Алгоритм оценки потерь электроэнергии в системах автоматизации процессов энергопотребления |
Оморов Туратбек Турсунбекович / Omorov Turatbek Nursunovich – доктор технических наук, профессор, Национальная академия наук, Кыргызская Республика; Закиряев Кубанычбек Эсейович / Zakiriaev Kubanychbek Eseiovich – старший преподаватель, кафедра математики и информатики, Иссык-Кульский государственный университет, Кыргызская Республика Аннотация: предлагается алгоритм оценки технических и коммерческих потерь электроэнергии в реальном масштабе времени в сети с помощью автоматизированной информационно-управляющей системы. Ключевые слова: автоматизированная информационно-управляющая система электропотребления, потери электроэнергии, концентратор данных. Система контроля и управления процессами электропотребления (СКУЭ) является одной из важных составных частей энергетического комплекса страны. Как известно, существующая СКУЭ по уровню технического оснащения, использованию новых технологий, эффективности контроля и управления и функциональным возможностям не отвечает современным требованиям [1,2]. Особенно это касается нижнего уровня – уровня распределительных электрических сетей (РЭС) 0,38 кВ, где производится отпуск электроэнергии потребителям как товарной продукции. В результате эксплуатация такой системы сопровождается рядом негативных последствий: - сверхбольшими потерями электроэнергии (порядка миллиарда кВт час в год); - наличием в системе коррупционных схем; - отсутствием оперативности при учете и контроле отпускаемой энергии; - трудностями при составлении энергетического баланса; - отсутствием средств идентификации несанкционированного отбора электроэнергии; - большим объем дебиторской задолженности потребителей (сотни миллионов сомов). Указанные факты свидетельствуют, что сегодня в энергетической отрасли одной из актуальных проблем является проблема модернизации существующей СКУЭ. В связи с этим в течение ряда последних лет в НАН КР ведутся научные исследования и разработки, направленные на решение указанной проблемы. Так, к настоящему времени разработаны научно-технические решения по созданию автоматизированной информационно-управляющей системы энергопотребления (АИУСЭ) в РЭС. Создан ряд новых технологий для использования в составе этой системы [2,3,4]. Данная статья направлена на решение одной из указанных проблем, связанной с оценкой технических и коммерческих потерь электроэнергии в реальном масштабе времени в сети с помощью АИУСЭ. Для определенности рассмотрим нижний уровень системы передачи и распределения электроэнергии от генерирующих станций до потребителей, т.е. объектом исследования являются распределительные электрические сети (РЭС) 0,38 кВ. Обобщенная структура некоторой РЭС показана на рис.1. Она включает N локальных электрических сетей (ЛЭС), каждая из которых объединяет трансформаторную подстанцию (ТП), группу из n потребителей (ГП) и межабонентские участки (МАУ) передачи электроэнергии. Рис.1. Обобщенная структура РЭС В целях конкретизации задачи рассмотрим схему замещения некоторой ЛЭС, которая приведена на рис.2. При этом, межабонентские участки, представляющие длинные линии, в первом приближении заменены элементами с сосредоточенными параметрами – активными сопротивлениями.
Здесь приняты следующие обозначения: U0 = U0(t) – действительное значение напряжения на выбранной фазе на выходе ТП в момент времени t; I0 = I0(t) – действительное значение тока в фазном проводе на входе ЛЭС в момент времени t; Zn – нагрузка n – го абонента (An), ; In= In(t) – значение тока в момент времени t, протекающего через нагрузку ZnабонентаAn; Un= Un(t) – падение напряжения на нагрузке Zn; rn – активное сопротивлениеn-го межабонентского участка (МАУv) сети, т.е. линии между абонентами AnиAn+1; иn= иn(t) – падение напряжения на сопротивлении rn. Далее предполагается, что величины напряжений Uv и токов Iv , v= , измеряются с помощью счетчиков электроэнергии (СчЭ) с требуемой точностью. Для оценки общих потерь электроэнергии в ЛЭС введем следующие переменные: WТПi, PТПi– потери энергии в i-ой трансформаторной подстанции (ТПi) и мощность, выделяемая в ней, соответственно; Wn,Pn- потери электроэнергии в n-ом межабонентском участке (МАУv) сети и мощность, выделяемая в нем, соответственно; – суммарные потери энергии в МАУ i-ой ЛЭС. Рассмотрим интервал времени , где t0 и tk – начальный и конечный моменты наблюдения за процессом энергопотребления. Тогда общие потери Wi(T) в i-ой локальной сети (ЛЭСi) за интервал времени T определяются выражением:
где
где – сдвиг фаз между переменными и . Потери мощности и энергии в трансформаторных подстанциях можно определить используя известные методики их расчета [5]. Проблема состоит в нахождении потерь энергии в межабонентских участках локальной сети. Для удобства исследований в работе ЛЭС выделим два режима: 1) нормальный режим, при котором отсутствуют сбои элементов ЛЭС и несанкционированный отбор (хищения) электроэнергии в сети; 2) аномальный режим, характеризирующийся наличием несанкционированного отбора электроэнергии. Особенностью первого режима работы ЛЭС состоит в том, что в ней в каждый момент времени t [t0, tk] с заданной точностью сохраняется равенство между суммарным током абонентов
протекающим через нагрузки Zn, , и величиной тока I0 = I0(t) в соответствующем фазном проводе на выходе трансформаторной подстанции (ТП). Из-за погрешностей измерений и ограниченности разрядов микропроцессора концентратора данных (КД) подсистемы нижнего уровня АИУСЭ точное выполнение равенства (3) может и не достигаться. Поэтому вводится разность: . (4) Тогда в качестве критерия нормальной работы ЛЭС, в частности, можно принять выполнение следующего соотношения: , (5) где - максимально допустимое значение разности . В данном случае в целях достоверности принимаемого решения необходимо провести серию измерений токов I0 и IA каждый раз проверяя выполнения неравенства (5). В качестве альтернативного критерия вместо условия (5) можно использовать соотношение: , (6) где «интегральные токи»
- максимальное допустимое значение разности [], которое должно удовлетворять соотношению T . Значения величин определяются с учетом дискретностью опросов электросчетчиков в моменты с шагом , где m - количество измерений соответствующих переменных. Использование критерия (6) дает возможность принять решения о работе ЛЭС без многократной проверки условия (5). Идея выделения режима нормальной работы ЛЭС дает возможность оценки параметров межабоненстких участков локальной сети (рис.2), а именно активных сопротивлений rn, , в реальном масштабе времени с помощью системы автоматизации нижнего уровня РЭС. Для этой цели в начале определяются падения напряжений иn, , на межабонентских участках используя баланс напряжений в контурах ЛЭС, образованных электрическими линиями соседних потребителей (Zn)и соответствующим межабонентским участком (rn).Для n- го контура «» балансовое соотношение имеет вид (рис.2): Uv= Uv+1 + иn, . (7) Отсюда определяем искомые величины иn = Uv- Uv+1 , . (8) Поскольку, в режиме нормальной работы ЛЭС практически выполняется равенство:
то величина тока inна входе линии между v– м и (v+1) – мабонентами определяется по формуле:
или
При этом i0(t)=I0(t). В результате используя данные по падениям напряжений и токов, определяемых формулами (8) и (10), можно найти величины сопротивлений rn, , межабонентских участков ЛЭС: . (12) Полученные оценки сопротивлений записываются в базу данных концентратора (КД) которые хранятся и непрерывно используются для текущей оперативной оценки технических и коммерческих потерь электроэнергии на межабонентских участках ЛЭС. При этом суммарные потери энергии на межабонентских участках ЛЭС за интервал времени T составит:
Поскольку опрос СчЭ абонентов сети осуществляется в дискретные моменты времени tj, с шагом Δt, потери можно определить приближенно, в частности, используя формулу прямоугольников следующим образом:
Повышение точности оценки достигается путем увеличения частоты опроса СчЭ абонентов и использования более точных методов вычисления определенных интегралов [6]. Таким образом, полученные результаты позволяют провести расчет потерь электроэнергии для всех локальных сетей (ЛЭС), входящих в структуру рассматриваемой распределительной электрической сети (РЭС). Суммарные потери электроэнергии в РЭС при этом определяются формулой:
где – общие потери энергии в i-ой ЛЭС (ЛЭСi), определяемые формулами (1) и (14). На основе полученных результатов построен алгоритм расчета сопротивлений rn, , межабонентских участков локальной сети и потерь электроэнергии, который приведен на рис.3. Здесь предполагается, что разрядная сетка используемого микропроцессора достаточно для вычисления IAс высокой точностью. Следует отметить, что при невыполнении условия (5) принимается решение о том, что в ЛЭС идет несанкционированный отбор электроэнергии. В целях идентификации координат (точек) хищения энергии и расчета соответствующих коммерческих потерь целесообразным является использование алгоритмов, основанных на полученных выше результатах. Они в совокупности дают реальную возможность создания подсистему мониторинга динамики энергопотоков и энергобаланса в РЭС в составе АИУСЭ. Рис.3. Алгоритм расчета потерь энергии в ЛЭС Литература 1. Оморов Т.Т., Сарбанов С.Т., Мухутдинов К.Ш. Актуальные вопросы контроля и учета электроэнергии в Кыргызстане – Научный мир Казахстана, 2007, №3. 2. Оморов Т.Т. Альтернативная автоматизированная информационная система учета, контроля и управления процессами энергопотребления в распределительных электрических сетях Кыргызской Республики – Бишкек, Акыл Тирек, 2013. 3. Оморов Т.Т., Мухутдинов К.Ш., Романчук В.К. Способ обнаружения мест несанкционированного отбора электроэнергии и линии электроснабжений 0,4 кВт // Бюллетень «Интеллектуальная собственность» №5, Бишкек, 2013. 4. Оморов Т.Т., Мухутдинов К.Ш., Романчук В.К. Способ определения энергопотребления // Бюллетень «Интеллектуальная собственность» №12, Бишкек, 2007. 5. Поспелов Г.Э., Сыч Н.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1981. 6. Спиди К., Браун Р., Гудвин Дж. Теория управления (идентификация и оптимальное управление) – М., 1973.
|
Публикация научной статьи. Пошаговая инструкция |
Есть вопрос? Задайте его Вашему персональному менеджеру. Служба поддержки призвана помочь пользователям в решении любых проблем, связанных с вопросами публикации своих работ и другими аспектами работы издательства «Проблемы науки».
КОНТАКТЫ РЕДАКЦИИ
E-mail:
Телефон:
+7(915)814-09-51 (WhatsApp)
В этом разделе публикуются научные статьи наших авторов.