Оптимальное проектирование электрической сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Формирование модели выбора структуры генерирующих мощностей

1.1 Линейная экономико-математическая модель выбора СГМ

1.2 Расчёт коэффициентов уравнений ограничений и целевой функции

2. Выбор структуры генерирующих мощностей

2.1 Характеристика программного комплекса "OSGM"

2.2 Оптимизация СГМ и её анализ

3. Выбор оптимальной конфигурации электрической сети

3.1 Выбор вариантов сети с помощью программ "OPTIMUM" и "OPTILINE"

3.2 Расчёт перетоков мощностей

3.3 Выбор номинального напряжения и сечения проводов

3.4 Выбор трансформаторов. Принципиальная схема сети

3.5 Технико-экономическое сравнение вариантов

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Основная задача проектирования энергетических систем и электрических сетей заключается в разработке с учетом достижений науки и техники решений, определяющих формирование энергетических систем, развитие электрических станций и сетей, средств их эксплуатации и управления. При этом должны обеспечиваться оптимальная надежность электроснабжения и требуемое качество электроэнергии с наименьшими затратами.

К задачам данного проекта относятся:

- формирование модели выбора структуры генерирующих мощностей;

- выбор структуры генерирующих мощностей;

- выбор оптимальной конфигурации электрической сети.

1. Формирование модели выбора структуры генерирующих

мощностей

1.1 Линейная экономико-математическая модель выбора СГМ

В общем виде задача оптимизации структуры генерирующих мощностей формулируется следующим образом: определить значение суммарных мощностей различных типов электростанций, а также пропускных способностей ЛЭП, обеспечивающих минимум приведённых затрат по всей энергосистеме с учётом существующей структуры и системообразующей сети, динамики роста нагрузок и электропотребления, набора возможных к сооружению электростанций и их технико-экономических характеристик.

Функционал:

,

где: e=1, E - множество узлов;

j=1, J - множество электростанций;

i=1, I - виды топлива;

- искомая величина вводимой станции;

- удельные приведённые затраты для электростанции;

,

где: = 0,12 - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;

- удельные капиталовложения [руб./кВт];

- удельные постоянные ежегодные издержки в узле e;

- замыкающие затраты на топливо [руб./т];

- удельный расход топлива электростанцией при числе использования её мощности [г/кВт];

- число часов использования установленной мощности электростанции, ч.

Уравнения ограничения:

1. Условие баланса мощности каждого узла e:

,

где: , - соответственно мощность, передающаяся из узла e' в e и обратно, ГВт;

- расход мощности на собственные нужды электростанции, %;

- коэффициент, учитывающий потери мощности в линиях, %;

- максимальная нагрузка узла e, ГВт.

2. Условие баланса энергии для каждого узла e:

,

где: - годовое число использования мощности электростанции, ч;

- время использования максимальной мощности межсистемных связей, ч; - годовая потребность в электроэнергии в узле e.

3. Ограничение по предельной мощности электростанции:

,

где: - предельно допустимая мощность электростанции данного типа, ГВт.

4. Ограничение по предельному отпуску электроэнергии:

,

где: - ограничение на отпуск электроэнергии с шин ГЭС.

5. Ограничение по пропускной способности возводимых линий:

,

где: - пропускная способность ЛЭП, ГВт

6. Условие обеспечения спроса мощности в период максимальных нагрузок (баланс по всей энергосистеме с учётом резерва):

,

где: - резерв активной мощности на электростанции в долях от установленной мощности, %;

7. Условие обеспечения спроса энергии в период максимальных нагрузок:

8. Ограничение по использованию некоторых видов топлива:

,

где: - удельный расход топлива i электростанцией j при числе использования её мощности;

- заданный объём ресурса i-го вида для всей совокупности узлов e, млн.т.

9. Учёт ограниченности капиталовложений, выделяемых для ввода объектов:

,

где: - заданный объём капиталовложений.

1.2 Расчёт коэффициентов уравнений ограничений и целевой

функции

1. Условие баланса мощности каждого узла e

ОЭС 1:

 +

+

ОЭС 2:

ОЭС 3:

-

2. Условие баланса энергии для каждого узла e

ОЭС 1:

+

-

ОЭС 2:

+

-

ОЭС 3:

-

3. Ограничение по предельной мощности электростанции

ОЭС 1:

; ; ; ;

ОЭС 2:

;; ;

ОЭС 3:

;; ; ; ;

4. Ограничение по предельному отпуску электроэнергии

5. Ограничение по пропускной способности возводимых линий

6. Условие обеспечения спроса мощности в период максимальных нагрузок (баланс по всей энергосистеме с учётом резерва)



7. Условие обеспечения спроса энергии в период максимальных нагрузок

8. Ограничение по использованию некоторых видов топлива

9. Учёт ограниченности капиталовложений, выделяемых для ввода объектов



Расчёт удельных приведённых затрат для электростанции

2. Выбор структуры генерирующих мощностей

2.1 Характеристика программного комплекса "OSGM"

Чтобы начать оптимизацию структуры генерирующих мощностей данной программой, необходимо ввести исходные данные. Это делается записью информации в соответствующие поля формы данных.

Сначала записываются данные о наборе возможных к сооружению типов электростанций и их предельно допустимая мощность. Затем, нажав мышью кнопку "Дополнительные данные", необходимо ввести: прогнозируемые максимумы нагрузки энергосистем, параметры межсистемных связей, заданные объёмы ресурсов.

Технико-экономические параметры электростанций задавать не обязательно, если вас устраивают значения по умолчанию. В противном случае их можно изменить, нажав клавишу F2 или выбрав в пункте меню пункт Параметры…, а в появившемся меню - Технико-экономические…

Введённые данные можно сохранить выбрав пункт в меню Файл -> Сохранить… При этом если вы только что записали данные, то программа спросит вас под каким именем сохранить данные, если вы изменили данные уже существующие, то для сохранения их под новым именем, вам необходимо выбрать пункт меню Файл -> Сохранить как…

Для открытия уже существующих данных, вам необходимо выбрать пункт меню Файл -> Открыть…

Затем формируется симплекс-таблица. Это делается нажатием кнопки "Таблица".

Получившуюся таблицу можно сохранить, при этом она сохраниться в файле simtab.txt в каталоге, в котором находится программа. Также таблицу можно распечатать.

После того как таблица сформирована, возможна оптимизация.

Оптимизация выполняется нажатием на кнопку "Оптимизация", при этом если решение существует, то программа выдаст результаты расчёта, которые нужно будет сохранить нажатием на кнопку "Сохранить". При этом результат сохранится в файле rezult.txt в каталог, в котором находится программа.

2.2 Оптимизация СГМ и её анализ

Рис. 2.1 ? Исходные данные

Состав электростанций:

Для ОЭС №1:

- КЭС, газ = 1,205 ГВт

- тКЭС п/п, уг = 1,5 ГВт

- ГАЭС = 1,1 ГВт

- ГЭС = 5,999 ГВт

Для ОЭС №2:

- КЭС, уголь = 9,999 ГВт

- АЭС = 1,999 ГВт

- КЭС п/п, уг = 1,1 ГВт

- ГЭС = 1,999 ГВт

Для ОЭС №3:

- АЭС = 7 ГВт

- КЭС п/п, уг = 2 ГВт

- ГАЭС = 0,999 ГВт

- ГТЭС = 1 ГВт

Межсистемные перетоки:

Переток 2_1 =1,966 ГВт

Переток 2_3 =1,5 ГВт

Затраты = 2368,872 млрд. руб.

1. Резерв мощности

,

где: - суммарная мощность станции в данной АЭС;

- суммарная мощность перетоков, выходящих из данного узла;

- суммарная мощность перетоков, входящих в узел;

= 47,125%

= 5,73636%

= 56,2375%

2. Процент использования заданных топливных ресурсов

Использовано 28,7081% угля.

Использовано 49,5% газотурбинного топлива.

Использовано 24,2377% газа.

3. Процент использования заданных капиталовложений

Использовано 76,7227% заданных капиталовложений.

3. Выбор оптимальной конфигурации электрической сети

3.1 Выбор вариантов сети с помощью программ "OPTIMUM" и

"OPTILINE"

Рис. 3.1 ? Оптимизация сети по минимальной длине линии

Рис. 3.2 ? Оптимизация сети по методу исключения ветвей полного

графа



Рис. 3.3 ? Оптимизация сети по методу координатной оптимизации

Рис. 3.4 ? Оптимизация сети, выполненная программой OPTILINE

Рис. 3.5 ? Результаты расчётов, выполненные программой OPTILINE

Для дальнейших расчётов и сравнения их результатов с результатами программы OPTILINE выбрана конфигурация, изображённая на рис. 3.2.

3.2 Расчёт перетоков мощностей

;

;

;

МВА

МВА

МВА

МВА

МВА

МВА

МВА

МВА

МВАр

МВАр

МВАр

МВАр

МВАр

МВАр

МВАр

МВАр

Перетоки мощности по I закону Кирхгофа:

Проверка:

3.3 Выбор номинального напряжения и сечения проводов

Таблица 3.1 ? Выбор номинального напряжения

Линия	P, МВт	L, км	, кВ	,кВ
0-1	108	47	131	220
0-2	45	41	86,9084	110
0-8	120	52	138,0638	220
1-4	28	47	71,445	110
1-5	10	31	59,98	110
4-6	8	41	56,42	110
8-3	55	37	94,787	110
3-7	18	39	58,71	110



кВ

кВ

кВ

кВ

кВ

кВ

кВ

кВ

Таблица 3.2 ? Выбор сечения проводов

Линия	, МВА	, кВ	, А	, А	, А
0-1	135	220	177,14156	354,283	605	177,14156	240
0-2	56,25	110	36,7405	73,481	265	36,7405	70
0-8	149,71	220	196,4388	892,8777	605	196,4388	240
1-4	35	110	91,85118	183,7024	390	91,85118	120
1-5	12,5	110	65,608	65,608	265	65,608	70
4-6	10	110	52,486	52,486	265	52,486	70
8-3	68,457	110	179,653	359,306	510	179,653	185
3-7	22,5	110	59,047	118,094	265	59,047	70

А

А

А

А

А

А

А

А

Т.к. для Тнб = 5300 ч. равна 1, то .

3.4 Выбор трансформаторов. Принципиальная схема сети

генерирующая мощность электрическая сеть трансформатор

- Для одного двухобмоточного трансформатора:

- Для двух двухобмоточных трансформаторов:

- Для двух автотрансформаторов:

Таблица 3.3 ? Выбор мощности трансформаторов для схемы на рис. 3.2

Узел	Число и тип трансформатора	, МВА	, МВА
1	2хАТДЦТН-125000/220/110	87,5	125	0,35	0,7
2	2хТРДЦН-63000/110	65,25	63	0,5178	1,035
3	2хТРДН-40000/110	46,25	40	0,578	1,156
4	2хТРДН-25000/110	25	25	0,5	1
5	1хТДН-16000/110	12,5	16	0,78125	-
6	1хТДН-10000/110	10	10	1	-
7	2хТРДН-25000/110	22,5	25	0,45	0,9
8	2хАТДЦТН-125000/220/110	81,25	125	0,325	0,65

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

Коэффициент загрузки:

Таблица 3.4 ? Выбор мощности трансформаторов для схемы на рис 3.4

Узел	Число и тип трансформатора	, МВА	, МВА
1	2хТРДЦН-63000/110	70	63	0,556	1,12
2	2хТРДН-40000/220	45	40	0,5625	1,125
3	2хТРДН-40000/110	37	40	0,4625	0,925
4	2хТДН-16000/110	20	16	0,625	1,25
5	1хТДН-10000/110	10	10	1	-
6	1хТДН-10000/110	8	10	0,8	-
7	2хТДН-16000/110	18	16	0,5625	1,125
8	2хАТДЦТН-200000/220/110	65	200	0,1625	0,325

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

3.5 Технико-экономическое сравнение вариантов

1. Для схемы 1:

Критерий выбора - приведенный затраты:

,

где: - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (здесь = 0,12);

К - капитальные вложения; И - ежегодные эксплуатационные издержки.

Капитальные издержки определяются:

,

где: - стоимость линий; - стоимость подстанций.

,

где: - стоимость 1 км линии i-того типа; - длина линий i-того типа.

,

где: - стоимость трансформаторов;

- стоимость высоковольтных выключателей.

- стоимость одного выключателя i-того напряжения.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

= 10906,6 тыс.р.

тыс.р.

Ежегодные эксплуатационные издержки определяются:

,

где: - стоимость потерь электроэнергии за год.

, (= 2,8%)

тыс.р.

, ( = 8,4%)

тыс.р.

,

где: - потери электроэнергии в линиях за год;

- стоимость 1 кВт*час потерь.

,

где: - суммарные потери мощности в линиях;

- время максимальных потерь.

ч.

,

- потери мощности в одной линии.

,

где: - переток мощности;

- активное сопротивление линии.

,

- удельное сопротивление.

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

= 14,164812 МВт

МВт*час

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

2. Для схемы 2:

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

тыс.р./км

9916,743 тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

ч.

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом/км

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

= 14,4920888 МВт

МВт*час

тыс.р.

тыс.р.

тыс.р.

Разница в затратах:

Разница в затратах между вариантами составляет менее 5%. Следовательно, варианты равно экономичные и можно выбрать любой вариант.

Заключение

Электрический расчет районной сети позволяет выполнить оптимальное проектирование электрической сети, обеспечить её надёжную работу в аварийном режиме и в то же время исключить излишние энергетические и экономические затраты.

Из трёх возможных конфигураций было выбрано две самые оптимальные и в экономическом сравнении выяснилось, что разница в затратах между вариантами составила менее 5%. Значит можно выбрать любой из двух вариантов.

Список используемой литературы

1. Ванюков А.П., Игнатьев И.В. Электрический расчет районной сети: учеб. пособие. ? Братск, 2006.

Размещено на Allbest.ru