Оцінка впливу джерел розосередженої генерації на втрати електричної енергії в розподільних мережах

 

Застосування критерію мінімуму втрат потужності при виборі місць розміщення джерел розосередженої генерації представляється доцільним, у першу чергу, коли передбачається його використання протягом обмеженого часу, наприклад, у період максимальних навантажень енергосистеми. Разом із тим, з огляду на добову зміну навантажень окремих вузлів мережі, їхня неоднорідність, а також те, що джерело розосередженої генерації може використатися тривалий час, умова (3.6), у загальному випадку, не гарантує, що отримане рішення будуть забезпечувати мінімум втрат електроенергії. Зокрема, це може мати місце, якщо вибір точки підключення здійснюється на основі аналізу режиму максимальних навантажень. Логічно припустити, що при значних добових змінах навантажень і постійній потужності джерела генерації, різним режимам будуть відповідати різні рішення щодо оптимального місця його підключення, прийняті на основі (3.6). При цьому ступінь розсіювання рішень залежить від характеру графіків електричних навантажень окремих вузлів мережі.

Повернемося до розгляду ідеалізованої лінії електричної мережі (Рисунок 3.1). Визначимо координати точки підключення джерела розосередженої генерації, у припущенні, що він працює з постійним навантаженням (I_d) протягом періоду часу T.

Втрати електроенергії за зазначений період обчислюються так:

, (3.15)

 

Визначимо умову, при якій забезпечується мінімум втрат енергій.

 

, (3.16)

, (3.17)

, (3.18)

Вважаючи, що коефіцієнт потужності і напруга на шинах трансформаторних підстанцій змінюються не суттєво протягом розглянутого періоду часу Т (наприклад, доби), вираз (3.18) можна представити у вигляді:

, (3.19)

, (3.20)

Отже, оптимальне розміщення точки підключення джерела генерації залежить від значень електроенергії, яку воно генерує, та від величини електроспоживання у вузлах навантаження. За аналогією з (3.6) можна сформулювати умову вибору місця підключення джерела: джерело розосередженої генерації (W_d) необхідно встановити в першому k (k=1, …,n) вузлі навантаження, для якого виконується умова:

 

, (3.21)

де – обсяг електроенергії, виробленої джерелом за час Т;

- сумарне електроспоживання за час Т у вузлах навантаження, що розташовані за точкою (k) підключення джерела розосередженої генерації.

Розглянемо ділянку мережі, яка змодельована методом імовірнісного моделювання (рисунок 3.15). Лінія має сім вузлів навантаження, кожен з яких характеризується чотириступінчатим добовим графіком навантаження. Параметри лінії наведені в таблиці 3.4.

 

 

Рисунок 3.15 Лінія розподільчої мережі

 

Таблиця 3.4 - Параметри розподільчої лінії

 

Ступені добового графіка навантаження	І1, А	І2, А	І3, А	І4, А	І5, А	І6, А	І7, А
І	5,54	11,06	10,54	8,29	10,1	6,59	7,79
ІІ	13,87	10,81	12,81	7,53	10,23	10,1	8,12
ІІІ	11,99	12,3	6,26	7,31	10,6	6,74	6,41
ІV	11,2	9,96	13,98	7,53	8,82	7,99	5,86

 

Добове споживання електричної енергії в кожному вузлі за умови сталого значення cosφ можна визначити за формулою:

, (3.22)

де U_Н=10 кВ – номінальна напруга на шинах високої напруги трансформатора;

cosφ – коефіцієнт потужності, який приймемо рівним 0,92

Т_і – тривалість і -тої ступені графіка навантаження, в нашому випадку Т_і =6 годин;

І_і – нантаження трансформаторної підстанції протягом Т_і годин.

Таким чином, згідно (3.22) маємо

Споживання електричної енергій у вузлах навантаження „змодельованої” лінії становить:

кВт·год.

кВт·год.

кВт·год.

кВт·год.

кВт·год.

кВт·год.

кВт·год.

На Рисунку 3.16 представлені значення споживання електроенергії на окремих ділянках лінії

Рисунок 3.16 Розподіл електроспоживання по ділянкам лінії

 

 

В Таблиці 3.5 представлені результати визначення вузла розміщення джерела розосередженої генерації з точки зору мінімума втрат електричної енергії для десяти значень струмових ін’єкцій.

 

Таблиця 3.5 - Результати визначення оптимального вузла розміщення джерела розосередженої генерації

 

Номер розрахунку	Величина генерації Іd, А	Об`єм генераціїWd, кВт·год	Wd/2, кВт·год	Номер вузла згідно (3.21)	Номер вузла згідно з прямим розрахунком
		4857,6	2428,8
	31,2	6888,96	3444,48
	36,6	8081,28	4040,64
	7,13	1574,304	787,152
		4636,8	2318,4
	15,3	3378,24	1689,12
	43,32	9565,056	4782,528
	16,13	3561,504	1780,752
	39,84	8796,672	4398,336
	37,74	8332,992	4166,496

 

Аналогічно було проведено сто розрахунків для різних варіантів ліній розподільчої мережі, отриманих моделюванням. Проведені розрахунки показали, що визначений в процесі визначення втрат електроенергії оптимальний вузол встановлення джерела розосередженої генерації у всіх випадках співпадає з номером вузла, визначеним відповідно до формули (3.21). Це свідчить про те, що зазначена формула може бути використана для вибору оптимальної точки підключення джерела генерації з метою мінімізації втрат електричної енергії.

Безпосереднє використання критерію (3.21) у розгалужених розподільних мережах не представляється можливим. Конструктивним підходом тут може служити представлення розгалуженої мережі кількома еквівалентними лініями, за аналогією з Рисунком 3.13. Однак і у цьому випадку, з огляду на те, що показник (3.21) носить винятково індикативний характер, і його кількісне значення не відображає ступінь зниження втрат електроенергії при установці джерела розосередженої генерації в певному вузлі мережі, він може бути використаний лише для визначення альтернативних рішень. При цьому кількість одержуваних альтернатив відповідає числу сформованих еквівалентних схем мережі. Єдиним виходом тут є безпосередня кількісна оцінка зміни втрат електроенергії, обумовлена використанням розосередженої генерації за заданий проміжок часу Т.

У випадку використання додаткового джерела генерації, що працює з постійною потужністю протягом періоду часу Т, маємо

, (3.23)

, (3.24)

Прийнявши допущення про відносну ідентичність значень напруги і коефіцієнтів потужності для вузлів навантаження і їх незначну мінливість протягом часу, розрахунок зміни втрат електроенергії можна виконати на основі даних про електроспоживання за розрахунковий період.

, (3.25)

, (3.26)

де W_i – електроспоживання вузла навантаження i за час Т,

W_j – сума електроспоживання за час Т вузлів навантаження, що одержують живлення по ділянці мережі j,

W_d – енергія, яка генерується в мережу джерелом розосередженої генерації за час Т,

означає, що при підсумовуванні враховуються перетоки електроенергії за час Т по всіх ділянках, які одночасно лежать на шляху живлення вузлів i та d.

Очевидно, що величину W_j зручно обчислювати попередньо визначивши потокорозподілення, сформоване зі значень електроспоживання окремих вузлів навантаження лінії розподільної мережі. Використання наведених формул дає можливість остаточного визначення вузла, де є доцільним використання джерела розосередженої генерації з певними параметрами з точки зору мінімізації втрат електричної енергії в лінії розподільчої мережі.