки и др.).

Экономический эффект от внедрения конкретного мероприятия зависит от условий его осуществления и определяется конкретным расчетом.

При решении вопросов снижения технологического расхода электроэнергии в электрических сетях необходимо ориентироваться на экономически обоснованный уровень данного показателя. Технически обоснованное значение технологического расхода энергии мож-но рассчитать только за истекший период времени.

Рассчитать экономически обоснованный уровень технологического расхода энергии прямым методом можно только для отдельных объектов (трансформатора, электропередачи) или же с использованием приближенных идеализированных моделей электрических сетей и их режимов. Применительно к реальным электрическим сетям в конкретных условиях такие расчеты практически неосуществимы из-за:

больших объемов исходной информации; необходимости использования сложных оптимизационных

моделей; неэффективности полученных оптимальных решений вследствие

неизбежной погрешности используемой информации и т.д.

Если же расчеты потерь, поиск и анализ возможных мероприятий по снижению технологического расхода энергии проводить непрерывно, а экономически оправданные мероприятия регулярно внед-рять, то общий уровень технологического расхода электроэнергии в сетях также будет непрерывно приближаться к экономически обоснованному. И если окажется, что ни одно из мероприятий больше не приводит к экономически обоснованному снижению потерь, то достигнутое состояние сети можно считать оптимальным.

Из приведенных рассуждений следует, что для конкретной электрической сети экономически обоснованный уровень потерь электроэнергии будет соответствовать минимуму стоимости передачи электрической энергии в данной сети и может использоваться в качестве локального критерия оптимизации развития энергосистемы [63, 66]. Сопоставление экономического

74

уровня потерь с фактическим позволяет судить о степени загрузки сети, определять имеющиеся резервы по снижению потерь, разрабатывать стратегию и пути приближения фактических потерь к экономически обоснованному уровню.

2.11. Использование потерь мощности и электроэнергии в качестве критериальных режимных параметров электрических сетей

Задачи расчета и анализа электрических сетей и систем в конечном итоге сводятся к оценке технической допустимости и экономической целесообразности решений, определяющих пропускную спо-собность сети.

Допустимость режима электрической сети определяется техническими ограничениями, накладываемыми на режимные параметры, характеризующие ее пропускную способность. С другой стороны, как это видно из выражений

З

Cп РнбТнб.а ,

К

Ку Рнб

от пропускной способности электропередачи также зависят ее основные экономические показатели. Здесь

Cп – стоимость передачи электрической энергии;

Ку – удельные капитальные вложения;

К– капитальные вложения.

Поэтому пропускную способность сети следует рассматривать как важнейший технико-экономический показатель.

В общем случае пропускная способность электрической сети определяется допустимым нагревом проводникового материала и изоляции (допустимыми потерями мощности и энергии), допустимым перепадом (потерей) и режимом напряжения и условиями устойчивости (статической, динамической и

75

результирующей). В таком случае можно записать аналитические выражения пропускной способности звена сети в функции определяющих ее режимных параметров и с их помощью изучить влияние на пропускную способность различных факторов [12].

Известно, что нагрузочные потери активной мощности в звене сети от протекания тока нагрузки можно определить по выражению [20]

или в процентах

PR 102 P % ,

U 2 cos2

откуда наибольшая передаваемая мощность

где Pд % - потери мощности по условиям допустимого нагрева

проводников.

Рассуждая подобным образом, запишем значение передаваемой

76

Из формул (2.54)–(2.56) видно, что на пропускную способность элемента сети наибольшее влияние оказывают номинальное напряжение, уровень напряжения и характер нагрузки. Несколько меньше влияют сечение провода, конфигурация графика нагрузки и другие параметры.

Показатели, входящие в выражения (2.54)–(2.56), определяют пропускную способность сети и являются ее режимными параметрами. Покажем, что для каждого из этих режимных параметров можно найти соответствующее ему критериальное экономическое значение.

Стоимость передачи электроэнергии Сп в общем случае состоит из двух основных составляющих:

Сп Спc Спл ,

где Спc и Спл - соответственно подстанционная и линейная состав-

ляющие стоимости.

Для изложения принципа нахождения экономических значений критериальных режимных параметров исследуем одну из

составляющих стоимости, например, линейную Спл [12]. На основе исследований Г.Е. Поспелова [81], можно записать, что

где pл – суммарный коэффициент отчислений от стоимости линии К л; Wкор – потери электроэнергии на корону;

77

Pкор – потери мощности на корону;

Wн – нагрузочные потери электроэнергии в линиях; Pнл – нагрузочные потери мощности.

Для режима наибольших нагрузок справедливы выражения

Подставим в (2.57) вместо Pнб формулу (2.58):

78

наибольших нагрузок, соответствующие минимуму линейной составляющей стоимости передачи электроэнергии Спл :

79

составляющую стоимости передачи электроэнергии Сп , можно получить выражение для определения экономических нагрузочных

80