Управление мощностью регулируемых конденсаторов в электрических сетях по критерию минимума потерь энергии

Цель – управление передаваемой реактивной мощностью в электрических сетях с помощью регулируемой конденсаторной батареи по критерию минимума потерь энергии при различных годовых графиках реактивной нагрузки и разном числе регулировочных секций. Основные теоретические соотношения и выводы получены методами математического моделирования и интегрального исчисления с использованием элементов теории оптимального управления. Оценка степени влияния мощности и числа секций конденсаторной батареи на потери энергии в сети производилась с помощью вычислительных экспериментов. Получены выражения для собственных потерь энергии в конденсаторной батарее, а также для снижения потерь энергии в сети, справедливые при линеаризованных графиках нагрузки. Показано, что зависимости собственных потерь энергии в конденсаторной батарее и снижения потерь в сети от мощности секции имеют точки излома и проходят через максимум. Наличие точек излома обусловловлено изменением числа секций конденсаторной батареи, работающих в течение всего года. Прохождение зависимостей через максимум объясняется тем, что при повышении мощности конденсаторной батареи уменьшается время работы при полном числе регулировочных секций. Установлено, что батареи статических конденсаторов с двумя регулировочными секциями позволяют снизить потери энергии на передачу реактивной мощности на 90% и более. Для трех- и четырехсекционных батарей статических конденсаторов снижение потерь приближается к 100%. Процент снижения потерь энергии возрастает при увеличении степени заполнения годового графика реактивной нагрузки. Для снижения потерь энергии в электрической сети требуются конденсаторные батареи с числом регулировочных секций не более трех-четырех, а в большинстве случаев достаточно двух секций.

1. Бигун А. Я., Гиршин С. С., Петрова Е. В., Горюнов В. Н. Учет температуры проводов повышенной пропускной способности при выборе мероприятий по снижению потерь энергии на примере компенсации реактивной мощности // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. С. 212.

2. Михеев Г. М., Атаманов М. Н., Афанасьева О. В., Дрей Н. М. О компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения с косинусными конденсаторами // Электротехника. 2019. № 4. С. 32–41.

3. Girshin S. S., Bigun A. Ay., Ivanova E. V., Petrova E. V., Goryunov V. N., Shepelev A. O. The grid element temperature considering when selecting measures to reduce energy losses on the example of reactive power compensation // Przeglad Elektrotechniczny. 2018. Vol. 94. № 8. P. 101–104. https://doi.org/10.15199/48.2018.08.24.

4. Железко Ю. С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергоиздат, 1981. 200 с.

5. Арион В. Д., Каратун В. С., Пасинковский П. А. Компенсация реактивной мощности в условиях неопределенности исходной информации // Электричество. 1991. № 2. С. 6–11.

6. Ильяшов В. П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. М.: Энергоиздат, 1983. 152 с.

7. Воротницкий В. Э., Жабин К. В., Колибаба В. И. Сравнительный анализ управления реактивной мощностью на электроэнергетических рынках зарубежных стран и России // Электрические станции. 2020. № 5. С. 8–19.

8. Петухов Р. А., Сизганова Е. Ю., Сизганов Н. В., Филатов А. Н. К вопросу автоматизации управления потоками реактивной мощности в системах электроснабжения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 7. С. 123–146. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-7-123-146.

9. Насыров Р. Р., Альдженди Р. Выбор емкости конденсатора активного фильтра и метода управления его контроллером // Электротехника. 2020. № 1. С. 51–55.

10. Воротников И. Н., Мастепаненко М. А., Габриелян Ш. Ж., Шунина А. А. Модифицированный алгоритм управления компенсатором реактивной мощности для нестационарных нагрузок // Электротехника. 2019. № 3. С. 11–14.

11. Трубицин М. А., Микаэльян Е. Ю. Расчет удельных приростов потерь при оптимизации реактивных мощностей в сложной электросети // Инженерный вестник Дона. 2019. № 6. С. 41.

12. Шпиганович А. Н., Рычков А. В. Оптимизация компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения со специфичной нагрузкой // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016. № 1. С. 28–32.

13. Арион В. Д., Журавлев В. Г., Ставровский А. Н. Оптимизация выбора источников реактивной мощности в электроэнергетических системах. М.: Изд-во ВИНИТИ, 1984. 63 с.

14. Home-Ortiz J. M., Vargas R., Macedo L. H., Romero R. Joint reconfiguration of feeders and allocation of capacitor banks in radial distribution systems considering voltage-dependent models // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2019. Vol. 107. P. 298–310. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.11.035.

15. Gonzalo G., Aguila A., Gonzalez D., Ortiz L. Optimum location and sizing of capacitor banks using VOLT VAR compensation in micro-grids // IEEE Latin America Transactions. 2020. Vol. 18. Iss. 3. P. 465–472. https://doi.org/10.1109/TLA.2020.9082717.

16. Abdelhady S., Osama A., Shaban A., Elbayoumi M. A Real-time optimization of reactive power for an intelligent system using genetic algorithm // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 11991–12000. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2965321.

17. Fetouh T., Elsayed A. M. Optimal control and operation of fully automated distribution networks using improved tunicate swarm intelligent algorithm // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 129689–129708. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3009113.

18. Muhammad Ya., Khan R., Raja M. A. Z., Ullah F., Chaudhary N. I., He Yigang. Solution of optimal reactive power dispatch with FACTS devices: a survey // Energy Reports. 2020. Vol. 6. P. 2211–2229. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.07.030.

19. Saddique M. Sh., Bhatti A. R., Haroon Sh. S., Sattar M. K., Amin S., Sajjad I. A., et al. Solution to optimal reactive power dispatch in transmission system using metaheuristic techniques – Status and technological review // Electric Power Systems Research. 2020. Vol. 178. P. 106031. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2019.106031.

20. Гиршин С. С., Горюнов В. Н., Шепелев А. О. Оптимальное управление конденсаторными батареями в распределительных сетях // Ученые Омска – региону: матер. II Регион. науч.-техн. конф. (г. Омск, 6–7 июня 2017 г.). Омск: Изд-во ОмГТУ, 2017. С. 75–79.

21. Гиршин С. С., Горюнов В. Н., Ширяев А. С., Коваленко Д. В. Выбор конденсаторных батарей в электрических сетях с учетом отключения при малых нагрузках // Промышленная энергетика. 2019. № 12. С. 12–18.