Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка методики оценки влияния качества электроэнергии на потери мощности и энергии в электрических сетях

Диссертация: Разработка методики оценки влияния качества электроэнергии на потери мощности и энергии в электрических сетях
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Основными научными работами в области КЭ были исследования, направленные на определение влияния различных ЭП на показатели качества электроэнергии (ПКЭ) в узлах электрических сетей. В этих работах исследованы режимы и составлены модели различных нагрузок и элементов электрических сетей при снижении КЭ, позволяющие с определенной точностью оценивать ПКЭ на стадии проектирования, т. е. без… Читать ещё >

Разработка методики оценки влияния качества электроэнергии на потери мощности и энергии в электрических сетях (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Потери мощности и энергии в электрических системах
    • 1. 1. Структура потерь в электрических сетях
    • 1. 2. Методы расчетов потерь в электрических сетях
      • 1. 2. 1. Методы расчетов потерь
      • 1. 2. 2. Информационная обеспеченность расчетов потерь
    • 1. 3. Современные средства контроля показателей качества электроэнергии
      • 1. 3. 1. Цели и задачи, стоящие при контроле качества электроэнергии
      • 1. 3. 2. Основные характеристики современных средств измерения показателей качества электроэнергии
      • 1. 3. 3. Характеристики измерительных преобразователей тока и напряжения
    • 1. 4. Выводы
  • Глава 2. Характеристики несинусоидальных и несимметричных режи- ^ мов ЭЭС
    • 2. 1. Характеристики несинусоидальных и несимметричных токов и ^ напряжений
      • 2. 1. 1. Несинусоидальность токов и напряжений
      • 2. 1. 2. Несимметрия токов и напряжений
      • 2. 1. 3. Состояние качества электроэнергии в действующих электрических системах
    • 2. 2. Составляющие мощности при несинусоидальных и несимметричных токах и напряжениях
      • 2. 2. 1. Направление потока электроэнергии в электрических сетях
      • 2. 2. 2. Мощности при синусоидальных и симметричных токах и ^ напряжениях
      • 2. 2. 3. Мощности при несинусоидальных токах и напряжениях
      • 2. 2. 4. Мощности при несимметричных токах и напряжениях
      • 2. 2. 5. Мощности в несимметричной и нелинейной системе
      • 2. 2. 6. Энергетические преобразования при искажениях токов и напряжений в установившихся режимах
      • 2. 2. 7. Результаты анализа методов расчета составляющих мощности и энергии в несинусоидальных и несимметричных режимах
    • 2. 3. Анализ составляющих мощности при несинусоидальных/ несимметричных токах и напряжениях по результатам измерений
      • 2. 3. 1. Система электроснабжения с мощной преобразовательной на -грузкой
      • 2. 3. 2. Составляющие мощности в электрических сетях 0,4 — 10 кВ
    • 2. 4. Выводы
  • Глава 3. Влияние несимметрии и несинусоидальности токов и напряже- ^ ний на учет электроэнергии
    • 3. 1. Дополнительные погрешности приборов учета ЭЭ в несинусои- ^ дальных/несимметричных режимах
      • 3. 1. 1. Классы приборов учета
      • 3. 1. 2. Погрешности учета электроэнергии в несинусоидальных ре- ^ жимах
    • 3. 2. Экспериментальная оценка влияния несинусоидальности и несим- g^ метрии токов и напряжений на приборы учета
      • 3. 2. 1. Цели эксперимента
      • 3. 2. 2. Описание экспериментальной установки
      • 3. 2. 3. Характеристики исследованных режимов
    • 4. 3. 2.4 Результаты эксперимента
      • 3. 2. 5. Анализ результатов эксперимента
    • 3. 3. Дополнительные инструментальные потери в несинусоидаль- ^^ ных/несимметричных режимах
    • 3. 4. Методические рекомендации по учету дополнительных инстру- ^^ ментальных потерь в электрических сетях
    • 3. 5. Выводы
  • Глава 4. Методика определения дополнительных потерь мощности и электроэнергии, обусловленных несинусоидальностью и несимметрией ^ токов и напряжений
    • 4. 1. Алгоритм определения дополнительных потерь в несинусоидальных и несимметричных режимах
      • 4. 1. 1. Постановка задачи и исходные данные для оценки дополни* тельных потерь
      • 4. 1. 2. Измерения, обработка и результаты оценки дополнительных потерь
    • 4. 2. Дополнительные потери мощности и электроэнергии в системе электроснабжения, содержащей мощную преобразовательную нагру ^ ^ зку
    • 4. 3. Выводы

Актуальность темы

Последние годы значительное внимание уделяется повышению эффективности генерации, передачи и потребления электрической энергии (ЭЭ). На каждом из этапов имеются возможности снизить расход энергоресурсов. По оценкам специалистов, в настоящее время всего лишь 30% содержащейся в энергоресурсах потенциальной энергии расходуется в качестве «полезной энергии» [16].

На эффективность использования ЭЭ влияет большое количество факторов конструктивного, технологического и эксплуатационного характера. Одной из важнейших составляющих комплекса энергосберегающих мероприятий является снижение потерь ЭЭ в электрических сетях. Потери ЭЭ в сетях бывшего СССР колебались в диапазоне 9−10% отпуска электроэнергии в сеть [16, 45]. С начала 90-х годов и до недавнего времени наблюдалось снижение электропотребления по России в целом. Так, например, в 2001 г. потребление ЭЭ составило лишь 75% от уровня потребления 1990 г. При этом суммарные потери ЭЭ в энергосистемах России с 199 Г по 2001 гг. непрерывно росли с 79 до 103,5 млрд. кВт*ч, и в процентах от отпуска в сеть от 8,51 до 13,1 [17, 34]. Основными причинами роста потерь в настоящее время являются [17, 30, 31]:

— эксплуатация физически и морально устаревшего оборудования, Что обусловлено отсутствием требуемых капитальных вложений;

— значительный рост коммерческой составляющей потерь ЭЭ.

Разработка и успешное выполнение мероприятий по снижению потерь не возможны без тщательного анализа всех составляющих потерь и причин их появления. Основные факторы, определяющие потери в электрических сетях, хорошо известны и исследованы. Появление новых многофункциональных средств измерения (СИ) параметров электрических режимов позволяет глубже исследовать влияние дополнительных факторов, которыми ранее при анализе пренебрегали.

К числу дополнительных и мало исследованных факторов относится низкое качество электроэнергии (КЭ) и, в первую очередь, несинусоидальность и несимметрия токов и напряжений. Наряду с увеличением относительного и абсолютного значения потерь ЭЭ, в отечественных энергосистемах остро стоят вопросы, связанные с ухудшением КЭ в электрических сетях всех классов напряжений. В первую очередь это связано с увеличением количества и повышением установленной мощности электроприемников (ЭП) с нелинейным и несимметричным характером нагрузок. Основная доля искажающей нагрузки приходится на крупные промышленные предприятия, к которым относятся предприятия черной и цветной металлургии, машиностроения, химической промышленности, а также электрифицированный транспорт. Однако следует отметить и увеличение доли бытовой нагрузки, имеющей в своем составе нелинейные и несимметричные ЭП.

Наряду с вопросами снижения потерь, последние десять лет усилия широких кругов специалистов направлены на решение задач по улучшению КЭ в электрических сетях всех классов напряжения. Значительный вклад в решение рассматриваемых проблем внесли отечественные ученые: Вагин Г. Я., Ворот-ницкий В.Э., Жежеленко И. В., Железко Ю. С., Иванов B.C., Казанцев В. Н., Кор-дюков Е.И., Кузнецов В. Г., Курбатский В. Г., Кучумов JI.A., Пекелис В. Г., Поспелов Г. Е., Саенко Ю. Л., Смирнов С. С., Соколов В. И., Сыч Н. М., Черепанов В. В., Шидловский А.К.

Основными научными работами в области КЭ были исследования, направленные на определение влияния различных ЭП на показатели качества электроэнергии (ПКЭ) в узлах электрических сетей. В этих работах исследованы режимы и составлены модели различных нагрузок и элементов электрических сетей при снижении КЭ, позволяющие с определенной точностью оценивать ПКЭ на стадии проектирования, т. е. без проведения экспериментальных исследований, а также разрабатывать мероприятий по улучшению КЭ.

Что касается значений дополнительных потерь в режимах, в которых КЭ не соответствует требованиям [9], то приводимые в литературе цифры нередко противоречивы и сильно различаются. Тем не менее, большинство авторов отмечают, что значения этих потерь могут быть существенными, и пренебрегать ими недопустимо.

В [36] отмечается, что дополнительные технические потери в сети при несинусоидальности менее 5% незначительны, а при возрастании Ки до 7−15% потери от высших гармоник (ВГ) могут достигать 10−12%. А в сетях электрифицированного железнодорожного транспорта уровень дополнительных потерь активной мощности от ВГ может составлять до 10 — 15%) от потерь при синусоидальном напряжении [21, 39].

Несимметрия напряжения приводит к увеличению потерь мощности и ЭЭ во всех элементах электрической сети, что обусловлено протеканием токов обратной и нулевой последовательностей. В соответствии с [46] при Кцг2% добавочные потери в обмотках асинхронных двигателей АРдоб составляют 8% от основных потерь прямой последовательности ДР0сн5 а ПРИ К2ц=5% АРяоб равны половине ЛР0СП.

Таким образом, для оценки эффективности передачи и распределения ЭЭ при пониженном КЭ необходимо учитывать и дополнительные потери ЭЭ. Возможности существующих специализированных СИ ПКЭ позволяют инструментально определять значения дополнительных потерь.

В связи с этим целыо данной диссертационной работы является разработка и апробация методики инструментально-расчетной оценки дополнительных потерь в действующих электрических сетях на основе современных специализированных СИ. Основными задачами, решаемыми в диссертационной работе, являются:

— определение структуры и значений дополнительных потерь мощности и ЭЭ в несинусоидальных и несимметричных режимах путем проведения измерений в реальных электрических системах 0,4 — 500 кВ;

— экспериментальное исследование влияния несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений на показания приборов учета (ПУ) различных типов;

— инструментально-расчетная оценка дополнительных потерь мощности и ЭЭ в системе электроснабжения (СЭС) с мощной преобразовательной нагрузкой;

Методы и средства исследований. Поставленные в работе задачи решались на основе теории электрических цепей, математического моделирования, а также экспериментальным исследованием на физической модели и путем проведения измерений в действующих электрических системах с использованием современных сертифицированных СИ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) теоретически обоснован метод определения дополнительных потерь мощности и энергии при несинусоидальных и несимметричных токах и напряженияхпоказано, что определение потерь должно выполняться для отдельных гармонических и симметричных составляющих;

2) разработана методика инструментально-расчетной оценки дополнительных потерь в электрических сетях в несинусоидальных и несимметричных режимах с применением специализированных современных СИ ПКЭ и вспомогательных параметров электроэнергии;

3) показано путем сравнительной оценки дополнительных потерь, определенных инструментальным и расчетным методами, что предпочтение следует отдавать инструментальным методам;

4) в соответствии с разработанной методикой выполнена инструментальная оценка дополнительных потерь в системе электроснабжения мощной преобразовательной нагрузки и показано, что уровень этих потерь в сети 10 — 220 кВ может составлять 4,3% от потерь на основной частоте или 0,051% от суммарной активной мощности потребляемой нагрузкой;

5) выполнено экспериментальное исследование и показано, что приборы учета индукционного и электронного типов в несинусоидальном и несимметричном режиме при Ки <12%, Х-<17%, К2и < 3%, К21 < 25%, Кои < 3,5%, К0] < 17% работают с погрешностями в пределах, установленных их классами точности, при этом дополнительные инструментальные потери не превышают 0,35% от суммарной электроэнергии в точке учета.

Практическое значение диссертации. Предложенная методика позволяет достоверно определять дополнительные потери мощности и энергии в несинусоидальных и несимметричных режимах энергосистем, что должно использоваться при оценке потерь в электрических системах, содержащих мощные нелинейные и несимметричные нагрузкитехнико-экономическом обосновании при разработке мероприятий, направленных на улучшение качества электроэнергииа также при совершенствовании коммерческих взаимоотношений в области учета электроэнергии между энергоснабжающими организациями и потребителями.

4.3 Выводы.

Разработана методика для инструментально-расчетной оценки дополнительных потерь мощности и ЭЭ в несинусоидальных и несимметричных режимах. В соответствии с ней определены дополнительные потери в СЭС с мощной преобразовательной нагрузкой. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1) При сравнительной оценке дополнительных потерь расчетным и инструментальным методами предпочтение следует отдать последнему как наиболее достоверному. Основным преимуществом инструментального метода являются полный учет влияния реальных характеристик несинусоидальных и несимметричных режимов и параметров электрической системы на дополнительные потери.

2) Значение дополнительных потерь в энергосистеме 220/500 кВ, питающей мощную преобразовательную нагрузку, определенное путем измерений составило 565 кВт или 0,051% от мощности, потребляемой на основной частоте, при этом расчетные потери составили 234,1 кВт.

3) Дополнительные потери в нагрузке собственных нужд, получающей питание с шин 10 кВ завода параллельно с преобразователями, превышают потери в системе, составляя 689 кВт. При этом суммарные потери от ВГ в рассматриваемой системе составили 4,3% от потерь на основной частоте.

4) Дополнительные инструментальные потери в точках коммерческого учета данной систем приводят к недоучету отпущенной ЭЭ на сумму 1138 тыс. руб./год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Результаты выполненного исследования позволяют сделать следующие выводы.

1) Теоретически обоснован метод определения дополнительных потерь мощности и энергии при несинусоидальных и несимметричных токах и напряжениях, в соответствии с которым нелинейную и несимметричную нагрузку необходимо рассматривать как объект, который, потребляя мощность на основной частоте прямой последовательности, преобразует ее и возвращает частич, но в систему в виде мощностей искажений, так что.

Рi=P 1 — РРг~ Ро, где Pf= л/3 UI cos фь Pf= -ч/з U2h cos ф2,.

Р0= л/3 Uolo cos ф0, = Е а/3UnIn cos (рп. п=2.

Тогда дополнительные потери характеризуются суммарной мощностью искажений и равны АРдоп = PnZ + Р2 + Р0. При этом каждая из составляющих данного выражения должна оцениваться индивидуально в силу существенных раз-• личий по условиям их распространения в электрических системах.

2) Разработана методика инструментально-расчетной оценки дополнительных потерь в электрических сетях в несинусоидальных и несимметричных режимах с применением специализированных современных СИ ПКЭ и вспомогательных параметров ЭЭ. Путем сравнительной оценки дополнительных потерь, определенных инструментальным и расчетным методами, показано, что предпочтение следует отдавать инструментальным методам.

3) При инструментальной оценке дополнительных потерь в сложных электрических системах, содержащих несколько источников искажений, при ограниченном количестве СИ ПКЭ основными задачами являются:

— выбор точек проведения измерений;

— длительность измерений;

— синхронность измерений, исходными данными для которых являются статистически обработанные результаты предварительных измерений ПКЭ в исследуемой системе.

4) Дополнительные потери в действующих электрических сетях различных классов напряжения в несинусоидальных и несимметричных режимах могут быть достаточно велики. Значение потерь от ВГ в системе электроснабжения 10/220/500 кВ с мощной преобразовательной нагрузкой, определенное в соответствии с разработанной методикой, равно 1,254 МВт, что составило 4,3% от потерь на основной частоте или 0,051% от мощности потребляемой нагрузкой на основной частоте.

5) На показания приборов учета электроэнергии влияют как несимметрия, так и несинусоидальность токов и напряжений, при этом при изменении ПКЭ в диапазонах К,-<12%, ?,<17%, К2и < 3%, К2] < 25%, Кои < 3,5%, К01 < 17% приборы как индукционного, так и электронного типов работают с погрешностями в пределах, установленных их классами точности, а дополнительные инструментальные потери не превышают 0,35% от суммарной энергии в точке учета.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю.В. Мощность переменного тока. Ивановский гос. энерг. ун-т, 1999.-200 с.
  2. К. Выбор типа и закона регулирования статического ИРМ при несинусоидальном напряжении в узле нагрузки. Дисс. к.т.н, — М.: 1984 91 с.
  3. В.А., Рыжов Ю. П. Дальние электропередачи переменного и постоянного тока: Уч. пособ. для вузов. М: Энергоатомиздат, 1985. — 272 с.
  4. В. А. и др. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах/ М.: Энергоатомиздат, 1985. -216 с.
  5. И.М. Особенности оценки перегрузки силовых конденсаторов в сетях с высшими гармониками. Сб.: Качество и потери электроэнергии в электрических сетях. — Алма-Ата: КазПТИ, 1986. — С. 4 — 9.
  6. Гармоники в электрических системах.: Пер. с англ./ Дж. Арриллага, Д. Брэдли, П. Боджер. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.
  7. Е.Д. и др. Упрощенный расчет мощности потерь в косинусных конденсаторах при несинусоидальном напряжении. Промышленная энергетика, 1990, № 7. — С. 27.
  8. И.Т., Мозгалев B.C., Дубинский Е. В. и др. Основные принципы построения системы контроля, анализа и управления качеством электроэнергии. Электрические станции, 1998, № 12. — С.2−6.
  9. ГОСТ 13 109–97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Минск.: Изд-во стандартов, 1998.
  10. ГОСТ 30 206–94. Статические счетчики ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 0,2s и 0,5s). -М.: Изд-во стандартов, 1996. -47 с.
  11. ГОСТ 30 207–94. Статические счетчики ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 1 и 2). М.: Изд-во стандартов, 1996.-54 с.
  12. Я.Б., Кашарский Э. Г. Добавочные потери в электрических машинах. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, 214 с.
  13. И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения пром-предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 2000. 331 с.
  14. И.В., Кротков Е. А., Степанов В. П. Методы вероятностного моделирования в расчетах характеристик электрических нагрузок потребителей. Сам. гос. техн. ун-т, Самара, 2001 г. 196 с.
  15. И.В., Саенко Ю. Л. Реактивная мощность в системах электроснабжения: Уч. пособие. К.: УМК ВО, 1989. — 108 с.
  16. Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1989. — 176 с.
  17. Ю.С., Артемьев А. В., Савченко О. В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: Изд-во «НЦ ЭНАС», 2002. 280 с.
  18. Ю.С., Кордюков Е. И. Высшие гармоники и напряжения обратной последовательности в энергосистемах Сибири и Урала. Электричество, 1989, № 7.-С. 62−65.
  19. Ф.А., Каханович B.C. Измерение и учет электрической энергии. М.: Энергоатомиздат, 1982. 98 с.
  20. И.И. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения. М.: Изд-во МЭИ, 2000. — 120 с.
  21. И.И., Тульский В. Н., Шамонов Р. Г. и др. Качество электрической энергии в муниципальных сетях Московской области. Промышленная энергетика, 2002, № 8. — С.42−48.
  22. И.И., Пономаренко И. С., Сыромятников С. Ю. и др. Способ инструментального выявления источников искажения напряжения и определение их влияния на качество электроэнергии. Электричест-во, 2001, № З.-С. 3−8.
  23. И.И., Пономаренко И. С., Ярославский В. Н. Требования к средствам измерения показателей качества электроэнергии. Электричество, 2000, № 4. — С.11−18.
  24. И.И., Тульский В. Н., Шамонов Р. Г. Приборы для контроля и анализа качества электроэнергии. -Мир измерений, 2002, № 5- 6.-С.4−10.
  25. Р.Г., Ланда М.JI. и др. Дополнительные потери электроэнергии от несимметрии параметров фаз воздушных линий высокого напряжения.- Электричество, 1987, № 1. С. 47 — 49.
  26. Л. А., Спиридонова JT.B. Вопросы учета и измерения добавочных потерь в сетях при некачественной энергии./ Материалы конф. «Вопросы надежности и экономичности систем электроснабжения». М., 1974.1. С. 18−23.
  27. С.Б., Чернин А. Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем. М.: Энергоатомиздат, 1983. -528 с.
  28. О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей.- М.: Энергия, 1978. 320 с.
  29. Метрология электрических измерений в электроэнергетике.: Доклады на-уч.-техн. семинаров и конференции 1998−2001 гг./Под общ. ред. Я. Т. Загорского. М.: Изд-во НЦ ЭНАС. — 488 с.
  30. Метрология электрических измерений в электроэнергетике.: Доклады науч.-техн. конференции 2002 г./ Под общ. ред. Я. Т. Загорского. М.: Изд-во НЦ ЭНАС. -144 с.
  31. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. РД 153−34.015.501−00. М.: Энергосервис, 2001. 76 с.
  32. В.Н. Состояние и перспективы развития средств измерений показателей качества электроэнергии.- В сб. информ.-методических мат. семинара «Метрологическое обеспечение электрических измерений в электроэнергетике». М.: ВНИИЭ, 1998. — С.4−14.
  33. Нормирование, анализ и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях.: Доклады науч.-техн. конференции 2002 г./Под общ. ред. Ворот-ницкого В.Э. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС.- 162 с.
  34. Основы теории цепей. Учебник для вузов/ Зевеке Г. В., Ионкин П. А. и др.- М.: Энергоатомиздат, 1989. 444 с.
  35. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем/ Воротницкий В. Э., Железко Ю. С. и др. Под ред. Казанцева В. Н. -М.: Энергоатомиздат, 1983.-368 с.
  36. И.С. Влияние несинусоидальности напряжения на работу электронных счетчиков электроэнергии.: Доклады научно-техн. конференции 2003 г. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС. С.56−66.
  37. Г. Е., Сыч Н.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1981. — 216 с.
  38. П.И. Методика расчета дополнительных потерь активных мощности и электроэнергии в элементах систем электроснабжения промышленных предприятий, обусловленные высшими гармониками. Дисс. к.т.н.-М.: 1978.-206 с.
  39. B.C. Метрологическое оборудование и приборы контроля качества электрической энергии. .- В сб. информ.-методических мат. семинара «Метрологическое обеспечение электрических измерений в электроэнергетике» -М.: ВНИИЭ, 1998. -С.15−18.
  40. А.П. Экспериментальное исследование метрологических параметров измерительных трансформаторов напряжения. Автореф. дисс. к.т.н. Екатеринбург, 2000. — 20 с.
  41. В.Е., Новосельцев А. В. и др. Баланс энергий в электрических цепях. Киев: Наукова думка, 1992. — 240 с.
  42. А.Х., Ганиходжаев Н. Г. Потери электроэнергии в низковольтных сетях. Т.: Узбекистан, 1984 г. — 159 с.
  43. А.К., Кузнецов В. Г., Николаенко В. Г. Оптимизация несимметричных режимов систем электроснабжения. Киев: Наук, думка, 1987.- 176 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!