Диссертация (Развитие методов оптимизации размещения компенсирующих устройств и возобновляемой распределенной генерации в радиальных электрических сетях), страница 4

В данном регионе в рамках исследовательской работы быливыполнены замеры качества электроэнергии.Измерения и анализ результатов выполнялись в соответствии состандартами: IEEE Std. 1159-2009, IEEE Std. 519-2014, IEEE Std. 1346-1998 иIEC 61000-4-30 [66-69].Как видно на рисунке 1.2, система передачи электроэнергии Египтавключает в себя сети с уровнями напряжения, 500 кВ, 400 кВ, 220 кВ, 132 кВи 66 кВ. Электрическая сеть в городе Минья представлена следующимиэлементами: Подстанция (ПС) Самалут 500кВ, Линии Электропередачи (ЛЭП)132 кВ и 33 кВ, распределительные сети 11 кВ, а также нагрузка на 0,4 кВ.Измерения были проведены в распределительной городской сети 11 кВгорода Минья, который находится в Центральном Египте (ЦентральныеЕгипетские Распределительные Сети).

На рисунке 1.6 показаны местаустановки средств измерений. В качестве примера был выбраны 15 узловойфидер, схема которого показана на рисунке 1.7.26Рис. 1.6 Фрагмент распределительной сети центральной части Египта – г.Минья, в котором проводились измерения качества электрической энергии.Рис.

1.7 Схема рассматриваемого фидераИзмерения выполнялись двумя анализаторами качества HIOKI-3196,показанными на рисунке на рисунке 1.8. Непрерывные измеренияпроизводились в течение 24 часов. Приборы подключались на стороненизшего напряжения трансформатора (0,4 кВ) и измеряли: отклонение27напряжения и частоты, тока, коэффициента мощности (cosф), активную иреактивную мощность, полную мощность, несимметрию напряжений,несинусоидальность напряжения, провалы напряжения, и перенапряжения.Рис.

1.8 Анализатор качества электроэнергии (Модель HIOKI-3196 спрограммой HIOKI-9624-50 “PQA-Hiview PRO”)На рисунке 1.9 показана кривая напряжения на подстанции в течение 24часов. На рисунке 1.10 изображены графики суммарной активной иреактивной мощностей нагрузок в узлах 0,4 кВ в течение 24 часов.Максимальный пик нагрузок наблюдается с 10:00 до 16:00 часов, а также с19:00 до 23:00 часов. На рисунке 1.11 показано распределение напряжения нанагрузке 0,4 кВ, в течение 24 часов.

При пиковой нагрузке наблюдаетсяснижение напряжения ниже допустимого уровня (0,9 от номинальногозначения).Каквидноизрисунка1.12,коэффициентискажениясинусоидальности напряжения находится в допустимых пределах (< 5%).Также на рисунке 1.13 видно, что несимметрия напряжения находится впределах нормы (< 3%).

Отклонение частоты незначительно выходит задопустимые пределы (> 50.2 Гц), как показано на рисунке 1.14.∑кВт (P)фидера в узлах 0,4 кВ7:00:006:00:005:00:004:00:003:00:002:00:001:00:000:00:0023:00:0022:00:0021:00:0020:00:0019:00:0018:00:0017:00:0016:00:0015:00:0014:00:0013:00:0012:00:0011:00:0010:00:009:00:008:00:00Сумарная нагрузка фидера кВТ/кВАр7:00:006:00:005:00:004:00:003:00:002:00:001:00:000:00:0023:00:0022:00:0021:00:0020:00:0019:00:0018:00:0017:00:0016:00:0015:00:0014:00:0013:00:0012:00:0011:00:0010:00:009:00:008:00:00Напряжение (кВ)2811.051110.9510.910.8510.8Время (час)Рис. 1.9 Суточный график напряжения на центре питания2100.01900.01700.01500.01300.01100.0900.0700.0500.0Время (Час)∑кВАр (Q)Рис.

1.10 Суточный график суммарной активной и реактивной мощности нагрузок29Напряжение на 0,4 В400.00390.00380.00370.00360.000.36 кВ=0.9 о.е.350.00340.00Время (час)U2 (В)U9 (B)U3 (В)U10 (B)U4 (В)U11(B)U5 (B)U12 (B)U6 (B)U13 (B)U7 (B)U14 (B)U8 (B)U15 (B)Рис. 1.11 Суточные графики напряжения на шинах 0,4 кВраспределительных подстанцийРис. 1.12 Суммарный коэффициент несинусоидальности напряжения КU %, вузле 15Рис. 1.13 Несимметрия напряжения К0U %, в узле 1530Рис.1.14 Частота (Гц) в узле 15Наиболеезначительныенарушениякачестваэлектроэнергиинаблюдаются по установившемуся отклонению напряжения. Это приводит кувеличению потерь электроэнергии в системе, ухудшению функционированияоборудования сети и уменьшению срока службы электроприёмников.Остальные параметры измерений расположены в пределах нормы.1.3Предлагаемые меры для решения проблем в распределительныхсетяхМожно выделить следующие главные проблемы, возникающие враспределительных сетях [1, и 70-71]:-высокое потребление реактивной мощности-отклонение напряжения,-большое количество потерь активной мощности в сетях,-несбалансированность системы распределения.Описанные выше проблемы являются следствием перегруженности сетипо активной и реактивной мощности.Для преодоления этих проблем (снижение потерь мощности иповышение качества электроэнергии за счет улучшения профиля напряжения),могут быть предложены следующие мероприятия [1, и 70-73]:1)замена проводников в первичных и вторичных фидерах,2)реконфигурация фидеров,313)использование распределительных трансформаторов высокоймощности,4)уменьшение длины вторичной сети с увеличением количествараспределительных трансформаторов,5)размещение вспомогательных трансформаторных подстанцийвблизи центров нагрузки,6)повышение напряжения,7)компенсация реактивной мощности,8)использование распределенной генерации.Методы с первого по шестой очень затратные и требуют много временидля обновления и изменения многих параметров в сети.

Однако компенсацияреактивной мощности и распределенная генерация рассматриваются какдоступные решения по модернизации распределительной сети.Компенсация реактивной мощности за счет батарей конденсаторовявляется экономичным и эффективным способом снижения перетокареактивной мощности через сетевые элементы.Внедрение распределенной генерации в рассматриваемом регионеоправдано при применении возобновляемых источников электроэнергии,поскольку климатические условия Египта характеризуются высоким уровнеминсоляции и скорости ветра в течение большого числа часов в году [8].1.3.1 Компенсация реактивной мощностиКомпенсация реактивной мощности в распределительных сетяхявляется важной задачей [1, 24, 70-71, и 74], поскольку ее переток черезсетевые элементы приводит к увеличению потерь активной мощности ипадения напряжения.

Под компенсацией понимается выработка реактивноймощности вблизи потребителей за счет параллельного подключенияемкостных элементов.32Компенсирующие устройства разделяют на статические и динамическиепо скорости изменения компенсируемой мощности [74-77].

Для задачиобеспечения требуемого коэффициента мощности при медленных измененияхнагрузки достаточно применения статических компенсаторов реактивноймощности, в частности, шунтирующих батарей конденсаторов (ШБК) какнаиболее экономичных и надежных элементов.Конденсаторные батареи наиболее просты в конструкции и установке,чем другие источники реактивной мощности.

Поэтому батареи конденсатороврассматриваются в этой работе как наиболее подходящий источник длякомпенсации реактивной мощности.Изменение мощности ШБК осуществляется коммутацией отдельныхгрупп конденсаторных батарей.Получаемый эффект от установки ШБК значительно зависит отправильностивыбораместихразмещения.РазмещениеШБКвраспределительной сети и выбор их мощности является оптимизационнойзадачей, которая может быть решена с использованием современныхвысокопроизводительных алгоритмов [1, 3, 5, 11-15, и 78-83].1.3.2 Возобновляемые источники энергии как объекты распределеннойгенерацииВозобновляемые источники энергии - это одна из потенциальных мер,которая поможет решить проблемы, связанные с повышением спроса наэнергию, а также наилучшее решение для обеспечения энергопотребленияследующих поколений, снижения влияния на окружающую среду и изменениеклимата.Возобновляемыеисточникиэнергиипредставляютсобойальтернативу традиционным источникам энергии в развивающихся странах,которые в будущем могут столкнуться с рядом ограничений, связанных судовлетворением потребностей в энергии.В начале 80-х годов правительство Египта признало важностьвозобновляемых источников энергии и сформулировало национальнуюстратегию для разработки мер по экономии энергии и применения33возобновляемых источников энергии.

В 1986 году было создано Управлениепо новым и возобновляемым источникам энергии,которое сталокоординатором деятельности в области возобновляемых источников энергиив Египте [84]. В феврале 2008 года Верховный совет энергетики в Египтеобъявилстратегиюэлектроснабжениянаосноведиверсификациипроизводства источников энергии, рационализации использования энергии ирасширения использования возобновляемых источников энергии. Стратегиянаправлена на достижение обеспечения 20%потребления энергии отвозобновляемых[8].возобновляемыхисточниковк2020распределенныхгодуисточниковТакжеинтеграциянепосредственновраспределительные сети повышает надежность электроснабжения и качествоэлектроэнергии в них [58-59].Под распределенной генерацией (РГ) понимаются относительнонебольшие источники активной мощности, которые подключаются краспределительной сети среднего или низкого напряжения [2].

Главнымипреимуществами внедрения распределенной генерации [2-85]:-возможность отложить модернизацию сетевой структуры,-снижение потерь напряжения в сети,-снижение потерь активной мощности,-повышение надежности электроснабжения.Многиеисследованияпоказали,чтоустановкаблоковРГвнеоптимальных местах расположения может стать причиной множествапроблем, таких как увеличение системных потерь и затрат, проблемы снапряжением, а также проблемы надежности и стабильности сетей [2, 85].

Всвязи с этим необходимо разработать целевую функцию для оптимизацииразмещения и размера модулей распределенной генерации и выбратьнаилучшийоптимизацииматематическийдолженпреимущества [2, 85].инструментобеспечиватьдляеерешения.экономическиеиПроцесстехнические341.3.3 Выбор метода решения задачи оптимального размещения и емкостибатарей конденсаторов и распределенной генерацииСуществуют различные методы (алгоритмы) для решения проблемразмещения и определения размеров батарей конденсаторов или модулейраспределенной генерации, они разделяются на классические методы иметодыискусственногоинтеллекта [86].Методы, основанныенатрадиционном подходе, такие как (1) аналитический подход, (2) методчисленного программирования и (3) эвристический метод [86], методыискусственного интеллекта: (1) генетический алгоритм, (2) искусственныенейронные сети, (3) имитация отжига, (4) нечеткая логика, (5) оптимизацияроя частиц, (6) гравитационный алгоритм поиска и (7) алгоритм муравьинойколонии [86-93].