Определение характеристик потребителей системы электроснабжения для обоснования применения мультиконтактных коммутационных систем в интеллектуальных электрических сетях

Актуальность работы. В основу построения интеллектуальных электрических сетей напряжением 0,4 кВ может быть положена концепция, предполагающая использование новых средств сетевого секционирования и резервирования линии электропередачи (ЛЭП) – МКС, которые позволяют значительно повысить надежность электроснабжения потребителей [1-7].

Для демонстрации возможности повышения надежности электроснабжения потребителей за счет внедрения МКС и изменения конфигурации сети в широких пределах разработан демонстрационно-лабораторный стенд «Интеллектуальные электрические сети на основе мультиконтактных коммутационных систем», на котором изображён пример схемы системы электроснабжения различных сельских потребителей. Данная схема представлена на рисунке 1 [8].

Рисунок 1 – Пример схемы электроснабжения, приведённой на разработанном демонстрационно-лабораторном стенде «Интеллектуальные электрические сети на основе мультиконтактных коммутационных систем»

Чтобы оценить эффективность внедрения МКС в распределительные электрические сети 0,4 кВ требуется разработка методик по выявлению сокращения времени отключения потребителей системы электроснабжения и уменьшению ущерба от недоотпуска электроэнергии сетевым компаниям. В разрабатываемой методике для расчетов необходимо знать параметры потребителей системы электроснабжения, часть которых, например, для условно заданных потребителей рассматриваемой системы электроснабжения, показанной на демонстрационно-лабораторном стенде, определена согласно источнику [9] и представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики групп потребителей П1…П6 демонстрационнолабораторного стенда «Интеллектуальные электрические сети на основе мультиконтактных коммутационных систем»

Потребитель	П1	П2
Объект или процесс	Административное здание на 25 рабочих мест	Жилые дома с электроплитой и кондиционером (6 шт.)
Рпот рi , кВт	15	24,6
Установленная мощность, кВт	-	-
cos φ	0,85	0,92
Потребитель	П3	П4
Объект или процесс	Производство молока на 200 коров	Коровник привязного содержания с механическим доением, уборкой навоза и электрическим нагревом на 100 коров
Рпот рi , кВт	35	10
Установленная мощность, кВт	-	30
cos φ	0,75	0,92
Потребитель	П5	П6
Объект или процесс	Птичник на 9 тыс. цыплят (животноводство и птицеводство)	Общеобразовательная школа с мастерской на 190 учащихся
Р потрi , кВт	25	14
Установленная мощность, кВт	40	-
cos φ	0,75	0,85

Помимо таких параметров, как потребляемая и установленная мощности, коэффициент мощности, также необходимо знать потребляемую электроэнергию за год и число часов использования максимальной мощности, которые необходимы для расчета ущербов от недоотпуска электроэнергии потребителям при плановых и аварийных перерывах.

Цель работы. Определение параметров потребителей системы электроснабжения демонстрационно-лабораторного стенда «Интеллектуальные электрические сети на основе мультиконтактных коммутационных систем» по типовым графикам электрических нагрузок сельскохозяйственных потребителей.

Задачи работы:

• построить суточные графики нагрузки сельскохозяйственных потребителей рассматриваемой системы электроснабжения;

• построить годовой график нагрузки для каждой группы потребителей рассматриваемой системы электроснабжения;

• определить количество электроэнергии, потребляемой каждой группой электроприемников рассматриваемой системы электроснабжения за год;

рассчитать число часов максимального потребления мощности каждой группой электроприемников рассматриваемой системы электроснабжения, исходя из максимальной нагрузки и количества электроэнергии, потребляемой за год.

Для определения количества электроэнергии, потребляемой за год, и числа часов максимального потребления мощности, приведенные в табличном виде в источнике    [10]    типовые    суточные    графики    электрических нагрузок сельскохозяйственных потребителей, характерные для электроприемников системы электроснабжения демонстрационного стенда, переводятся из % в кВт по формуле (1) [11]:

р. = —р                                /11

,                                                     (1)

где P i – активная мощность ступени графика, в кВт;

P i% – активная мощность ступени графика, в %;

P max – максимальная активная мощность потребителя, в кВт.

Для группы потребителей №5 по представленным в руководящем документе [10] в табличном виде типовым суточным графикам электрических нагрузок по сезонам реализованы графики в графическом виде, они представлены на рисунке 2. Переведенные из % в кВт по формуле (1) графики электрических нагрузок для потребителей группы №5 представлены в таблице 2, с учетом того, что максимальная потребляемая активная мощность потребителя 25 кВт.

СУТОЧНЫЕ ГРАФИКИ АКТИВНЫХ НАГРУЗОКПОТРЕБИТЕЛЕЙ ГРУППЫ №5, %

Зима       Весна      Лето       Осень

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Зима  45 45 45 45 50 55 65 65 80 100 90 75 70 70 70 85 75 65 60 60 50 50 45 45

Весна 35 35 35 35 35 40 40 45 75 100 85 70 65 65 65 75 75 65 60 50 45 35 35 35

Лето  35 35 35 35 35 40 40 45 75 100 85 70 65 65 65 75 75 65 60 50 45 35 35 35

Осень 35 35 35 35 35 40 40 45 75 100 85 70 65 65 65 75 75 65 60 60 45 35 35 35

Время суток, ч

Рисунок 2 – Суточные графики активных нагрузок потребителей группы №5 по временам года

Таблица 2 – Суточные графики активных нагрузок группы потребителей №5 системы электроснабжения демонстрационно-лабораторного стенда, в кВт

Час суток	Мощность ступеней, P, кВт
	Зима	Весна	Лето	Осень
1	11,25	8,75	8,75	8,75
2	11,25	8,75	8,75	8,75
3	11,25	8,75	8,75	8,75
4	11,25	8,75	8,75	8,75
5	12,5	8,75	8,75	8,75
6	13,75	10	10	10
7	16,25	10	10	10
8	16,25	11,25	11,25	11,25
9	20	18,75	18,75	18,75
10	25	25	25	25
11	22,5	21,25	21,25	21,25
12	18,75	17,5	17,5	17,5
13	17,5	16,25	16,25	16,25
14	17,5	16,25	16,25	16,25
15	17,5	16,25	16,25	16,25
16	21,25	18,75	18,75	18,75
17	18,75	18,75	18,75	18,75
18	16,25	16,25	16,25	16,25
19	15	15	15	15
20	15	12,5	12,5	15
21	12,5	11,25	11,25	11,25
22	12,5	8,75	8,75	8,75
23	11,25	8,75	8,75	8,75
24	11,25	8,75	8,75	8,75

По переведенным из % в кВт сезонным суточным графикам активной нагрузки, представленный в таблице 2, строится годовой график по продолжительности активной нагрузки. Продолжительность действия нагрузок P1сут, P2сут…Pnсут в течение года определяется по формуле (2):

t = 90 * t + 92 ♦ t + 92 ♦ t + 91 ♦ t пгод           тим.сут. ¹          лвесн.сут. ¹         ллет.сут. ¹         иосен.сут.

где: t nгод – число часов продолжительности действия нагрузки в год;

• t nзим.сут. – число часов продолжительности действия нагрузки в зимние сутки;

• t nвесн.сут – число часов продолжительности действия нагрузки в весенние сутки;

• t nлет.сут – число часов продолжительности действия нагрузки в летние сутки;

• t nосен.сут – число часов продолжительности действия нагрузки в осенние сутки.

Таким образом, для потребителей группы №5 расчеты продолжительности ступеней годового графика приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет продолжительности ступеней годового графика по продолжительности активной нагрузки для потребителей группы №5

Мощность ступеней годового графика	Продолжительность ступени годового графика
1	2
Р 1 = 25кВт	Tпгод=90*1+92*1+92*1+91*1 = 365 (ч)
P 2 = 22,5 кВт	Tпгод=90*1+92*0+92*0+91*0 = 90 (ч)
P 3 = 21,25 кВт	Tпгод=90*1+92*1+92*1+91*1 = 365 (ч)
P 4 = 20 кВт	Tпгод=90*1+92*0+92*0+91*0 = 90 (ч)
P 5 = 18,75 кВт	Tпгод=90*2+92*3+92*3+91*3 = 1005 (ч)

Окончание таблицы 3

1	2
P 6 = 17,5 кВт	Tпгод=90*3+92*1+92*1+91*1 = 545 (ч)
P 7 = 16,25 кВт	Tпгод=90*3+92*4+92*4+91*4 = 1370 (ч)
P 8 = 15 кВт	Tпгод=90*2+92*1+92*1+91*2 = 546 (ч)
P 9 = 13,75 кВт	Tпгод=90*1+92*0+92*0+91*0 = 90 (ч)
P 10 = 12,5 кВт	Tпгод=90*3+92*1+92*1+91*0 = 454 (ч)
P 11 = 11,25 кВт	Tпгод=90*6+92*2+92*2+91*2 = 1090 (ч)
P 12 = 10 кВт	Tпгод=90*0+92*2+92*2+91*2 = 550 (ч)
P 13 = 8,75 кВт	Tпгод=90*0+92*8+92*8+91*8 = 2200 (ч)

Параметры годового графика по продолжительности активной нагрузки для потребителей группы №5 отобразим в графически виде на рисунке 3.

Рисунок 3 – Годовой график активной нагрузки потребителей группы №5

По годовому графику по продолжительности активной нагрузки определим количество электроэнергии, потребленной электроустановками потребителей за год по формуле (3) [12]:

W^^Pt»^,                 (3), где: Pi – мощность ступени годового графика нагрузки;

T i – продолжительность ступени годового графика нагрузки.

Таким образом:

И'гПз — Pl *Ti + P; * 7*2 + Pg * Pg + P4 * T4 + Pg * T^ + P^ * Тд + P7 * T7 + Pg * Tg + Pg * Tg + P₁₀ * Рю + Рц * 7ii "*" Pi2 * ^12 "*" ^13 * ^g ⁼ 365 * 25 + 90 * 22,5 + 21,25 * 365 + 90* 20 + 1005 * 18,75 + 545 * 17,5 + 1370 * 16,25 + 15 * 546 + 13,75 * 90 + 12,5 * 454 + 11,25 * 1090 + 10 * 550 + 8,75 * 2200 = 9125 + 2025 + 7756,25 + 1800 + 18843,75 + 9537,5 + 22262,5 + 8190 + 1237,5 + 5675 + 12262,5 + 5500 + 19250 = 123465 (кВт * ч)

Число часов максимального потребления мощности для потребителей группы №5 рассчитаем по формуле (4):

Tmaxns = _ _ =  —  — 4938,6(ч)                         (4)

''max

Расчет по определению количества электроэнергии, потребленной за год, и числа часов потребления максимальной мощности для других групп потребителей производится аналогично, результаты сведены в таблицу 4.

Таблица 4 – Результаты расчета характеристик потребителей системы электроснабжения

Потребитель	П1	П2
Объект или процесс	Административное здание на 25 рабочих мест	Жилые дома с электроплитой и кондиционером (6 шт.)
W Г , кВт*ч	44325,75	96184,8
Т PМ потрi , ч	2955,05	3909,95122
Потребитель	П3	П4
Объект или процесс	Производство молока на 200 коров	Коровник привязного содержания с механическим доением, уборкой навоза и электрическим нагревом на 100 коров
W Г , кВт*ч	174944	50910
Т PМ потрi , ч	4998,4	5091
Потребитель	П5	П6
Объект или процесс	Птичник на 9 тыс. цыплят (животноводство и птицеводство)	Общеобразовательная школа с мастерской на 190 учащихся
W Г , кВт*ч	123465	46025,7
Т PМ потрi , ч	4938,6	3287,55

Выводы:

• 1.    В результате исследования были переведены типовые суточные графики сельскохозяйственных потребителей из % в кВт, построены годовые графики по продолжительности нагрузки для каждой группы потребителей рассматриваемой системы электроснабжения, определено количество электроэнергии, потребляемой каждой группой электроприемников системы электроснабжения за год, рассчитано число часов максимального потребления мощности каждой группой потребителей.

• 2.    Полученные в результате расчетов количество элекроэнергии, потребляемой за год, и число часов потребления максимальной мощности электроприемниками позволяют в дальнейшем определять ущербы от аварийных и плановых перерывов в системе электроснабжения, сравнивать значения ущербов до установки МКС и после, тем самым выявить эффективность внедрения МКС.