Використання джерел розосередженої генерації у розподільчих лініях з відгалуженнями

 

Будь-яка розгалужена мережа може бути представлена у вигляді декількох еквівалентних магістральних ліній. Для кожної магістральної лінії, в загальному випадку, існує своє оптимальне місце розміщення джерела розосередженої генерації, яке визначається відповідно до формули (3.6), при якому спостерігаються найнижчі втрати потужності та електроенергії.

Слід зазначити, що в процесі перетворення розгалуженої лінії в еквівалентні схеми, більш-менш рівномірний розподіл навантажень за рахунок відгалужень стає неоднорідним, що може викликати певну похибку в визначенні оптимального місця розміщення джерела розосередженої генерації при використанні емпіричної формули.

Для необхідних досліджень використаємо програму імовірнісного модулювання. Текст програми наведений в Додатку, а інтерфейс представлений на Рисунку 3.9. В основу роботи програми покладено моделювання випадкових величин із заданим законом розподілу.

Для моделювання топології мережі в першу чергу потрібно задати діапазон зміни кількості вузлів головної магістралі. Якщо N – це кількість вузлів на магістралі (розподільчих трансформаторів), то кількість відгалужень лінії може буде не більше, ніж N/3. Також прийнято, що загальна кількість вузлів навантаження на відгалуженнях не перевищує N/2. Обов’язковими вихідними даними також є діапазон зміни опорів ділянок мережі, діапазон зміни навантажень у вузлах, номінальна напруга та кількість ступенів графіка навантаження.

Приймаємо, що навантаження трансформаторних підстанцій будуть змінюватись у діапазоні 3…15 А, а опори ділянок повітряних лінії, які з`єднують окремі підстанції знаходяться в межах 0,1…0,5 Ом. На даному етапі будемо вважати, що графік навантаження одноступінчатий, кількість вузлів на основній магістралі змінюється випадковим чином від 3 до 8.

На основі вище вказаних даних генерується розподільча лінія певної структури (рисунок 3.10)

 

 

Рисунок 3.9 Інтерфейс програми імовірнісного моделювання

 

Дана програма передбачає можливість зберігання та наступного використання раніше змодельованих варіантів розподільчих ліній. Для цього передбачений режим “Загрузка базы”, який дозволяє або згенерувати нову базу даних, або завантажити вже існуючий варіант лінії.

Наступним кроком роботи програми є відображення змодельованої лінії. При цьому відображається кількість розподільчих трансформаторів на магістралі, а також число відгалужень.

Приклад змодельованої таким чином лінії наведений на рисунку 3.10. В цьому випадку магістраль складається з восьми розподільчих трансформаторів, причому в місці встановлення третього та четвертого розподільчих трансформаторів приєднуються відгалуження. Кожне відгалуження має два вузли навантаження.

 

 

Рисунок 3.10 Приклад моделювання лінії з відгалуженнями

 

Графічний вигляд лінії, отриманої на основі імовірнісного моделювання, представлений на Рисунку 3.11.

 

 

 

Рисунок 3.11 Лінія з відгалуженнями

 

Далі здійснюється моделювання параметрів джерела генерації. Для цього необхідно задатися діапазоном його потужності та числом розрахунків, в процесі яких для промодельованої лінії випадковим чином буде замінюватись величина струмової ін’єкції з боку джерела розосередженої генерації. Важливо зауважити, що максимальна величина струмової ін’єкції не повинна перевищувати навантаження основної ділянки мережі. Це необхідно для того, щоб виключити можливість перетоків потужності у живлячи мережі.

Після введення всіх необхідних даних відбувається підрахунок втрат потужності. Для кожного варіанту величини струмової ін’єкції з боку джерела розосередженої генерації обчислюються потокорозподіл і сумарні втрати потужності, розглядаючи по черзі підключення джерела генерації до всіх розподільчих трансформаторів. Це дозволяє шляхом безпосередніх розрахунків визначити місце встановлення джерела, що забезпечує мінімум сумарних втрат потужності в мережі для кожного зі змодельованих у такий спосіб варіантів.

Результати розрахунків представлені у вигляді таблиць (Рисунок 3.12). В першій таблиці представлені обчислені втрати потужності при різноманітних величинах генерації. В другій таблиці приведені вузли оптимального місця розміщення джерела розосередженої генерації.

 

 

Рисунок 3.12 Результати моделювання режимів у лінії з відгалуженнями

 

 

Для прикладу розглянемо розгалужену лінію, яка представлена на рисунку 3.11.

Опори ділянок мережі представлені в таблиці 3.2

 

 

Таблиця 3.2 - Опори ділянок розподільчої лінії

 

Номер ділянки мережі	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	3-11	11-12	4-9	9-10
Опір, Ом	0,22	0,26	0,47	0,28	0,48	0,12	0,35	0,17	0,39	0,31	0,4	0,1

 

 

Для використання формули (3.6) необхідно розгалужену мережу представити у вигляді кількох еквівалентних магістральних схем. Еквалентування здійснюється відносно кінцевих точок А, В, С, в результаті чого отримуємо три магістральні схеми, які показані на Рисунку 3.13

Оскільки лінії, представлені на рисунку 3.13 є магістральними, до них можна застосовати формулу (3.6) для визначення оптимального місця розміщення джерела розосередженої генерації.

В таблиці 3.3 надані результати визначення вузла оптимальності для двадцяти різних струмових ін’єкцій з боку джерела розосередженої генерації.

Рисунок 3.13 Еквіваленти розподільчої мережі з відгалуженнями

 

 

Таблиця 3.3 - Визначення оптимального вузла розміщення джерела розосередженої генерації

Номер розрахунку	Величина генерації Іd, А	Іd/2, А	Номер вузла визначеного згідно (3.6) для еквівалентних схем	Номер вузла визначеного згідно з розрахунком	Втрати потужності ∆Р, кВт
А	В	С
	19,19	9,59					17,86
	1,58	0,79					29,11
	40,78	20,39					9,21
	63,28	31,64					5,01
	85,98	42,99					3,67
	12,82	6,41					21,42
	50,62	25,31					6,38
	97,08	48,54					4,22
	7,64	3,82					24,73
	36,41	18,2					10,58
	69,57	34,78					4,5
	90,86	45,43					3,8
	85,44	42,72					3,66
	73,54	36,77					4,11
	65,88	32,94					4,86
	89,07	44,53					3,73
	70,56	35,28					4,39
	46,33	23,16					7,7
	28,81	14,4					13,46
	26,23	13,11					14,56

Аналогічно проведено сто розрахунків для різних варіантів топології мережі, побудованих випадковим чином. Розрахунки показали, що визначений в процесі розрахунку оптимальний вузол встановлення джерела генерації у всіх випадках знаходиться серед вузлів оптимальності, які визначені для кожної еквівалентної магістральної мережі за формулою (3.6).

Таким чином, за формулою (3.6), використовуючи сформовані еквівалентні схеми мережі, можна значною мірою скоротити число альтернативних варіантів для пошуку оптимального рішення. Однак, для остаточного прийняття рішення при аналізі розгалужених мереж з довільною конфігурацією, неоднорідними навантаженнями й опорами ділянок потрібен більш точний і формалізований аналіз. Розглянемо схему рисунку 3.14.

Рисунок 3.14 Фрагмент лінії розподільчої мережі із джерелом розосередженої генерації.

 

Сумарні втрати потужності в представленій лінії без джерела розосередженої генерації, визначаються наступним чином (3.7):

,

(3.7)

Нехай у вузлі 3 встановлене джерело генерації, що забезпечує струмову ін'єкцію (I_d) у мережу. Сумарні втрати потужності дорівнюватимуть:

, (3.8)

 

Зниження втрат за рахунок використання джерела розосередженої генерації складе:

;

(3.9)

.

(3.10)

 

На підставі отриманих результатів можливо в загальному вигляді визначити зниження втрат потужності пов’язане з використанням джерела розосередженої генерації:

, (3.11)

Після визначення потокорозподілення формула (3,11) приймає вигляд:

, (3.12)

, (3.13)

де означає, що розглядаються тільки ті ділянки лінії, які одночасно лежать на шляху живлення вузлів навантаження i й d; d – вузол установки джерела розосередженої генерації; I_d – ін'єкція джерела розосередженої генерації в мережу; N – кількість вузлів навантаження; M – кількість ділянок мережі;

, (3.14)

Всі запропоновані вище формули дозволяють адекватно визначити величину зниження втрат потужності при певному розташуванні джерела розосередженої генерації.