Балансы электрической энергии (мощности) являются основой для планирования и оптимизации режимов работы электростанций, запасов топлива, графиков ремонта оборудования, для расчета тарифов на услуги по передаче электрической энергии.
Под балансом электроэнергии (мощности) в электрической сети понимается равенство поступившей в электрическую сеть (субъекта оптового или розничного рынка) электрической энергии (мощности) и переданной потребителям электрической энергии (мощности) с учетом фактических потерь электрической энергии (мощности) на ее передачу и распределение и производственных нужд сетевой организации.
Размер фактических потерь электрической энергии в электрических сетях определяется как разница между объемом электрической энергии, поставленной в электрическую сеть из других сетей или от производителей электрической энергии, и объемом электрической энергии, потребленной энергопринимающими устройствами, присоединенными к этой сети, а также переданной в другие сетевые компании.
Фактические потери электроэнергии на ее передачу и распределение по электрическим сетям являются важнейшим показателем экономичности работы сетей, наглядным индикатором состояния системы учета электрической энергии, эффективности энергосбытовой деятельности и ее взаимодействия с электросетевой деятельностью.
В условиях реформирования электроэнергетики и ее разделения по технологии и видам бизнеса на многочисленные структурные подразделенияфилиалы ОАО «СО ЕЭС» (РДУ, ОДУ) и ОАО «ФСК ЕЭС» (магистральные электросетевые компании, филиалы ФСК), региональные и межрегиональные распределительные сетевые компании (РСК, МРСК), генерирующие компании — территориальные (ТГК) и оптовые (ОГК), энергосбытовые компании (ЭСК) существенно усложнились задачи формирования структурных составляющих баланса электрической энергии и фактических потерь электроэнергии, поскольку эти составляющие «разошлись» по разным хозяйствующим и технологическим субъектам.
На сегодняшний день отсутствуют нормативные документы, регламентирующие порядок определения баланса электрической энергии в электрических сетях, а также порядок расчета его структурных составляющих, хотя требования к обоснованности и достоверности таких расчетов существенно возросли.
Важность и сложность решения перечисленных задач заключается в следующем. Сетевая компания обязана компенсировать (оплатить) фактические потери электрической энергии в своих сетях путем их покупки на оптовом (розничном) рынке электрической энергии [1,2]. При расчете тарифа на оплату услуг по передаче электрической энергии по электрическим сетям сетевых компаний учитывается величина нормативных технологических потерь электрической энергии [3]. В большинстве сетевых компаний фактические потери электрической энергии превышают нормативные технологические потери. Соответственно, сетевая компания, оплачивая все фактические потери электрической энергии и получая при оплате услуг на передачу электрической энергии по сетям компенсацию в размере стоимости нормативных технологических потерь электрической энергии, терпит финансовые убытки из-за наличия «сверхнормативных» потерь электрической энергии. «Сверхнормативные» потери электрической энергии обусловлены погрешностями системы учета, неучтенным потреблением электрической энергии, низкой платежеспособностью потребителей, недостаточной мотивацией персонала к снижению потерь электрической энергии в сетях и многими другими причинами.
Решению данной проблемы посвящена настоящая диссертационная работа.
Основные направления диссертационной работы связаны с разработкой методик определения фактических потерь электрической энергии, методов расчета неучтенной потребленной электрической энергии, методов построения типовых профилей нагрузки для определения количества потребленной электрической энергии. Эти разработки позволят более подробно и обоснованно вычислить фактические потери электрической энергии в электрической сети, определить структуру сверхнормативных потерь электрической энергии, с большей эффективностью разработать программу по снижению потерь и уменьшению убытков сетевой компании по оплате сверхнормативных потерь.
Актуальность диссертационной работы подтверждается Федеральным законом Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [4], Постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 г. № 861 «Правила недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг» (в редакции Постановления Правительства РФ № 168 от 21.03.2007 г.) [2] и Постановлением Правительства Российской Федерации от 31.08.2006 г. № 530 «О Правилах функционирования розничных рынков электрической энергии» [5].
Цель диссертационной работы — повышение обоснованности и достоверности расчетов баланса электрической энергии в электрических сетях различного уровня напряжения, структурных составляющих баланса, в том числе фактических потерь в условиях неполной информации о потребленной электрической энергии.
Для достижения указанной цели поставлены следующие основные задачи: о проведение анализа динамики потерь электрической энергии в электрических сетях Российской Федерации и зарубежных страно проведение анализа методов расчета фактических потерь электрической энергии и количества неучтенной потребленной электрической энергии в рыночных условияхо разработка методов определения фактических потерь электрической энергии для электрических сетей Единой национальной (общероссийской) электрической сети (далее — ЕНЭС) (220 кВ и выше) с учетом внутренних перетоков электрической энергии, а также для распределительных сетевых компаний (далее — РСК) (110−0,4 кВ) — о разработка методов расчета неучтенной потребленной электрической энергии с учетом имеющейся в условиях эксплуатации исходной информациио разработка методов расчета типовых профилей нагрузки и типовых объемов потребления с учетом имеющейся в условиях эксплуатации исходной информациио оценка суммарных потерь электрической энергии в электрических сетях Российской Федерациио оценка резервов снижения потерь электрической энергии в электрических сетях Российской Федерациио разработка методики анализа факторов, влияющих на уровень потерь электроэнергии и эффективность мероприятий по их снижениюо оценка погрешностей расчета одной из составляющих фактических потерь электрической энергии в электрических сетях — переменных потерь электрической энергии в воздушных линиях из-за неучета влияния метеоусловий на активные сопротивления линий.
Методы исследования.
При решении поставленных задач в работе использованы методы теории вероятностей и статистической обработки информации, структурно-балансовые методы расчета и анализа электрических сетей, классические методы теоретической электротехники. Научная новизна.
Основные научные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы: о результаты анализа потерь электрической энергии в электрических сетях Российской Федерации, в странах дальнего зарубежья и СНГо методика определения фактических потерь электрической энергии для электрических сетей Единой национальной (общероссийской) электрической сети (220 кВ и выше) — о методика определения фактических потерь электрической энергии для распределительных сетевых компаний (0,4 — 1 ЮкВ) — о методы расчета неучтенной потребленной электрической энергии для сетевых компаний:
— по среднестатистическому потреблению электрической энергии;
— по типовому профилю нагрузки;
— по числу часов использования и величине мощности;
— в зависимости от ошибок и отклонений от норм в системе измерений электрической энергии;
— по установленной мощности электроприемников или договорному значению максимальной нагрузки, числу часов потребления электрической энергиио методы и алгоритмов построения типовых профилей нагрузки и типовых объемов потребления с учетом имеющейся в условиях эксплуатации исходной информациио методика анализа факторов, влияющих на уровень потерь электроэнергии и эффективность мероприятий по их снижениюо методика и алгоритм расчета погрешности определения переменных потерь электрической энергии в воздушных линиях электропередачи из-за неучета влияния метеоусловий на активные сопротивления проводов.
Практическая ценность.
Разработанные методы позволяют более обосновано и достоверно рассчитывать: о фактические балансы и потери электрической энергии в ЕНЭС с учетом внутренних оборотов электрической энергии, как в целом по сети так и по уровням напряженияо фактические балансы и потери электрической энергии в электрических сетях РСКо количество потребленной электрической энергии при отсутствии приборов учета или при нарушении системы учета электрической энергиио переменные потери электрической энергии в воздушных линиях электропередачи.
Полученные с помощью разработанных методов и методик результаты расчетов позволили провести оценку резервов по снижению потерь электрической энергии и эффективности мероприятий по снижению потерь электрической энергии и впервые оценить потери электрической энергии в электрических сетях Российской Федерации.
Реализация результатов работы.
Методика определения неучтенной потребленной электрической энергии и методы расчета типовых профилей нагрузки включены в Правила коммерческого учета на розничных рынках электрической энергии (Приложение 10 к проекту документа «Основные положения функционирования розничных рынков электрической энергии»), разработанных во исполнение Постановления Правительства Российской Федерации от 31 августа 2006 г. № 530 «Об утверждении Правил функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики».
Методические указания по расчету и применению типовых профилей нагрузки для групп потребителей на основании данных автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электрической энергии и мощности (АИИС КУЭ) и интервальных приборов учета электрической энергии разработаны в соответствии с Приказом ОАО «ФСК ЕЭС» № 245 от 03.08.07 г. 6]. Основные положения Методических указаний также включены в Правила коммерческого учета на розничных рынках электрической энергии.
Методические указания по формированию развернутого баланса электрической энергии по электрической сети распределительной сетевой компании с разбивкой по диапазонам напряжения, внедрены во всех распределительных сетевых компаниях ОАО «Холдинг МРСК». Балансовые таблицы Методических указаний реализованы в «Инструкции об организации в Министерстве энергетики Российской Федерации работы по расчету и обоснованию нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям», утвержденной приказом Минэнерго РФ № 326 от 30.12.2008 г. и зарегистрированной в Минюсте России № 13 314 от 12.02.2009 г. 7].
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на 3-й, 4-ой, 5-ой, 6-ой международных научно-технических конференциях — выставках «Нормирование, анализ и снижение потерь электрической энергии в электрических сетях» (Москва, 2004, 2006, 2007, 2008), семинаре «Потери электрической энергии. Методы расчета. Мероприятия по снижению потерь» (Москва, 2005), 10-й научно-практической конференции — выставке.
Метрология электрических измерений в электроэнергетике" (Москва, 2007), 4-ом и 5-ом специализированных научно-технических семинарах «Современные методы и программные средства анализа и планирования электропотребления, балансов мощности и электрической энергии» (Москва, 2006, 2007), 2-ом международной электроэнергетическом семинаре «Современные методы оценки технического состояния и способы повышения надежности электрических сетей и энергосистем» (Москва, 2006 г.),, 3-й научно-технической конференции «Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008», (Москва 2008), 3-й международной научно-технической конференции «Энергосистема: управление, конкуренция, образование» (Екатеринбург, 2008), конференции ОАО «Холдинг МРСК» «Распределительный сетевой комплекс РФ: состояние, проблемы, пути решения» (Санкт-Петербург, 2010). Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 16 работ, в том числе две в центральных журналах, входящих в список ВАК. Личный вклад.
Личный вклад автора в диссертационную работу состоит в следующем: о анализ методов формирования фактических потерь электрической энергии в Российской Федерации и странах дальнего зарубежьяо формирование структурных составляющих баланса электрической энергии по ЕНЭС и РСКо разработка методологии формировании структурных составляющих баланса электрической энергии в электрических сетях ЕНЭС и РСКо разработка типовых примеров формирования структурных составляющих баланса электрической энергии в электрических сетях ЕНЭС и РСКо сбор и анализ методов расчета неучтенной потребленной электрической энергии по 17-ти сетевым компаниямо сбор и анализ способов несанкционированного потребления электрической энергиио обобщение, дополнение и структурирование методов расчета неучтенной потребленной электрической энергиио разработка методов расчета и применения типовых профилей нагрузки, необходимых при формировании переданной электрической энергии, с учетом ограниченного набора исходных данных в сетевых компанияхо сбор и анализ статистических данных по потерям электрической энергии в электрических сетях Российской Федерации и стран дальнего зарубежьяо формирование отчетного показателя (фактических потерь) электрической энергии по Российской Федерации с использованием имеющейся информации в существующей отчетной документациио определение резерва снижения потерь электрической энергии в Российской Федерациио разработка методики и алгоритма расчета погрешности определения переменных потерь электрической энергии в воздушных линиях электропередачи из-за неучета влияния метеоусловий на активные сопротивления проводов.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, изложенных на 201 стр. машинописного текста и содержащих 27 рисунков и 33 таблицы, а также 2 приложения на 40 стр.
Список литературы
содержит 99 наименований.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.
1. Приведен алгоритм расчета активного сопротивления с учетом температуры воздуха, рабочего тока и скорости ветра, который можно использовать для голых проводов различных марок.
2. Получена зависимость активного сопротивления от температуры воздуха, рабочего тока и скорости ветра для проводов АС 35/6,5, АС 120/27, АС 300/39 при и=0,5 м/с и и=0,5 м/с (рисунки 6.1−6.2).
3. Вычислены относительные погрешности расчета активного сопротивления с учетом температуры воздуха по формуле (6.1) при 1: пр = 1 В по отношению к активному сопротивлению при 20 °C. Относительные погрешности составляют от «минус» 8% до «плюс» 30% в диапазоне температур «минус» 40 °C — «плюс» 40 °C. Значительные погрешности расчета этих сопротивлений наблюдаются в области низких температур.
4. Вычислены относительные погрешности расчета активного сопротивления с учетом температуры воздуха, рабочего тока и скорости ветра по отношению к активному сопротивлению при 20 °C для проводов АС 35/6,5, АС 120/27, АС 300/39 при и=0,5 м/с, которые составляют от «минус» 40% до «плюс» 25% в диапазоне температур «минус» 40 °C — «плюс» 40 °C.
5. Вычислены относительные погрешности расчета активного сопротивления с учетом температуры воздуха, рабочего тока и скорости ветра по отношению к активному сопротивлению при 20 °C для проводов АС 35/6,5, АС 120/27, АС 300/39 при и=5 м/с, которые составляют от «минус» 15% до «плюс» 25% в диапазоне температур «минус» 40 °C — «плюс» 40 °C.
6. Определены относительные погрешности расчета активного сопротивления с учетом температуры воздуха, рабочего тока и скорости ветра по отношению к активному сопротивлению по формуле (1) при Шр = 1 В для проводов АС 35/6,5, АС120/27, АС 300/39 при и=0,5 м/с, которые находятся в пределах: от «минус» 6% до «плюс» 5%, при рабочих токах от 20 А до 180 Аот «минус» 6% до «минус» 40%, при рабочих токах от 180 А и выше.
7. Вычислены относительные погрешности расчета активного сопротивления с учетом температуры воздуха, рабочего тока и скорости ветра по отношению к активному сопротивлению по формуле (6.1) при Шр = 1 В для проводов АС 35/6,5, АС120/27, АС 300/39 при о=5 м/с, которые не превышают «минус» 5%.
8. При загрузке линии на 15−40% от максимально допустимого тока для проводов АС 35/6,5, АС 120/27, АС 300/39 при и=0,5 м/с учет тока нагрузки и скорости ветра не обязателен, достаточно учесть температуру воздуха.
9. При загрузке линии на 50−90% от максимально допустимого тока целесообразно рассчитывать активное сопротивление с учетом температуры воздуха, рабочего тока и скорости ветра, поскольку относительные погрешности находятся в диапазоне от «минус» 2% до «минус» 30%.
10. При расчете годовых потерь электроэнергии для проводов АС 120/27 и АС 300/39 при и=0,5 м/с при загрузке линий на 5−20% в течение года достаточно учитывать температуру воздуха. Относительная погрешность составляет 5−6%. При загрузке от 30% и выше рекомендуется учитывать ток нагрузки, температуру воздуха и скорость ветра. Относительная погрешность составляет от «минус» 2% до «минус» 30%.
11. При расчете годовых потерь электроэнергии для провода АС 120/27 при скорости ветра равной 5 м/с относительные погрешности не превышают «минус» 0,7%, соответственно, для расчета годовых потерь электроэнергии достаточно учитывать температуру воздуха. Для проводов АС 300/39 учет тока нагрузки, температуры воздуха и скорости ветра достаточно учитывать при загрузке линии от 50% и выше. Относительная погрешность составляет от «минус» 2% до «минус» 5%.
12. Перспективным направлением повышения точности расчета активных сопротивлений может стать автоматическая регистрация в условиях эксплуатации температуры провода с помощью специализированных средств контроля температуры проводов воздушных линий [99]. Другим направлением является расчет активных сопротивлений воздушных линий электропередачи с использованием автоматизированных метеопостов, регистрирующих температуру и скорость ветра вдоль трассы линий и оперативного контроля их токовых нагрузок.
Повышением точности расчета переменных потерь электрической энергии в воздушных линиях может стать автоматизация расчетов с учетом активных сопротивлений в зависимости от метеоусловий (счетчики потерь).
Заключение
.
По результатам диссертационной работы, выполненной в соответствии с поставленными целями и задачами исследования, можно сформулировать следующие основные выводы и результаты:
1. Проведен анализ динамики потерь электрической энергии в электрических сетях Российской Федерации и стран дальнего зарубежья, а также анализ существующих методов формирования структурных составляющих баланса электрической энергии. Показано, что относительные потери в электрических сетях Российской Федерации в 2,5−3 раза выше, чем в промышленно развитых странах.
2. Установлено, что в настоящее время в отечественной практике отсутствуют:
• единые подходы к расчету баланса электрической энергии в электрических сетях;
• оценки величины резервов снижения потерь в электрических сетях России;
• единая статистическая отчетность по потерям электрической энергии в электрических сетях России.
3. Разработаны:
• Методика формирования баланса электрической энергии и расчета фактических потерь в ЕНЭС, позволяющая в условиях имеющейся информации исключить величину внутреннего оборота электрической энергии и соответственно, корректно определять относительные потери электроэнергии;
• Методика формирования баланса электрической энергии в электрических сетях РСК, позволяющая объединить в себе два алгоритма формирования балансов электрической энергии: «физического» и «экономического»;
• Методы определения количества потребленной электрической энергии при выявлении неисправности или утраты средств измерений, а также при выявлении фактов безучетного и бездоговорного потребления, позволяющие: учитывать разнообразие исходных данных и особенности нарушений учета электрической энергииболее обоснованно взимать штрафы с потребителей, нарушивших правила потребления электрической энергиирассчитывать объем неучтенной электроэнергии при отсутствии приборов учета;
• Методы расчета и применения типовых профилей и объемов потребления электрической энергии, позволяющие решить задачу приведения фактического количества потребленной электрической энергии за расчетный период к почасовым значениям потребления;
• Методика анализа факторов, влияющих на уровень потерь электрической энергии и фактическую эффективность мероприятий по их снижению, позволяющая определить основные подходы к оценке фактической эффективности мероприятий и к их прогнозу с учетом этих мероприятий;
• Алгоритм расчета переменных потерь электрической энергии в воздушных ЛЭП, позволяющий учитывать влияние температуры воздуха, рабочего тока и скорости ветра на активное сопротивление линии.
4. С использованием предложенных методик и разработанных унифицированных форм по составлению баланса электрической энергии собраны и обработаны данные по 1126 сетевым компаниям, что позволило оценить:
• фактические потери электрической энергии в электрических сетях России, которые составляют около 130 млрд. кВт.ч., в то время как по данным Росстата России они равны 109,24 млрд. кВт. ч;
• резервы снижения потерь электрической энергии в электрических сетях ОАО «ФСК ЕЭС», в электрических сетях РСК и муниципальных предприятиях, а также суммарный резерв снижения потерь электрической энергии в электрических сетях России, который равен 20% от общей суммарной величины потерь электрической энергии.
