Оптимизация структуры генерирующих мощностей и схем электрических сетей

Задание на курсовой проект

мощность напряжение провод сечение Формирование модели выбора структуры генерирующих мощностей Линейная экономико-математическая модель выбора сгм Расчёт коэффициентов уравнений ограничений и целевой функции Выбор оптимальной cгм Выбор сгм на ЭВМ Характеристика программного комплекса Выбор оптимальной сгм Выбор оптимальной конфигурации электрической сети Выбор возможных вариантов электрической сети при помощи программы «Optimum»

Расчёт перетоков мощности Выбор номинального напряжения и сечения проводов выбор трансформаторов, принципиальная схема сети Технико-экономическое сравнение вариантов

В данном курсовом проекте по дисциплине Методы управление развития сложных систем мы во-первых сделали формирование модели выбора структуры генерирующих мощностей, во-вторых выбрали структуры генерирующих мощностей на ЭВМ, а в-третьих произвели выбор оптимальной конфигурации электрической сети.

Формирование модели выбора структуры генерирующих мощностей заключается в линейной экономико-математической выбора структуры генерирующих мощностей, в расчете коэффициентов уравнений ограничений и целевой функции и в выборе оптимальной структуры симплекс-метода.

Выбор структуры генерирующих мощностей на ЭВМ включает в себя работу с программой OSGM, которая по начальным данным, находящихся в задании на курсовой проект, составляет оптимальную структуру генерирующих мощностей и ее анализ.

Выбор оптимальной конфигурации электрической сети осуществляется при помощи программы «OPTIMUM», а также производится расчет перетоков мощности, выбор напряжения, сечения проводов трансформаторов, принципиальной схемы.

1. Формирование модели выбора структуры генерирующих мощностей

1.1 Линейная экономико-математическая модель выбора СГМ

Рассмотрим простейшую статическую постановку задачи оптимизации СГМ.

Для каждого узла е в дополнение к мощности существующих электростанций j-типа, использующих топливо вида i, мощность будет: Pэс еji.

Необходимо определить величину вновь вводимой мощности Xеji, а также перетоки мощности между узлами.

Рис. 1

За критерии оптимальности принимаем минимум суммарных приведенных затрат на развитие электростанций и линий электропередач.

Уравнения ограничения:

1)Условие баланса мощности каждого узла:

где Xe’e и Xee' -это мощность передаваемая из узла е в смежный узел е' и обратно

— расход мощности на собственные нужды

— коэффициент, определяющий потери эл. энергии в линиях Ре — максимальная нагрузка узла е

2) Условие баланса энергии для каждого узла е Тij — годовое число часов использования мощности эл. станции Те’e — время использования максимальной мощности межсистемных связей

We — годовая потребность в эл. энергии

3) Ограничение по предельной мощности электростанции:

Pэсеji+Xeji?Pэсmaxeji

Pэсmaxeji — предельно допустимая мощность эл. станции данного типа

4) Ограничение по предельному отпуску электроэнергии (для ГЭС):

(Pэсеji+Xeji)Тji?Weji

Weji — ограничение по эл. энергии

5) Ограничение по пропускной способности в существующих и вновь вводимых линиях:

Xe’e+Xee' ?Pee'

где Pee' - пропускная способность линий электропередачи

6) Условие обеспечения мощности в период максимальных нагрузок. (баланс по всей единой энергосистеме с учетом резерва):

где — коэффициент, определяющий резерв мощности в энергосистеме

7) Условие обеспечения спроса электроэнергии в период максимальных нагрузок:

8) Ограничение по использованию некоторых видов топлива:

где — удельный расход топлива

— заданный объем топлива i-го вида

9) Учет ограниченности капитальных вложений, выделенных для ввода новых энергообъектов:

где — выделенные капиталовложения

10)Функционал на затраты:

e=1…Е — множество узлов, на которые разбивается энергосистема.

j=1…J — типы возможных электростанций.

i=1…I — виды топлива

— удельные приведенные затраты для электростанций.

— удельные приведенные затраты для линий.

— нормативный коэффициент эффективности капиталовложений. (=0,12)

— удельные капиталовложения,

— удельные постоянные ежегодные издержки. (безтопливные составляющие)

— замыкающие затраты на топливо вида I в узле е.

— удельный расход топлива электростанций при числе использования ее мощности

Для линии

— суммарные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание линий.

Технико-математические показатели электростанций:

Таблица 1

Время использования максимальной мощности tее'=6400 часов.

Удельные капиталовложения на 1 кВт пропускной способности (Кее')

Кее' =60 млн.р./ГВт Тс.ист.=6400 ч. системное время.

-=10% -потери при передаче.

1.2 Расчет коэффициентов уравнений ограничений и целевой функции

1) Условие баланса мощности каждого узла:

0.956×12+0.94×13+0.951×14+0.98×15+0.99×16+0.985×17-x12-x13+0.9×31+0.9×21=>12

0.977×21+0.956×22+0.94×23+0.951×24+0.99×26+0.985×27-x23-x21+0.9×32+0.9×12=>9

0.977×31+0.94×33+0.951×34+0.98×35+0.99×36+0.985×37-x32-x31+0.9×23+0.9×13=>14

2) Условие баланса энергии для каждого узла е

0.43×12+0.47×13+0.21×14+0.14×15+0.3×16+0.09×17−0.64×12−0.64×13+0.58×31+0.58×21=>7.68

0.48×21+0.43×22+0.47×23+0.21×24+0.3×26+0.09×27−0.64×23−0.64×21+0.58×32+0.58×12=>5.76

0.48×31+0.47×33+0.21×34+0.14×35+0.3×36+0.09×37−0.64×32−0.64×31+0.58×23+0.58×13=>8.96

3) Ограничение по предельной мощности электростанции:

Pэсеji+Xeji?Pэсmaxeji

КЭС, газ: x21<=10×31<=5

КЭС, уголь: x12<=8×22<=4

АЭС: x13<=4×23<=3×33<=2.5

КЭС п/п, уголь: x14<=2×24<=1×34<=1.5

ГАЭС: x15<=1×35<=0.8

ГЭС: x16<=4

ГТЭС: x17<=1×27<=1.5×37<=1

4) Ограничение по предельному отпуску электроэнергии (для ГЭС):

(Pэсеji+Xeji)Тji?Weji

3000×16<=12 000

3000×26<=99 000

3000×36<=99 000

5) Ограничение по пропускной способности в существующих и вновь вводимых линиях:

Xe’e+Xee' ?Pee'

x12+x21<=1.2

x32+x23<=2

x13+x31<=1.5

6) Условие обеспечения мощности в период максимальных нагрузок. (баланс по всей единой энергосистеме с учетом резерва):

0,977(x21+x31)+0.956(x12+x22)+0.94(x13+x23+x33)+0.951(x14+x24+x34)+0.98(x15+x35) +0.99(x16+x26+x36)+0.985(x17+x27+x37)=>44.77

7) Условие обеспечения спроса электроэнергии в период максимальных нагрузок:

0.48(x21+x31)+0.43(x12+x22)+0.47(x13+x23+x33)+0.21(x14+x24+x34)+0.14(x15+x35)+0.3(x16+x26+x36)+0.09(x17+x27+x37)=>28.65

8) Ограничение по использованию некоторых видов топлива:

газ: 1.57×21+1.57×31<=8

уголь: 1.54×12+1.54×22+0.74×14+0.74×24+0.74×34<=70

гтт: 0.5×17+0.5×27+0.5×37<=1

9) Учет ограниченности капитальных вложений, выделенных для ввода новых энергообъектов:

0.17(x21+x31)+0.17(x12+x22)+0.3(x13+x23+x33)+0.1(x14+x24+x34)+0.16(x15+x35)+0.28(x16+x26+x36)+0.07(x17+x27+x37)<=9

10)Функционал на затраты:

Сэл eji: C11=(0.12+0.1)*170+70*320*4900*10−6=147.16

C21=(0.12+0.1)*170+70*320*4900*10−6=147.16

C31=(0.12+0.1)*170+50*320*4900*10−6=115.8

C12=(0.12+0.1)*170+40*335*4600*10−6=99.04

C22=(0.12+0.1)*170+60*335*4600*10−6=129.86

C32=(0.12+0.1)*170+60*335*4600*10−6=129.86

C13=(0.12+0.1)*300=66

C23=(0.12+0.1)*300=66

C33=(0.12+0.1)*300=66

C14=(0.12+0.1)*100+30*335*2200*10−6=44.11

C24=(0.12+0.1)*100+45*335*2200*10−6=55.165

C34=(0.12+0.1)*100+30*335*2200*10−6=44.11

C15=(0.12+0.1)*160=35.2

C25=(0.12+0.1)*160=35.2

C35=(0.12+0.1)*160=35.2

C16=(0.12+0.1)*280=61.6

C26=(0.12+0.1)*280=61.6

C36=(0.12+0.1)*280=61.6

C17=(0.12+0.1)*70+50*550*900*10−6=40.15C27=(0.12+0.1)*70+50*550*900*10−6=40.15

C37=(0.12+0.1)*70+40*550*900*10−6=35.2

З=? Сэл eji=1516.165

1.3 Выбор оптимальной структуры симплекс-методом

Инструкция по использованию программы SIMPLEX.EXE.

Подготовка исходных данных производится следующим образом. В файл SIM. SDT текстового формата последовательно через 1 пробел записываются коэффициенты при переменных в уравнениях-ограничениях, знак неравенства или знак равенства и свободный член. Последней строкой через 1 пробел записываются коэффициенты целевой функции, символ стремления «->» и признак направления оптимизации — «min» при минимизации и «max» при максимизации целевой функции.

Программа SIMPLEX. EXE запускается из среды Windows'95 и позднее. При запуске программы появляется окно, содержащее поле с пустой таблицей, поле для вывода сообщений и 4 кнопки: «Считать», «Расчет», «Записать» и «Выход».

Перемещение по кнопкам производится клавишей «TAB» клавиатуры. Нажатием кнопки «Считать» производится считывание исходных данных из файла SIM. SDT и запись симплекс-таблицы в соответствующее поле окна программы.

После нажатия кнопки «Расчет» запускается непосредственно процедура симплекс-метода. В ходе решения в поле для сообщений могут появиться следующие сообщения: «Допустимого решения не существует», «Оптимальное решение найдено», смысл которых очевиден.

Нажатием кнопки «Записать» полученное решение — значения переменных и значение целевой функции — записывается в файл RESULT.TXT. При этом нулевые значения переменных пропускаются.

Исходные данные (содержание файла SIM. SDT):

0,956 0,94 0,951 0,98 0,99 0,985 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0,9 0 0,9 0 => 12

0 0 0 0 0 0 0,977 0,956 0,94 0,951 0,99 0,985 0 0 0 0 0 0 0,9 0 -1 -1 0 0,9 => 9

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,977 0,94 0,951 0,98 0,99 0,985 0 0,9 0 0,9 -1 -1 => 14

4397,6 4700 2092,2 1372 2970 886,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 => 61 200

0 0 0 0 0 0 4787,3 4397,6 4700 2092,2 2970 886,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 => 45 900

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4787,3 4700 2092,2 1372 2970 886,5 0 0 0 0 0 0 => 71 400

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 8

0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 4

0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 2

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 1

0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 4

0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 1

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 10

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 4

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 3

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 99 000

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 1,5

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 5

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 2,5

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 1,5

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 0,8

0 0 0 0 3000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 12 000

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 99 000

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3000 0 0 0 0 0 0 0 <= 99 000

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 <= 1,2

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 <= 1,5

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 <= 2

0,956 0,94 0,951 0,98 0,99 0,985 0,977 0,956 0,94 0,951 0,99 0,985 0,977 0,94 0,951 0,98 0,99 0,985 0 0 0 0 0 0 => 44,767

4397,6 4700 2092,2 1372 2970 886,5 4787,3 4397,6 4700 2092,2 2970 886,5 4787,3 4700 2092,2 1372 2970 886,5 0 0 0 0 0 0 => 228 313,953

0 0 0 0 0 0 1,568 0 0 0 0 0 1,568 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 8

1,541 0 0,737 0 0 0 0 1,541 0 0,737 0 0 0 0 0,737 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <= 70

0 0 0 0 0 0,495 0 0 0 0 0 0,495 0 0 0 0 0 0,495 0 0 0 0 0 0 <= 1

0,17 0,3 0,1 0,15 0,28 0,07 0,17 0,17 0,3 0,1 0,28 0,07 0,17 0,3 0,1 0,16 0,28 0,07 0 0 0 0 0 0 <= 15,33

99,04 63 44,11 22,4 39,2 40,15 147,16 129,86 63 55,16 39,2 40,15 115,8 63 44,11 22,4 39,4 35,2 0 0 0 0 0 0 -> min

Результаты работы программы (RESULT.TXT):

X1=8

X2=4

X3=2

X5=1,2 181 795 164 506

X7=0,102 040 949 714 592

X8=3,99 999 999 999 636

X9=3

X10=0,999 999 999 999 599

X11=20,687 829 011 633

X13=4,9 999 999 999 709

X14=2,5

X15=1,5

X17=10,3 720 000 110 806

X18=1,99 702 314 375 104

X25=2,32 159 948 624 394

L=4043,79 158 352 759

2. Выбор структуры генерирующей мощности на ЭВМ

2.1 Характеристика программного комплекса «OSGM»

Программа состоит из исполняемого модуля OSGM. EXE, запускаемого в среде Windows'95,98,2000. Позволяет ввести набор необходимых данных для выбора оптимальной СГМ, корректировать эти данные, а также непосредственно производить выбор оптимальной СГМ в соответствии с исходными данными. Исходные данные и результаты расчетов сохраняются в файлах под именами, задаваемыми пользователем.

Программа включает в себя несколько процедур, среди которых: открытие существующего файла с исходными данными, создание нового файла, сохранение скорректированной информации, формирование линейной экономико-математической модели выбора оптимальной СГМ, процедура формирования симплекс-таблицы, процедура симплекс-метода, вывод во внешний файл исходных данных и результатов расчета.

Программа позволяет оптимизировать структуру генерирующих мощностей энергосистемы, содержащей 3 узла.

2.2 Инструкция к программе OSGM

Для начала работы необходимо запустить исполняемый файл OSGM.EXE.

После запуска исполняемого модуля на экране появляется окно, содержащее следующие компоненты

поле редактирования состава возможных к сооружению электростанций

группа полей редактирования параметров текущей энергосистемы «Данные для ОЭС №»;

кнопки «Дополнительные данные», «Таблица», «Оптимизация» и «Выход»;

группа полей редактирования для задания параметров энергосистем;

меню «Файл»;

меню «Параметры»;

меню «Помощь».

2.2.1 Ввод новых данных

После запуска программы все поля пустые, то есть значений нет и программа работать не будет. Если редактирование данных осуществлялось ранее, то для очистки текущей информации необходимо выбрать пункт «Новый» меню «Файл».

При вводе новой информации вводятся данные в поля редактирования «Допустимая максимальная мощность электростанций», «Замыкающие затраты на топливо», «Время использования максимальной нагрузки», «Удельные капитальные вложения», «Заданый объём капиталовложений» и «предельный отпуск энергии с шин ГЭС» для каждой энергосистемы в соответствии с заданием. Если станция не существует то в поле редактирования «Допустимая максимальная мощность электростанций» необходимо поставить «0», если ресурсы этой станции бесконечны, то ставится знак минус «-».

Объемы топливных ресурсов (газ, уголь и газотурбинное топливо) в млн. т, прогнозируемый максимум нагрузок и характеристики межсистемных связей вводятся нажатием на кнопку «Дополнительные данные». Нажатием кнопки «Дополнительные данные» вызывается дополнительное окно для ввода следующих параметров:

заданные объемы топливных ресурсов млн.т.;

прогнозируемый максимум нагрузок ГВт;

характеристики межсистемных связей;

Кнопкой «Принять» дополнительное окно закрыватеся.

2.2.2 Изменение общих технико-экономических показателей электростанций

Общие параметры для каждого типа электростанций — расход мощности на собственные нужды сн, %, удельные постоянные ежегодные издержки Ипост, % - можно изменить. Для этого необходимо выбрать пункт «Технико-экономические» меню «Параметры» или нажать F2 и в появившемся дополнительном окне произвести соответствующие корректировки.

2.2.3 Сохранение исходных данных

Введенные исходные данные для выбора оптимальной структуры генерирующих мощностей можно сохранить для дальнейшего использования. Для этого необходимо выбрать пункт «Сохранить» меню «Файл» и в появившемся окне задать имя файла, в который будет записана информация.

2.2.4 Открытие файла с исходными данными

Для загрузки ранее сохраненной информации необходимо выбрать пункт «Открыть» меню «Файл» и указать в появившемся окне имя нужного файла. Загруженная информация отображается в основном и дополнительных окнах, и ее можно просмотреть, а в случае необходимости откорректировать.

2.2.5 Подготовка экономико-математической модели

Нажатием кнопки «Таблица» формируется линейная экономико-математическая модель выбора оптимальной структуры генерирующих мощностей. В результате выполнения этой процедуры появляется новое окно, содержащее в табличной форме коэффициенты при переменных в уравнениях-ограничениях и в целевой функции, знаки неравенств и свободные члены. Новую модель необходимо формировать всякий раз, когда изменяется исходная информация.

В появившемся окне можно производить также корректировку экономико-математической модели выбора оптимальной структуры генерирующих мощностей.

Для этого необходимо по нужному полю ткнуть два раза левой кнопкой мыши и внести необходимые исправления.

Данную таблицу можно сохранить или распечатать, для этого в верхнем левом углу окна находятся необходимые кнопки. При сохранении, таблица будет находиться в файле simtab.txt.

2.2.6 Расчет оптимальной структуры генерирующих мощностей

После формирования симплекс-таблицы, становится активной кнопка «Оптимизация». После её нажатия согласно сформированной модели составляется симплекс-таблица и производится минимизация целевой функции.

Если ограничения в модели не противоречат друг другу, то результаты расчета расчёта показываются на экране. Результаты можно распечатать или сохранить. Результаты сохраняются в файл result.txt. В этом файле содержится следующая информация:

состав энергосистем с указанием рассчитанных мощностей электростанций;

состав межсистемных связей с указанием рассчитанной передаваемой мощности;

значение минимума приведенных затрат, соответствующего рассчитанным параметрам.

Распечатка результатов:

СОСТАВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ:

=== Для ОЭС № 1 ===

КЭС, уголь = 8 ГВт АЭС = 3,999 ГВт КЭС п/п, уг = 2 ГВт ГЭС = 3,999 ГВт

=== Для ОЭС № 2 ===

КЭС, уголь = 3,942 ГВт АЭС = 3 ГВт КЭС п/п, уг = 1 ГВт ГЭС = 4,165 ГВт

=== Для ОЭС № 3 ===

КЭС, газ = 5 ГВт АЭС = 2,5 ГВт КЭС п/п, уг = 1,5 ГВт ГЭС = 24,762 ГВт МЕЖСИСТЕМНЫЕ ПЕРЕТОКИ:

Переток 2₁ =0,663 ГВт Переток 3₁ =1,499 ГВт Переток 2₃ =2 ГВт Затраты = 3982,044 млрд руб.

Рисунок с межсистемными связями:

Рис. 2

Анализ использования топливных ресурсов газ: 1.57*0+1.57*5<=8

7,85<=8

уголь: 1.54*8+0,74*2+1,54*3,942+0.74*1+0.74*1.5<=70

21,72<=70

Расчет резерва мощности ОЭС1:

ОЭС2:

ОЭС3:

Общий вывод по полученной структуре:

В нашей электросистеме газ используется на 98%, т. е. резерва всего 2%. Т.к. удельные капиталовложения сравнительно небольшие, а время использования наибольшей нагрузки высокое, то можно говорить о выгодности использования газа как топливо.

Уголь в системе используется на 31%, т. е. у нас имеется большой резерв угля. Здесь у нас удельные капиталовложения также невысокие и время использования наибольшей нагрузки находится на высоком уровне, значит использование угля как топливо будет выгодным.

Газотурбинное топливо не используется в системе, т.к. нет ни одной ГТЭС.

Резерв мощности на ОЭС1 составляет 55,55%, на ОЭС2 — 17,4% и на ОЭС3 — 85,19%.

Эти показатели говорят о том, что в электросистеме имеется большой резерв мощности.

3. Выбор оптимальной конфигурации электрической сети

3.1 Выбор возможных вариантов при помощи программы «ОПТИМУМ»

При помощи программы «ОПТИМУМ» выбираем 3 конфигурации сети.

1) Метод оптимизации: «По минимальной длине»

Рис. 3

2) Метод оптимизации: «Метод исключений»

Рис. 4

3) Метод оптимизации: «Покоординатная оптимизация»

Рис. 5

Т.к. второй метод требует строительства большого количества ЛЭП, которое будет сложнее обслуживать из расчета его можно исключить. Поэтому, остаются две конфигурации, которые дают первый и последние методы.

3.2 Расчет перетоков мощности

Перетоки мощности на участках зависят как от конфигурации сети, так и от значения расчетных нагрузок. Поэтому нам необходимо определить нагрузки приемных подстанций и представить их в виде таблицы 3.1

Рис. 6

где S — полная мощность, потребляемая узлом;

Р — активная мощность, потребляемая узлом;

— коэффициент мощности нагрузки.

где

Q — реактивная мощность, потребляемая узлом.

(2.3.), где

— наименьшая нагрузка;

— наибольшая зимняя нагрузка.

— дано;

Пример расчета:

;

;

;

;

;

Таблица 2 — Расчетные данные нагрузок

Расчет перетоков для первой сети:

Рис. 7

S6−8=S8=P8+jQ8=8+j6

S7−4=S4=P4+jQ4=8+j6

S3−5=S5=P5+jQ5=29+j21,75

S1−2=S2=P2+jQ2=67+j50,25

S7−6=S6+S6−8=P6+jQ6+P8+jQ8=8+j6+33+j24,75=41+j30,75

S3−7 = S4 + S7 + S7−6 = P7 + jQ7 + P4 + jQ4 + P7−6 + jQ7−6 = 29 + j21,75 + 8 + j6 + 41 + j30,75 = 78 + j58,5

S1−3 = S3 + S5 + S3−7 = P3 + jQ3 + P5 + jQ5 + P3−7 + jQ3−7 =78 + j58,5 + 50 + j37,5 +29 + j21,75 = 157 + j117,75

S0−1 = S1 + S2 + S1−3 = P1 + jQ1 + P2 + jQ2 + P1−3 + jQ1−3 = 37 + j27,75 + 157 + j117,75 + 67 + j50,25 = 261 + j195,75

Расчет перетоков для второй сети Рис. 8

S0−5 = S5 = P5 + jQ5 = 29 + j21,75

S0−2=S2=P2+jQ2=67+j50,25

S3−4=S4=P4+jQ4=8+j6

S3−7=S7=P7+jQ7=29+j21,75

S6−8=S8=P8+jQ8=8+j6

S1−6=S6+S6−8=P6+jQ6+P8+jQ8=8+j6+33+j24,75=41+j30,75

S0−1 = S1+ S1−6 = P1 + jQ1 + P1−6 + jQ1−6 = 37 + j27,75 + 41 + j30,75 = 78 + j58,5

S0−3=S3−4+S3+S3−7=P4+jQ4+P7+jQ7+P3+jQ3=8+j6+29+j21,75+50+j37,5=87 + j65,25

3.3 Выбор номинального напряжения и сечения проводов

Выбор номинального напряжения сети главным образом определяется экономическими факторами. При увеличении номинального напряжения в сети капитальные затраты на ее сооружение возрастают. При этом за счет снижения потерь электроэнергии уменьшаются годовые эксплуатационные расходы. Поэтому для выбора напряжения необходимо произвести технико-экономическое сравнение вариантов сети при различные ее напряжениях.

Целесообразное напряжение может быть также предварительно определено по известным передаваемой мощности Р, МВт и длине линии L, км по формуле Стилла:

Найденное напряжение по формуле Стилла округляется до ближайшего номинального.

Результаты выбора номинального напряжения представлены в таблице 3.1−3.2

1)Перетоки мощности по линиям и выбор номинального напряжения для первой сети:

и т. д Таблица 3

2) Перетоки мощности по линиям и выбор номинального напряжения для второй сети:

и т. д Таблица 4

Выбор сечения проводов участков электрической сети:

Критерием экономической целесообразности проектных решений и в том числе выбора сечения проводов служит минимальное значение приведенных затрат, однако непосредственное вычисление последних для каждого возможного сечения провода связано с неоправданными громоздкими расчетами. Поэтому воспользуемся нормируемыми обобщенными показателями.

Ток, протекающий по участкам

где Ii и Si — значения тока и полной мощности на участке i

n — количество линий на участке i

jэ — экономическая плотность тока Расчетное сечение

гдеэкономическая плотность тока, которую находим по таблице П. 1.2. и зависит от конструктивного исполнения линии, материала проводов продолжительности использования максимальной нагрузки.

Значение =1,0 при продолжительности использования максимальной нагрузки 5100 часов (голые алюминиевые провода).

и т.д.

и т. д Полученное по формуле сечение округляют до ближайшего большего стандартного сечения.

Выбранное сечение проверяем по двум следующим условиям:

а) по допустимому нагреву:

Ip

Iдоп — допустимый ток по нагреву

б) по короне:

Fном?Fдоп.к.

где Fдоп.к.- минимальное допустимое сечение по короне Минимальное сечение проводов по условию короны имеют следующие значения: при 110 кВ — 70 мм², при 220 кВ — 240 мм²

Результаты выбора сечения проводов оформляем в виде таблицы 5

Таблица 5 — Выбор сечения проводов (для схемы 1)

Таблица 6 — Выбор сечения проводов (для схемы 2):

3.4 Выбор трансформаторов. Принципиальная схема

Как правило, на всех районных подстанциях предусматривается установка двух трансформаторов, мощность каждого из которых выбирается равной 0,65−0,7 от максимальной нагрузки подстанции с таким расчетом, чтобы при аварийном выходе одного из трансформаторов оставшийся в работе перегружался не более чем на 40% и обеспечивал питании потребителей всех категорий. Применение однотрансформаторных подстанций допускается для потребителей третьей категории мощностью до 6,3 МВА. Мощность трансформатора определяется исходя из его стопроцентной загрузки. Таким образом, номинальная мощность трансформатора Sномi, установленного на i-ой подстанции с нагрузкой в максимальном режиме Sнагi должна удовлетворять следующим условиям:

— Если на подстанции установлен один трансформатор:

Sномi> Sнагi

— Если на подстанции установлено два трансформатора:

где — допустимый коэффициент перегрузки в послеаварийных режимах, принимается равным 1,4.

— Если на подстанции устанавливается два трехобмоточных трансформатора или автотрансформаторы, то условие выбора будет следующим:

где — нагрузка на шинах среднего напряжения подстанции

— нагрузка на шинах низкого напряжения подстанции Для автотрансформатора коэффициент выгодности можно не учитывать.

Данные по выбранным трансформаторам сводятся таблицу 3.6 и 3,8.

В общем случае коэффициент загрузки равен:

где n-число работающих трансформаторов на подстанции в нормальном или в послеаварийном режимах.

Коэффициент загрузки не должен превышать значение 0,7 в нормальном режиме.

Выбор типа трансформатора:

а) двухобмоточные (ставим на тех подстанциях, где сходятся линии одного номинального напряжения) б) трехобмоточные (ставим на тех подстанциях, где переход 220/35кВ и 110/35кВ в) автотрансформаторы (ставим на тех подстанциях, где переход 220/110кВ Выбор трансформаторов для схемы 1:

Таблица 7

Выбор трансформаторов для схемы 2:

Таблица 8

3.5 Технико-экономическое сравнение вариантов электрической сети

Капитальные вложения и ежегодные издержки.

Капитальные вложения в сеть представляют собой выраженные в денежной форме затраты, связанные с сооружением сети. Они складываются из расходов на работы, предшествующие строительству, на освоение и подготовку территории, приобретения оборудования и строительно-монтажные работы. Затраты на строительство сети (К) складываются из затрат по линиям (Кл) и затрат по подстанциям (Кпс):

— затраты по линиям;

— затраты по подстанциям.

Стоимость воздушных линий (ВЛ) зависит от их номинального напряжения, сечения проводов, конструкции и материала опор, а также от внешних нагрузок (гололеда и ветра).

Стоимость 1 км ВЛ на применяемых в России унифицированных опорах берем из таблиц. Выбираем на всех участках одноцепные стальные опоры.

Зная стоимость 1 км линии и её длину, находим затраты на сооружение линии:

где

— удельная стоимость одного километра линии i-го типа;

— длина линии i-го типа.

nколичество линий.

Расчет вложений в строительство линий схемы 1:

Рассчитаем стоимость линии (0−1)

Таблица 9 — Вложения в строительство линий

Расчет вложений в строительство линий схемы 2:

Рассчитаем стоимость линии (0−1)

Таблица 10 — Вложения в строительство линий

Капитальные вложения в подстанции зависят от многих факторов и по рекомендации института «Энергосетьпроект» разделены на четыре составляющие:

— затраты в распределительные устройства Кру;

— затраты по силовым трансформаторам Ктр;

— затраты по компенсирующим устройствам и редакторам Кку;

— постоянная часть затрат Кп

Выбор компенсирующих устройств на данном этапе проектирования еще не производился, поэтому принимаем Кку=0.

Кпс=Кру+Ктр Кру=?КВi•Ni

Кру — затраты на распределительные устройства Ктр — затраты по силовым трансформаторам КВi — стоимость одного выключателя i-го типа

Ni — количество выключателей Возьмем масляные выключатели с током отключения более 30 кА.

Капитальные вложения в подстанции для схемы 1:

Таблица 11

Капитальные вложения в подстанции для схемы 2:

Таблица 12

Затраты на строительство всей сети составят:

— для 1-ой сети

— для 2-ой сети Эксплуатационные издержки:

Ежегодные эксплуатационные издержки складываются из отчислений на амортизацию (используют на выполнение кап. ремонтов и полную замену оборудования), расходов на текущий ремонт и обслуживание (включают в себя зарплату обслуживающего и ремонтного персонала, расходы на приобретение необходимых для эксплуатации материалов, приборов и прочие общественные расходы).

Годовые эксплутационные издержки (И) могут быть определены по формулам:

И=Ил+Ипс+Сэ;

Ил=Аа.р.о.(л)•Кл/100;

Ипс= Аа.р.о (пс)•Кпс/100;

где Ил — эксплутационные издержки для линий;

Ипс — эксплутационные издержки для подстанций;

Сэ — стоимость потерь электроэнергии;

Аа.р.о.(л) и Аа.р.о (пс) — отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание по линиям и подстанциям соответственно, % капитальных затрат.

Для воздушных линий Ил=2,8%

Для подстанций Ипс=9,4%

Кроме разных капитальных вложений и эксплутационных расходов, имеются еще разные потери электроэнергии в сети. На покрытие этих потерь в системе затрачиваются определенные средства. Поэтому для правильной экономической оценки сравниваемых вариантов сети надо учитывать затраты, связанные с компенсацией потерь энергии, т. е. стоимость потерь электроэнергии Сэ.

Сэ= ?P?•Сэ'•ф Сэ' - стоимость 1 кВт•час

?P?- суммарные потери мощности в линиях фвремя максимальных потерь ф=(0,124+Тнб•10−4)2•8760

Необходимо рассчитать потери активной мощности на отдельных участках сети и суммарные потери активной мощности в сети:

?Р?=??Рi

где ?Рiпотери мощности на i-ом участке

n-количество линий на участке

Rлiреактивное сопротивление i-го участка сети

— удельное активное сопротивление i-го участка сети (табличная величина, дается на 100 км, делим на 100 и получим 1 км).

Приведенные затраты З=Ен•К+И где Еннормативный коэффициент кап. вложений. Принимаем Ен=0,12

Расчет вышеперечисленных величин для схемы 1:

Таблица 13

ф=(0,124+5100•10−4)2•8760=3521,13

Сэ=7,52•0,015•3521,13*1000=397 183,5руб Ипс=(9,4•3 904 000)/100=366 976руб Ил=(2,8•3 417 509)/100=95 690,25руб И=397 183,5+366 976+95690,25=859 849,7руб З=0,12•(3 417 509+3904000) +859 849,7=1 738 430,8руб Расчет вышеперечисленных величин для схемы 2:

Таблица 14

ф=(0,124+5100•10−4)2•8760=3521,13

Сэ=7,93•0,015•3521,13*1000 =418 838,41руб Ил=(2,8•3 980 663)/100=111 458,56

Ипс=(9,4•2 728 000)/100=256 432

И=256 432+418838,41+111 458,56=786 728,97

З=0,12•(2 728 000+3980663)+ 786 728,97=1 591 768,53

Определим разницу приведенных затрат двух сетей:

Так как разница приведенных затрат между вариантами составляет 8,34%, то мы для постройки выбираем вторую схему.

Заключение

В процессе работы были спроектированы и рассмотрены два варианта сетей.

Напряжение в сетях было выбрано в соответствии с эмпирической формулой Стилла и округлено до номинального значения.

Сечение проводов на отдельных участках выбиралось по экономической плотности тока с учетом потерь на корону и на допустимый нагрев.

Также были определены капитальные затраты на сооружение ЛЭП и подстанций, а также издержки на их содержание. Именно из которых и производилось сравнение схем электрической сети.

При технико-экономическом сравнении вариантов электрических сетей выяснилось, что разница в приведенных затратах составила. Так как затрат у 2-ой схемы меньше, мы отдали ей предпочтение.

Сеть оправдала себя по всем поставленным ей требованиям, тем самым доказав свою пригодность к эксплуатации.

Список используемой литературы

1. Проектирование районной электрической сети: Методические указания к курсовому проекту / И. В. Игнатьев — Братск: БрГТУ, 2000.