На сегодняшний день в области электроэнергетики почти перед всеми энергетическими компаниями, связанными с передачей электроэнергии от генерирующей установки до потребителей, стоит вопрос минимизации потерь и оптимизации их расчета. Ни для кого не секрет, что электроэнергия самый дорогой вид энергии, поэтому минимизация потерь крайне важна. Учет потерь электроэнергии, как позже будет описано, осуществляется с помощью различных методик, поэтому в данной статье приведены разные методы расчета и показано влияние различных факторов на потери.
Ключевые слова: электроэнергия, потери электроэнергии, потери мощности, трехступенчатый график нагрузки, четырехступенчатый график нагрузки, расчет потерь, время потерь.
Все, безусловно, стараются уменьшить потери электроэнергии, но, как уже известно, потери зависят не только от нагрузок, которые заданы потребителем или от выбранной марки проводов, а также от внешних факторов, таких как, например, температура. Следует отметить, что при передаче одной и той же мощности, но при разных температурах будет наблюдаться следующее: так как сопротивление провода при любой температуре находится по формуле:
Поэтому, если температура больше 20°С, то сопротивление провода увеличится и увеличатся активные потери. И наоборот: если температура меньше 20°С, то сопротивление уменьшится и потери активной мощности уменьшатся соответственно. [1]
Основная задача такой отрасли, как электроэнергетика, является перенос электроэнергии от генерирующего объекта до потребителя. Как мы уже знаем, специфика переноса электроэнергии сопровождается потерями в разных частях и элементах электрической сети: потери в воздушных линиях электропередач, потери холостого хода, нагрузочные потери, потери короткого замыкания в трансформаторах, потери на корону, потери в компенсирующих устройствах.
В данной статье основной вопрос непосредственно связан с нагрузочными потерями электроэнергии, а точнее с методами их учета. Существует большой перечень и классификаций потерь электроэнергии: технические, расход электроэнергии на собственные нужды подстанции, потери, обусловленные инструментальными погрешностями их измерения, коммерческие.
Основная задача этой статьи состоит в выяснения вопроса точности при разных методах оценки потерь электроэнергии. Обычно при расчете и оценке потерь электроэнергии используется метод наибольшего числа потерь: для расчета потерь принимается, что наибольшая передаваемая мощность передается за время τ, которое меньше, чем время часов в году.
Методы числа часов наибольших потерь τ, использующие формулу:
где ΔРmax — потери мощности в режиме максимальной нагрузки сети.
На сегодняшний день ведущие организации, занимающиеся проектированием электрических сетей, отдают предпочтение методу “время наибольших потерь”. Об эффективности метода “время наибольших потерь” по сравнению с методом оценки потерь электроэнергии с помощью четырехступенчатого графика нагрузки стоит судить после получения конкретных чисел и их анализа.
Основной задачей совершенствования данного метода стало нахождение значений “времени потерь τ”
Было выяснено, что “время потерь τ” зависит от двух параметров: Тнб — продолжительность использования наибольшей нагрузки; Рнм/Pнб= kр — отношение активных мощностей двух характерных режимов наименьшей и наибольшей нагрузок отдельных воздушных линий электропередач или электрической сети одного номинального напряжения. Приведем формулу для расчета τ в относительных величинах, за базисное значение принимается годовой период времени 8760 часов или же рабочий (включенный период) Tвкл:
Такое определение времени потерь предполагает, что сделано допущение о неизменности коэффициента мощности cosφ=1,0, что говорит о передачи в сеть только активной мощности. Также сделано допущение об уровнях напряжения во всех режимах работы годового графика. Учет увеличения потерь активной мощности и электроэнергии из-за реактивных нагрузок при этом приходится делать дополнительно, корректируя значения τ. В практике проектирования корректировка такого плана не обязательна, однако при необходимости достижения точности расчетов для каких-либо целей проектирования электрических сетей можно приближенно увеличивать значение τ на 20 %.
Данное значение нам необходимо для того, чтобы восстановить трехступенчатый график нагрузки, а из него потом сделать четырехступенчатый и подвести итоги расчета.
Для восстановления трехступенчатого графика нагрузки, необходимо определить время действия каждого режима из трех, то есть: tнб, tср, tнм, решая систему из трех уравнений:
где Tвкл — включенный период, принимаемый условно равным годовому периоду времени 8760 часов, tнб — время действия наибольшей нагрузки, tср — время действия средней нагрузки, tнм — время действия наименьшей нагрузки; Pcp1 — средняя передаваемая мощность, которую необходимо задать самостоятельно; Pнб- наибольшая передаваемая мощность; τ- время потерь. [1]
Таким образом, решая систему трех уравнений, получаем трехступенчатый график нагрузки вида:
Рис. 1
Так как трехступенчатый график получен и все данные определены, то необходимо получить четырехступенчатый график нагрузки, на основе использования которого будет делаться анализ полученных значений и сравнение с методом “время наибольших потерь”.
Для восстановления четырехступенчатого графика нагрузки необходимо задаться новыми значениями мощностей, которые длятся tср. То есть ступень в режиме средней нагрузки будет диверсифицироваться на две части, значение которых; одно выше, чем Pcp/Pнб, а другое ниже этого значения.
Таким образом, можно получить четырехступенчатый график нагрузки:
Рис. 2
Для нахождения значений времен режимов нагрузок Pcp1 и Pcp2, необходимо задаться последними и решить систему из двух уравнений.
В итоге получим значения tcp1 и tcp2;
Таким образом, чтобы оценить потери активной мощности для данного четырехступенчатого графика нагрузки, необходимо посчитать режим для каждого значения передаваемой активной мощности: Pнб, Pcp1, Pcp2, Pнм.
Выбранные элементы схемы сети для режима передачи наибольшей активной мощности сохраняются. Изменяется только значение мощностей в нагрузках и соответственно перетоки мощностей в линиях. Потери активной мощности можем оценить по формуле:
Далее для каждого режима полученную сумму потерь активной мощности умножим на время осуществления режима в соответствии с графиком нагрузки: tнб, tcp1, tcp2 и tнм.
Таким образом, можно найти нагрузочные потери электроэнергии во всех четырех режимах:
После нахождения нагрузочных потерь для конкретного режима передаваемой мощности, необходимо суммировать все нагрузочные потери и сравнить с результатами, полученными при расчетах методом “Время наибольших потерь”. [2]
Литература:
- Железко Ю. С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. — М.: Энергоатомиздат, 1989.
- Проектирование районной электрической сети: методические указания к курсовому проекту: Методическое пособие/А. А. Глазунов, Г. В. Шведов; — Издательский дом МЭИ, 2010.
