К вопросу о повышении эффективности управления режимами работы электрических сетей низкой наблюдаемости

Введение. Универсальность электроэнергии предопределила использование ее в очень многих сферах материального производства и, тем самым, большую сложность и силу внешних связей СЭС с многообразными потребителями ее продукции. В то же время СЭС сами являются крупнейшими потребителями основных ресурсов и создают большую нагрузку на окружающие системы. При этом широкая взаимозаменяемость электроэнергии с другими видами энергии постоянно усиливает взаимодействие этих прямых и обратных связей.

В настоящее время широко применяются методы решения многокритериальных задач развития СЭС, основанные на использовании важнейшего свойства экономического критерия – его пологости в зоне оптимума. Технически разные решения в этой зоне считаются равноэкономичными и оцениваются по другим критериям. Известны и другие отличающиеся подходы: с выбором ра- циональных (в общем случае нескольких) решений на основе ряда характерных оценок (критериальных функций выбора решений), предварительным ранжированием (упорядочением) значимости критериальных функций, применением экспертных оценок их значимости и некоторые другие.

В настоящей статье мы остановимся на одном из критериев оценки функционирования электрических распределительных сетей и систем электроснабжения в целом, определяющем не только нормальную работу сети в рассматриваемый период времени, но и в отдаленной перспективе. Таким критерием является качество электрической энергии, доставляемой потребителю системами электроснабжения всех уровней.

Цель исследований : повышение эффективности использования электрической энергии при управлении режимами работы электрических сетей низкой наблюдаемости.

Задачи исследований : предложить техническое средство, способ управления его работой и определение его параметров для симметрирования режимов работы низковольтных электрических сетей.

Результаты исследований и их обсуждение. Многочисленные исследования в этой области [1, 2] доказали неоднозначность подходов в выборе решений по кондиционированию электрической энергии. В наибольшей степени это свойственно электрическим сетям низкого напряжения, где даже небольшое изменение токовой нагрузки приводит к значительному ухудшению и качества, и дополнительных потерь ЭЭ [1, 2]. Такие электрические сети можно отнести к сетям низкой наблюдаемости в силу их очень слабой оснащенности средствами управления.

Одним из наиболее характерных режимов низковольтных электрических сетей, который объективно не зависит от качества ЭЭ в местах ее производства, является режим несимметрии трехфазной системы напряжений. В наибольшей степени несимметричные режимы соответствуют городским и сельским электрическим сетям, питающим коммунально-бытовую нагрузку.

Способы и технические средства минимизации несимметричных режимов, их всесторонний анализ достаточно подробно рассмотрены в [1, 2]. Вместе с этим остается еще много нерешенных вопросов в этой области, связанных, в частности, с визуализацией несимметричных режимов, управляемостью и методами расчета средств симметрирования. Одним из наиболее целесообразных симметрирующих устройств (СУ), рекомендуемых для электрических сетей, питающих коммунально-бытовую нагрузку сельских и городских потребителей, является СУ на основе электромагнитных элементов (рис.). Симметрирующее устройство для трехфазных сетей с нулевым проводом [4] состоит из трехфазных электромагнитных аппаратов, обмотки которых соединены по схеме «встречный зигзаг», имеющих три фазных вывода и один нейтральный, причем каждый фазный вывод предназначен для подключения к фазным проводам сети, а нейтральный – к нулевому проводу. Каждый трехфазный электромагнитный аппарат образует одну ступень мощности симметрирующего устройства.

а                 б

Электромагнитное СУ с регулируемыми параметрами: а) силовая схема; б) схема управления

На первой ступени мощности подключается первый трехфазный электромагнитный аппарат. При возрастании несимметрии токов и напряжений мощность устройства увеличивается. Это достигается путем подключения дополнительных одного или двух трехфазных электромагнитных аппаратов к электрической сети. Предлагаемое устройство полностью отключается от сети при достижении тока в нулевом проводе минимальной величины, соответствующей допустимому значению несимметрии токов и напряжений, установленных ГОСТ 32144-2013.

Параметры данного устройства в режиме максимальной несимметрии токов и напряжений можно рассчитать по методике, изложенной в [3]:

где

Ua ∙ Ya + а ∙ u _R ∙ Хв + а² ∙ U_c ∙ ^ 3∙( иэ 1^- ин )

(- Ua ∙ Ха - a² ∙ Up , ∙ Хв -$∙ U_c ∙ Xc )

3∙ин

(- Уа ∙ Xa - Ub ∙ Xb - Ub ∙ Xc )

3∙ Uн о

и ,

¹⁺^2U н ⁺Коин ^;

U н  = н ∙ Κ ,2u н . ; U н 0 = U н 1 ∙ Κ Ou н .

Значения показателей качества K 2U и K 0U определяются на основе произведенных измерений и их расчета по программе «Несимметрия» [1].

Место установки симметрирующего устройства в электрической сети может быть выбрано в зависимости от рассматриваемого участка электропередачи. Если речь идет о конкретном потребителе (отдельная квартира, жилой дом), то местом установки СУ следует считать непосредственно точку после прибора учета. В этом случае и прибор учета, и адаптированное к нему СУ, имеющее незначительные габариты, можно рассматривать как регистрирующий и симметрирующий комплекс (РСК). Если же местом установки СУ считать точку передачи ЭЭ в низковольтной сети (шины 0,4 кВ) ТП-10/0,4 кВ), от которой получают питание n-е количество квартир (домов), то, соответственно, и параметры такого СУ и его габариты будут рассчитываться, исходя из максимального уровня несимметрии токов и напряжений на отходящей от шин ЛЭП, питающей эти потребители.

Выводы

Таким образом, предлагаемое устройство, входящее в состав РСК, может рассматриваться как один из способов интеллектуального управления режимами работы низковольтных электрических сетей, в значительной мере позволяющий повысить не только эффективность использования электрической энергии в этих сетях, но также и уровень надежности электроснабжения в них.