Снижение потерь электрической энергии в активно-адаптивных распределительных сетях

Введение 5
Глава 1 Концепция развития активно-адаптивной сети 7
1.1 Потери электрической энергии в электрических сетях 7
1.2 Терминология и структура потерь электрической энергии 9
1.2.1 Технические потери электрической энергии 12
1.2.2 Коммерческие (нетехнические) потери электроэнергии 14
1.3 Нормирование потерь электрической энергии 17
1.4 Развитие концепции активно-адаптивных сетей 20
1.5 Общая характеристика и классификация устройств FACTS 22
1.5.1 Технические характеристики и области применения устройств FACTS первого поколения 24
1.5.2 Технические характеристики и области применения устройств FACTS второго поколения 31
1.6 Переход распределительных сетей к активно-адаптивным 37
1.7 Выводы 43
Глава 2 Анализ системы электроснабжения АО «Полюс Красноярск» Северного энергорайона энергосистемы Красноярского края и Республики Тыва 44
2.1 Описание Энергосистемы Красноярского края и Республики Тыва. Анализ потребления электрической энергии на территории Красноярского края 44
2.2 Описание и анализ системы электроснабжения АО «Полюс Красноярск» в Северном энергорайоне Энергосистемы Красноярского края и Республики Тыва 46
2.3 Выводы 52
Глава 3 Моделирование участка исследуемой сети с применением устройств FACTS 53
3.1 Создание модели исследуемого участка электрической сети в ПО RastrWin3 53
3.1.1 Подготовка исходных данных 53
3.1.2 Создание модели исследуемого участка 55
3.2 Применение устройств FACTS на исследуемом участке сети 57
3.2.1 Математические модели устройств FACTS в программном комплексе RastrWin3 57
3.2.2 Установка БСК на ПС 110 кВ Новая Еруда 60
3.2.3 Установка АУКРМ на ПС 110 кВ Видная 61
3.2.4 Установка СТАТКОМ на ПС 110 кВ ЗИФ-1,2, ПС 110 кВ ЗИФ-3 62
3.3 Выводы 64
Глава 4 Технико-экономический расчет потерь электрической энергии 65
Выводы 67
Заключение 68
Список сокращений 69
Список использованных источников 70
Приложение А Исходные данные линий электропередач, трансформаторного оборудования и узлов нагрузки 74
Приложение Б Потери мощности в исходном режиме 79
Приложение В Потери мощности при установке БСК на ПС 110 кВ Новая Еруда 83
Приложение Г Потери мощности при установке БСК на ПС 110 кВ Видная 87
Приложение Д Потери мощности при установке СТАТКОМ на ПС 110 кВ ЗИФ-1,2, ПС 110 кВ ЗИФ-3 91
Приложение Е Потери электрической энергии до и после установки устройств FACTS 95

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы. В последние годы в электроэнергетической отрасли наблюдается резкое развитие, связанное с изменением состава оборудования, ростом нагрузки и повышением требований к качеству и надежности электроснабжения.
Рост нагрузки, опережающий развитие электросетевого комплекса, а также изменение структуры потребления электроэнергии, приводят к росту потерь электроэнергии и увеличению отклонения напряжения в распределительных сетях. В итоге это приводит к увеличению стоимости эксплуатации электросетевого комплекса и снижению его эффективности.
Задача оптимального размещения дополнительных устройств в распределительных сетях, обеспечивающих рациональное потребление электроэнергии, представляет высокий практический и научный интерес.
Важнейшим критерием оценки энергоэффективности электрических сетей, является величина потерь при транспортировке электрической энергии, которые можно разделить на технические потери, взаимосвязанные с физическими процессами при работе основного оборудования, и нетехнические потери, связанные с хищением энергии. Величина технических потерь электроэнергии зависит от технического состояния оборудования, уровня изношенности распределительных электрических сетей и состояния систем учета электрической энергии.
Возрастание потерь электроэнергии в электрических сетях вызвано действием объективных закономерностей в развитии энергетики в целом. Одной, из которых является размещение ряда электростанций на больших расстояниях от центров потребления, что привело к появлению протяженных, постоянно загруженных линий электропередачи и дополнительной ступени напряжения. Не менее важной причиной увеличения уровня потерь электроэнергии является старение распределительных сетей и, как следствие, снижение технико-экономических показателей. Это связано с тем, что такие сети строились со стремлением к минимуму капитальных вложений и не соблюдались все требования к снижению потерь. Все это, влияет на существующий сегодня уровень потерь электроэнергии в системах электроснабжения страны.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1 Концепция развития активно-адаптивной сети
1.1 Потери электрической энергии в электрических сетях

Увеличение численности населения, уровня и качества его жизни, а также стремительные темпы развития различных отраслей промышленности, прямо или косвенно связанных с потреблением электрической энергии, приводят повсеместно к повышению потребления электрической энергии.
В соответствии с данными, предоставленными компанией Enerdata мировое потребление электроэнергии с 1990 по 2020 год увеличилось в 2,29 раза [1]. На сегодняшний день компания Enerdata является одной из крупнейших независимых информационно-консалтинговых компаний, областью исследований которой являются энергетические отрасли промышленности в международном масштабе и рынок квот на эмиссию углерода. В свою очередь электропотребление по Единой энергетической системе Российской Федерации с 2008 по 2023 год увеличилось на 10 % [38, 39].
Основные задачи и пути развития энергетики Российской Федерации определены рядом нормативных документов Правительства Российской Федерации:
Распоряжением Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р «Энергетическая стратегии Российской Федерации на период до 2035 года» критерием повышения эффективности энергетического комплекса определен уровень потерь электрической энергии в электрических сетях [2].
Распоряжением Правительства РФ от 03 апреля 2013 № 511-р (ред. от 29 ноября 2017 г.) «Об утверждении Стратегии развития электросетевого комплекса Российской Федерации» в главе 3 «Организация максимально эффективной и соответствующей мировым стандартам сетевой инфраструктуры» установлено, что повышение операционной эффективности неразрывно связано с реализацией мероприятий, направленных на снижение потерь электрической энергии при ее передаче по электрическим сетям [3].
Постановлением Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. № 321 (ред. от 12 декабря 2022 г.) утверждена государственная программа Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики» [4]. Программой определены цели государственной политики в области энергетики. При этом одной из проблем названы: «высокие потери в электрических сетях, неоптимальная загрузка генерирующих мощностей в Единой энергетической системе России», что так же подтверждает необходимость поиска решения отмеченной выше проблемы [4].
В электрических системах расчет и анализ потерь производится на основе схемы замещения элементов, представляющей собой эквивалентную схему соединенных в цепь сопротивлений и проводимостей.
При расчете линий электропередач в общем случае применяют упрощенные Т- и П-образные схемы замещения со сосредоточенными параметрами. Представим П-образную схему замещения (рисунок 1.1).
Полное сопротивление линии находится по формуле, Ом:

Z ?_w=R_w+jX_w, (1.1)

где Rw – активное сопротивление линии электропередач, Ом;
Xw – реактивное сопротивление линии электропередач, Ом.


Рисунок 1.1 – П-образная схема замещения линии

Схема замещения двухобмоточного трансформатора представлена на рисунке 1.2.
Полное сопротивление трансформатора находится по формуле, Ом:

Z ?_т=R_т+jX_т, (1.2)

где Rт, Xт – активное и реактивное сопротивление трансформатора, Ом.



Рисунок 1.2 – Схема замещения двухобмоточного трансформатора

Снижение потерь электрической энергии является важным показателем для развития экономики России. По минимальным экспертным оценкам, потенциал снижения потерь электроэнергии в сетях России находится в пределах 15–25 млрд. кВт?ч/год [5]. Для стран с устойчивой экономикой международные специалисты считают приемлемыми потери в электросетях в диапазоне 4-5 %. При этом предельный уровень потерь с учетом всех факторов и особенностей транспортировки обозначен в 10 % [6]. При более высоких значениях потерь в сети высока вероятность присутствия коммерческих потерь. Подробнее познакомимся с терминологией потерь электрической энергии.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Статистический ежегодник мировой энергетики 2020 // Enerdata. URL [Электронный ресурс] – Режим доступа : https://yearbook.enerdata.ru
2. Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года: распоряжение Правительства Российской Федерации от 9 июня 2020 г. № 1523-р.
3. б утверждении Стратегии развития электросетевого комплекса Российской Федерации: распоряжение Правительства Российской Федерации от 3 апреля 2013 г. № 511-р (ред. от 29 ноября 2017 г.).
4. Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики»: постановление Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2014 г. № 321 (ред. от 12 декабря 2022 г.).
5. Воротницкий В. Э. Системное решение ключевых проблем электроэнергетики России требует активного участия государства // Энергоэксперт. 2020. № 4. С. 25. EDN: ORLFSR.
6. Шведов Г. В., Сипачева О. В., Савченко О. В. Потери электроэнергии при ее транспорте по электрическим сетям: расчет, анализ, нормирование и снижение. Москва: Издат. дом МЭИ, 2013. 424 с. ISBN 978-5-383-00832-4.
7. ASUTPP: заметки электрика [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.asutpp.ru.html
8. Воротницкий В.Э. Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях: динамика, структура, методы анализа и мероприятия [Текст] / В.Э. Воротницкий // Энергосбережение. - 2005 - №2.-С. 2-6.
9. Могиленко А.В. Снижение потерь электроэнергии: Российские реалии // Новости ЭлектроТехники. 2015. № 2(92). С. 48–51.
10. Герасименко А. А. Передача и распределение электрической энергии: учеб.пособие / А. А. Герасименко, В. Т. Федин. 4-е изд., стер. Москва: КНОРУС, 2006. 808 с.
11. Постановление Правительства РФ от 27.12.2004 N 861 (ред. от 12.04.2024) "Об утверждении Правил недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг, Правил недискриминационного доступа к услугам по оперативно-диспетчерскому управлению в электроэнергетике и оказания этих услуг, Правил недискриминационного доступа к услугам коммерческого оператора оптового рынка и оказания этих услуг и Правил технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям".

Весь текст будет доступен после покупки