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

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Sнагр, % от Sн(2)	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	130	120	110	100	90	80	70	60	70
Т	2500	1500	4000	5000	3000	4500	2000	2400	1700	3500	1400	2500	5000	6000	4000	8760	7000	7500	4000	3000

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.