АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОМПЕНСАЦИИ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

ВВЕДЕНИЕ

Цель компенсации РМ неодинакова при проектировании и эксплуатации электрических сетей. Минимизация общих затрат на новое строительство при проектировании  систем в электроэнергетике достигается путем компенсации РМ, которая в свою очередь  снижает потоки реактивной мощности, которые протекают  по разным элементам сети, а при эксплуатации систем целью КРМ является качественное обеспечение электроэнергией потребителей при минимальных потерях мощности и высокой надежности.

Мероприятия по компенсации реактивной мощности направлены на решение экономической и балансовой задачи, а так же на задачу регулирования напряжения . Исключение в системе недостатка РМ достигается путем решения балансовой задачи, что в свою очередь помогает достичь нужное напряжение на генераторах в электрических станциях. Снижение недостатка РМ так же помогает в регулировании напряжения в центрах питания.   Экономическая же задача является задачей оптимизационной.

Различия методик КРМ заключаются в постановке и условиях решаемой задачи, виде целевой функции, количестве критериев оптимизации, типа используемых исходных данных, способах поиска решения.

Несмотря на различия в подходах к проведению КРМ, основные технические ограничения, используемые при её решении, всегда включали в себя следующие неравенства :

где ,  – пределы потребляемой (вырабатываемой) РМ рассматриваемого устройства;

– фактическое значение РМ, полученное при её оптимизации.

где  ,  – максимальное и минимальное значения напряжения;

 – фактическое значение напряжения.

где  – фактическое значение коэффициента мощности в сети;

 – допустимое значение коэффициента мощности в сети.

При наличии в рассматриваемой сети нескольких источников реактивной мощности необходимо решение задачи оптимального распределения реактивной мощности между ними для снижения суммарных затрат, то есть совместное решение балансовой и экономической задач КРМ.

 Ф.Ф. Карпов в своем справочнике предложил метод КРМ для распред сетей, его методика основана на сведении к минимуму суммарных затрат на передачу  и производство РМ в рассматриваемом узле при максимальной нагрузке  , в котором оптимальное значение целевой функции определяется методом неопределённых множителей Лагранжа с ограничениями в виде баланса РМ в рассматриваемом узле. Этот подход подразумевает, что синхронные компенсаторы ,генераторы, группы синхронных двигателей и установки конденсаторных батарей могут быть источника РМ. А они в свою очередь могут принадлежать разным собственникам и использование такого подхода невозможно без учета финансовых интресов каждого из них.

Помимо этого, данный подход направлен на решение задачи доставки РМ до конкретного узла, а не на распределение РМ оптимально  в сети. Данный метод так же не учитывает потери мощности в самих КУ, что делает его не точным.

В учебнике ВениковаВ. А. "Оптимизация режимов электростанций и энергосистем"- управление потоками РМ для основных сетей электроэнергетической системы также выполняется с помощью метода неопределённых множителей Лагранжа для случая относительной независимости выработки РМ от стоимости на топливо для электростанций.

В учебнике Гамм  А. 3 "Адресность передачи активных и реактивных мощностей в ЭС" рассмотрен  учёт стоимости активной мощности в различных узлах, но крупные потребители электрической энергии в России оплачивают активную энергию с учётом повышающих или понижающих коэффициентов к тарифу в зависимости от соотношения потребляемой активной и реактивной мощности, а услуги по выработке РМ осуществляются электрическими станциями на конкурсной основе. Следовательно такой способ может не дать нужных результатов , если использовать метода aдресности не по назначению, а для перераспределения потоков РМ в сети.

Системный подход в классической постановке задачи поиска мест установки и мощности компенсирующих устройств, который применил Ю.С. Железко, дает возможность оценить эффективность КРМ более точно

В качестве целевой функции используются приведённые затраты, которые в свою очередь делятся на:

• затраты на электростанции системы, связанные с производством РМ
• затраты на электрические сети, обусловленные передачей РМ
• затраты на компенсирующие устройства.

Задача решается в детерминированной постановке, она не учитывает характер с которой изменяется нагрузка, В связи с этим возможно что решение выйдет из оптимальной области. Оптимизацию целевой функции предложено выполнять градиентным методом, используя при этом РМ в режимах когда нагрузки максимальны, а при выборе нерегулируемых КУ – средние значения РМ. Оценка эффективности  и оптимизационный алгоритм КУ основана на эффекте снижения потерь активной мощности. Но исходя только из режима максимальных нагрузок, нельзя оптимизировать все складывающиеся режимы в рассматриваемой схеме на различных интервалах времени. Зато для условий эксплуатации этот метод дает возможность подготовить исходные данные.

Метод потенциалов затрат, описанный Колесниковым  С. А.в учебнике  "Алгоритм расчёта оптимального размещения компенсирующих устройств в сложных энергосистемах", подразумевает поиск оптимального места и мощности КУ путём минимизации затрат, состоящих из трёх составляющих:

• затраты на потери ЭЭ
• затраты на генерацию РМ существующими источниками
• затраты па дополнительные компенсирующие устройства.

Дифференциал рассматриваемой части затрат по РМ узла назван потенциалом затрат. Условие минимума функции приведённых затрат определяется с помощью частных производных по основным переменным. Дополнительная установка КУ считается целесообразной если стоимость установки КУ в разы меньше, полученной прибыли от ее установки.

При моделировании используются Реактивные нагрузки узлов и активные сопротивления ветвей используются при моделировании. Сравнение составляющих потенциалов затрат для узла позволяет определить наиболее приемлемый источник реактивной мощности. Данный подход достаточно эффективен при детерминированной постановке и зарекомендовал себя для сетей одного собственника – государства.

Таким образом, все рассмотренные методы компенсации реактивной мощности в качестве целевой функции используют приведённые затраты, которые в свою очередь в зависимости от области применения и предложенного метода включают такие параметры как стоимость КУ, потери активной и реактивной мощности в электрической сети, пропускную способность элементов сети, отклонения напряжений, надбавки за сверхнормативное потребление реактивной мощности и ее стоимость генерации. Использование приведённых затрат в качестве целевой функции абсолютно обосновано, и при разработке методики КРМ должны использоваться именно они, но в свою очередь составляющие должны отвечать современным условиям функционирования электроэнергетики в Российской Федерации.

Все авторы подтверждают многогранность воздействия КРМ на электрическую сеть, но при этом большинство из них показывают наиболее приемлемое решение по величине снижения потерь мощности и энергии.

Список литературы:

1. Карпов, Ф. Ф. Компенсация реактивной мощности в распределительных сетях / Ф. Ф. Карпов. -М. : Энергия, 1975. - 184 с.
2. Веников, В. А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем: Учебник для вузов / В. А. Веников, В. Г. Журавлев, Г. А. Филиппова. —М.: Энергоиздат, 1981 г. —464с.
3. Гамм, А. 3. Адресность передачи активных и реактивных мощностей в электроэнергетической системе / А. 3. Гамм, И.И. Голуб // Электричество-2003.