Методы определения статических характеристик нагрузки в распределительных электрических сетях

Введение

Одной из важнейших задач в оптимизации работы распределительных электрических сетей (РЭС) является повышение точности расчета потерь электроэнергии. В этом контексте статические характеристики нагрузки (СХН) играют ключевую роль. СХН описывают зависимость потребляемой активной и реактивной мощности от уровня питающего напряжения. В статье рассматриваются методы идентификации этих характеристик, анализируются существующие подходы и предлагаются способы их улучшения для повышения точности расчетов потерь мощности в РЭС.

1. Статические характеристики нагрузки и их роль в расчетах

СХН являются функциями напряжения, отражающими изменение активной и реактивной мощности потребителей в зависимости от уровня питающего напряжения. Точное определение этих характеристик позволяет значительно улучшить расчеты потерь мощности в сети, а также оптимизировать параметры работы энергосистемы. Пример зависимости мощности от напряжения приведен на рисунке 1.

где — активная мощность зависимая от напряжения ; — номинальная активная мощность;

Рис. 1. Пример зависимости активной мощности от напряжения для линейной модели СХН

2. Методы идентификации статических характеристик нагрузки

Для определения СХН используются различные подходы. Наиболее распространенные методы включают активные и пассивные эксперименты, а также методы экстраполяции. Каждый из этих методов имеет свои особенности и области применения.

2.1. Активные эксперименты

Активные эксперименты предполагают изменения в работе сети, например, изменение напряжения на трансформаторах или с помощью регулирующих устройств. Измерения, полученные в таких условиях, позволяют получить точные данные о реакции нагрузки на изменения напряжения.

Формула для расчета изменения активной мощности при изменении напряжения:

где — изменение активной мощности; — изменение напряжения; — коэффициент регулирующего эффекта нагрузки (РЭН).

2.2. Пассивные эксперименты

Пассивные эксперименты включают наблюдение за нагрузкой без вмешательства в режим работы сети. Здесь фиксируются колебания мощности в ответ на изменения напряжения в сети. Однако точность таких измерений ниже, поскольку пассивный подход не позволяет точно отслеживать влияние внешних факторов.

где параметры и

2.3. Метод экстраполяции

Метод экстраполяции используется для предсказания поведения нагрузки за пределами диапазона измерений. Это особенно полезно, когда измерения ограничены определенными условиями, такими как малый диапазон напряжений. Экстраполяция позволяет предсказать реакцию нагрузки на более широком диапазоне значений напряжения.

3. Проблемы и перспективы совершенствования методов

Несмотря на развитые методы идентификации СХН, существуют проблемы, связанные с недостатком достоверных данных, а также с точностью измерений, особенно в условиях пассивных экспериментов. Для повышения точности необходимо:

— Разрабатывать новые алгоритмы для обработки данных, полученных из пассивных экспериментов.

— Использовать более сложные математические модели для учета динамики нагрузки.

— Применять методы машинного обучения и нейронные сети для улучшения точности моделей.

4. Экономическая эффективность использования СХН в расчетах

Использование более точных СХН в расчетах потерь мощности позволяет не только снизить эти потери, но и повысить экономическую эффективность работы электрических сетей. Важно учитывать, что невыполнение учета СХН в расчетах может привести к значительным погрешностям, влияющим на оптимизацию режимов работы сети и оценку стоимости электроэнергии.

где — доход от передачи энергии; — выручка от передачи; — стоимость потерь; — затраты на регулирование; штрафы за нарушение технологических норм.

5. Заключение

Совершенствование методов определения статических характеристик нагрузки и их учет в расчетах распределительных электрических сетей является важным шагом к оптимизации работы электросетевых компаний. Применение более точных методов идентификации СХН, включая активные и пассивные эксперименты, экстраполяцию и методы статистической обработки данных, позволяет повысить точность расчетов и снизить потери энергии в сети.

Литература:

1. Гуревич Ю. Е., Хачатрян Э. А. Расчет статических характеристик крупных узлов нагрузки с использованием типовых параметров. Москва, 1980.
2. Гуревич Ю. Е., Либова Л. Е. Методические указания по учёту нагрузки при расчётах на ЭВМ устойчивости сложных энергосистем. Москва, 1983.
3. Жданов П. С. Вопросы устойчивости электрических систем / Под ред. Л. А. Жукова. М.: Энергия, 1979.
4. Маркушевич Н. С. Регулирование напряжения и экономия электроэнергии / Под ред. Ю. С. Железко. М.: «Энергоматиздат», 1984. 104 с.
5. Буслов В. В. Разработка методики увеличения эффективности режимов работы электрических сетей с учетом современных статических характеристик нагрузки: диссертация кандидата технических наук: 05.14.02. Москва: МЭИ. ун-т, 2022. 106 С.
6. Дзюба M. А., Тарасенко В. В., Коржов А. В. «Метод определения статических характеристик нагрузки по напряжению с учетом ограничений по режимным параметрам и электробезопасности активного эксперимента» Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика, vol. 18, по. 2, 2018, рр. 28–35.
7. Определение статических характеристик мощности нагрузок узлов сети на основе активного эксперимента / В. Ф. Кравченко, В. И. Нагай, И. Ф. Бураков, Б. П. Золоев // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский 130 регион. Серия: Технические науки. 2015. № 1 (182). С. 54–59. DOI: 10.17213/0321–2653–2015–1–54–59.