Задание 1. 3 оптимизация потерь электроэнергии в силовых трансформаторах

Для трансформаторов, представленных в задании 1.2, выбрать оптимальный режим распределения нагрузки для минимизации потерь электроэнергии, исходя из условий, что трансформаторы работают не параллельно, а на разные секции шин. Суммарная нагрузка на них указана в таблице 1.3. Определить суммарные потери электроэнергии на трансформаторах в течение года при рассматриваемых вариантах распределения нагрузки и затраты, руб, на оплату данных потерь электроэнергии. Стоимость электроэнергии принять равной 5 руб. Изобразить схему двухтрансформаторной подстанции и описать ее.

Таблица 1.3 – суммарная нагрузка на трансформаторы, % от мощности трансформатора №2

Sнагр – максимальная мощность нагрузки, кВА, Sн2 – мощность трансформатора Т2 (см. задание 1.2), кВА, Т – время использования максимума нагрузки Sнагр, ч/год.

Указания к расчетам:

Данное задание представляет собой оптимизационную задачу, решение которой направлено на минимизацию потерь электроэнергии в силовых трансформаторах. Данная задача возникает на производстве, и ее рациональное решение позволяет экономить значительные средства, являясь эффективным энергосберегающим мероприятием.

Функцией оптимизации в данной задаче является минимум потерь мощности и электроэнергии, который определяется посредством перебора вариантов, заключающихся в различных сочетаниях распределения нагрузки между трансформаторами.

Расчетные выражения:

Определение нагрузки на трансформаторы:

Sнагр = к · Sн(2),

где к – коэффициент (таблица 1.3), показывающий долю мощности трансформатора Т2, которую составляет мощность нагрузки Sнагр.

Задаемся вариантами распределения нагрузки между трансформаторами Т1 и Т2.

Данные варианты можно представить в виде двух матриц Х и Y, которые показывают, соответственно, доли нагрузки, приходящиеся на Т1 и Т2.

Выражение для определения суммарных потерь электроэнергии в трансформаторах при различных вариантах распределения нагрузки между Т1 и Т2 имеет вид:

где ∆Рв11 - суммарные потери электроэнергии в трансформаторах, кВт; Рхх1, Рхх2 – потери холостого хода трансформаторов Т1 и Т2 соответственно, кВт; Х,Y – матрицы, которые показывают, соответственно, доли нагрузки, приходящиеся на Т1 и Т2; Sнагр - мощность нагрузки, кВА; Sн1, Sн2 – номинальные мощности трансформаторов Т1 и Т2 соответственно, кВА; Рк1, Рк2 – потери короткого замыкания трансформаторов Т1 и Т2 соответственно, кВт.

Отметим, что данное выражение не охватывает варианты отключенного состояния Т1 или Т2. Для определения потерь в данных вариантах в указанном выражении необходимо приравнять Рхх и Рк соответствующего трансформатора (который считаем отключенным) к нулю.

Выражение представляет собой коэффициент загрузки соответствующего трансформатора.

В результате решения приведенного выше уравнения получим матрицу ∆Рв11 суммарных потерь мощности в Т1 и Т2. Из нее уже можно вариант с минимальным значением потерь мощности. В данной матрице порядковый номер места минимального значения потерь будет соответствовать порядковому номеру варианта распределения нагрузки между Т1 и Т2 в матрицах Х и Y.

Построив графики относительно Х и Y (см. пример расчета) можно визуально определить вариант с оптимальным распределением нагрузки между Т1 и Т2, соответствующий минимуму потерь мощности.

Годовые потери электроэнергии (матрица ∆Wв11) определяются с учетом времени Т использования нагрузки S нагр.

Матрица ∆Wв11 показывает значения потерь электроэнергии при всех вариантах распределения нагрузки кроме отключенного состояния одного из трансформаторов.

В практических ситуациях время Т для должно определяться из графика нагрузки подстанции или годового потребления электроэнергии подключенной к ней нагрузкой. Существуют различные методики его определения (метод средней нагрузки, среднеквадратичной и т.д.). Достаточно точным является метод расчета по средней нагрузке, когда в качестве Sнагр принимается рассчитанная из годового электропотребления средняя нагрузка подстанции, а в качестве времени Т – время работы подстанции в год, если подстанция работает круглогодично, то 8760ч.

В качестве мощности нагрузки может приниматься и максимальная нагрузка на подстанции. В этом случае время Т определяется как время, в течении которого при работе подстанции с максимальной мощностью будет потреблено то же количество электроэнергии, что и при реальной нагрузке. Этот метод менее достоверен для расчета потерь в трансформаторах.

Стоимость потерь электроэнергии определится:

где Сэ – стоимость электроэнергии, руб/кВт·ч.

Матрица Спэ11 показывает значения потерь электроэнергии при всех вариантах распределения нагрузки кроме отключенного состояния одного из трансформаторов.

Далее следует построить графики зависимости ∆Wв11 и Спэ11 от Х и от Y. Сделать выводы.

1 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Выпускные квалификационные работы бакалавров. Дипломные проекты и работы. Магистерские диссертации. Курсовые работы и проекты (требования к содержанию, оформлению и защите). Учебное пособие / Сост. А.В. Виноградов, С.М. Астахов, А.В. Виноградова – Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2012. – 140 с.

2. Сборник задач по дисциплинам «Электрические машины», «Электромеханика» для студентов ЭМФ, ЭЭФ, ФЭТ всех форм обучения. Составители: Н.М. Гераскина, канд. техн. наук, доц., Э.Е. Савилова, ст.преп., В.А. Тюков, канд. техн. наук, доц., З.С. Темлякова, д-р техн. наук, доц.. Под общей редакцией З.С. Темляковой, д-р техн. наук, доц..- Новосибирский государственный технический университет, 2002 г.

3. Астахов С.М. Словарь энергетика: понятия, термины, определения. – Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2008. –268 с.

4. Гольдберг, О. Д. Электромеханика: учебник / О. Д. Гольдберг, С. П. Хелемская; под ред. О. Д. Гольдберга. - М.: Академия, 2007. - 512 с. - (Высшее профессиональное образование. Электротехника). - ISBN 978-5-7695-2886-6: 420-00. Сиглы хранения: чз, УДК-- 621.313(075.8) Пол.инд.-- 621.3 Кат.инд.-- 621.313(075.8)

5. Гольдберг, О. Д. Электромеханика: учебник / О. Д. Гольдберг, С. П. Хелемская. - 2-е изд., испр. - М.: Академия, 2010. - 512 с. - (Высшее профессиональное образование. Электротехника). - ISBN 978-5-7695-6176-4: 234-30; 459-80. Сиглы хранения: аб.1, аб.2, чз, УДК-- 621.313(075.8) Пол.инд.-- 621.3 Кат.инд.-- 621.313(075.8)

6. Вольдек, А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: учебник / А. И. Вольдек, В. В. Попов. - СПб.: Питер, 2007. - 320 с.: ил. - (Учебник для вузов). - ISBN 5-469-01380-4: 395-00.

7. Вольдек, А. И. Электрические машины. Машины переменного тока: учебник / А. И. Вольдек, В. В. Попов. - СПб.: Питер, 2007. - 350 с.: ил. - ISBN 978-5-469-01381-5: 310-00.

8. Епифанов, А. П. Электрические машины: учебник / А. П. Епифанов. - СПб.: Лань, 2006. - 272 с. - ISBN 5-8114-0669-X: 285-00.

9. Копылов, И. П. Электрические машины: учебник / И. П. Копылов. - 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2006. - 607 с. - ISBN 5-06-003841-6: 384-00.

10. Шпиганович, А. Н. Электрические машины и трансформаторы систем электроснабжения предприятий металлургической и горной промышленности: учеб. пособие / А. Н. Шпиганович, Д. И. Шишлин. - Липецк: ЛГТУ, 2007. - 340 с. - ISBN 5-88247-299-7: 209-27.

Приложение