Диплом. Программа Энергообеспечение сельского хозяйства
 Скачать 1.34 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» Инженерно-технологический институт Кафедра «Энергообеспечение сельского хозяйства» Направление 35.04.06 «Агроинженерия» Магистерская программа «Энергообеспечение сельского хозяйства» Допускается к защите ___________________ И.о. зав. кафедрой _Суринский Д.О._ «___» __________ 202__ г. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА (магистерская диссертация) Тема: Разработка методик расчета потерь электрической энергии в сетях 0,4/6/10 кВ с применением современных программных комплексов Обучающийся группы М-ЭСХ21 __________ Арыкпаев Ерболат Буранбаевич Научный руководитель к.т.н., доцент __________ Б.В. Жеребцов Руководитель магистерской программы к.т.н., доцент __________ Л.Н. Андреев Тюмень 2021 2 ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» Инженерно-технологический институт Кафедра «Энергообеспечение сельского хозяйства» Направление 35.04.06 «Агроинженерия» Магистерская программа «Энергообеспечение сельского хозяйства» Утверждаю: И.о. зав. кафедрой _ Суринский Д.О._ «_____» _________________202__г. Задание на выпускную квалификационную работу (магистерскую диссертацию) Обучающемуся__Арыкпаеву Ерболату Буранбаевичу ____________________ 1. Тема: Разработка методик расчета потерь электрической энергии в сетях 0,4/6/10 кВ с применением современных программных комплексов__________ Утверждена приказом ректора № __ от «___» __________ 2021 г. 2. Срок сдачи обучающимся законченной работы «_02_» ____06___2021 г. 3. Исходные данные к магистерской диссертационной работе материалы практик, научная, справочная, учебная и нормативная литература 4. Содержание расчетно-пояснительной записки выпускной квалификационной работы 1. Современное состояние проблемы расчета, анализа и снижения потерь энергии в электрических сетях. Классификация потерь электроэнергии. 2. Анализ эффективности мероприятий по снижению коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях 0,4 кВ 3. Основные способы автоматизации коммерческого учета электроэнергии для бытовых потребителей 4. Обобщенная характеристика расчета потерь электроэнергии. 5. Обзор существующих методов выявления неконтролируемого потребления электроэнергии 3 6. Предлагаемые методы выявления неконтролируемого потребления электроэнергии с помощью АСКУЭ 7. Применение оценки диапазонов неопределенности энергораспределения с целью устранения коммерческих потерь электроэнергии 8. Устройство сбора и передачи данных 9. Подходы к созданию системы мониторинга потерь энергии в электрических сетях 10. Основные предпосылки и условия создания системы мониторинга потерь электроэнергии в сетях 11. Программа расчета и анализа потерь электроэнергии в сетях 6-10 и 0,4кВ 12. Разработка автоматизированной системы мониторинга уровня и структуры потерь энергии в сетях 13. Разработка подсистемы подготовки отчетных и аналитических форм о балансах энергии в сетях 5. Перечень графического материала презентация по материалам выпускной квалификационной работы (магистерской диссертации) 6. Дата выдачи задания «_14_» _____02____ 2021 г. Научный руководитель: Б.В. Жеребцов Задание принял к исполнению: Е.Б. Арыкпаев Руководитель магистерской программы: Л.Н. Андреев 4 Реферат Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 87 страницах основного текста, содержит 23 рисунка, 5 таблиц. Список использованных источников включает 46 наименований. Актуальность работы объясняется медленным, но постоянным ростом стоимости электрической энергии, необходимостью уменьшения потерь электроэнергии в процессе ее производства и доставки до потребителей. Существующие способы экономии электроэнергии не могут обеспечивать достижения максимально возможных энергетических показателей. Необходимо разработать новые способы и подходы к проблеме снижения потерь электроэнергии. Объектом исследования диссертационной работы является городские электросети 0,4/6/10кВ. Предметом исследования являются потери электрической энергии в электросетях 0,4/6/10 кВ. Целью диссертационной работы является совершенствование различных методов расчета, анализа и локализации потерь энергии в электросетях 0,4/6/10 кВ с учетом функционирования АСКУЭ для достижения дополнительного снижения коммерческих потерь. Задачами диссертационной работы являются: 1. Современное состояние проблемы расчета, анализа и снижения потерь энергии в электросетях. 2. Рассмотрение существующих методик расчета потерь электроэнергии и средств учета отпущенной электроэнергии. Разработка одной из методик расчета коммерческих потерь электроэнергии и программно- технических средств АСКУЭ. 3. Выполнение анализа структуры коммерческих потерь электроэнергии и их уменьшение в распределительных электросетях, методов 5 автоматизации коммерческого учета электроэнергии и пояснение причин эффективности функционирования АСКУЭ. Научные результаты и новизна работы заключается в совершенствовании существующих методов выявления и анализа коммерческих потерь энергии в городских электрических сетях напряжением 0,4, 6, 10 кВ с применением современных информационных возможностей. Практическая ценность и внедрение результатов работы. Выполненные исследования реализованы в производственном процессе сетевой компании АО «Россети Тюмень» и приняты к внедрению комплекса решений, направленных на снижение коммерческих потерь в электрических сетях. Содержание работы распределено по главам следующим образом: В первой главе представлена классификация составляющих потерь электроэнергии, наиболее детальная по сравнению с применявшейся в прошлом столетии. Проведен анализ причин, из-за которых возникают коммерческие потери электрической энергии в электросетях напряжением 0,4 кВ. Рассмотрены основные способы автоматизации энергоучета. Во второй главе рассмотрены существующие методы выявления неконтролируемого потребления электрической энергии, которые разделяются на расчетные методы и методы измерения. Предложены несколько методов выявления неконтролируемого потребления электрической энергии. Также перечислены методы, действующие на территориях Индии, они схожи с методами, рассмотренными в данной работе. Рассмотрено устройство сбора и передачи данных (УСПД), которое способно обмениваться информацией между энергосбытовым предприятием и абонентским прибором учета электроэнергии. В третьей главе осуществлена разработка функциональной схемы и программной реализации системы мониторинга уровня и структуры потерь электроэнергии в электросетях. Предложены формы реализации системы на основе объединения АСДУ, АСКУЭ, баз данных энергосбытовых организаций 6 и программных комплексов расчета коммерческих потерь электроэнергии. Описан разработанный комплекс формирования аналитических и отчетных форм ПОТЕРИ. В заключении сформулированы основные научные результаты работы и предложены направления дальнейших исследований. 7 Содержание Введение ................................................................................................................... 9 1. Современное состояние проблемы расчета, анализа и снижения потерь энергии в электрических сетях .............................................................................. 11 1.1 Современная классификация потерь энергии в электросетях ...................... 11 1.2 Анализ эффективности мероприятий по снижению коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях 0,4 кВ ..................................................... 19 1.3 Основные способы автоматизации коммерческого учета электроэнергии для бытовых потребителей ..................................................................................... 30 Выводы по главе 1 ................................................................................................... 40 2 Обобщенная характеристика расчета потерь электроэнергии. Применение средств АСКУЭ ....................................................................................................... 41 2.1 Обзор существующих методов выявления неконтролируемого потребления электроэнергии ........................................................................................................ 41 2.2 Предлагаемые методы выявления неконтролируемого потребления электроэнергии с помощью АСКУЭ ..................................................................... 44 2.3 Применение оценки диапазонов неопределенности энергораспределения с целью устранения коммерческих потерь электроэнергии .................................. 48 2.4 Устройство сбора и передачи данных ............................................................. 52 Выводы по главе 2 ................................................................................................... 57 3 Подходы к созданию системы мониторинга потерь энергии в электрических сетях .......................................................................................................................... 58 3.1 Основные предпосылки и условия создания системы мониторинга потерь электроэнергии в сетях ........................................................................................... 58 3.2 Программа расчета и анализа потерь электроэнергии в сетях 6-20 и 0,4 кВ ................................................................................................ 68 3.3 Разработка автоматизированной системы мониторинга уровня и структуры потерь энергии в сетях ............................................................................................ 73 8 3.4 Разработка подсистемы подготовки отчетных и аналитических форм о балансах энергии в сетях ........................................................................................ 75 Выводы по главе 3 ................................................................................................... 80 Заключение .............................................................................................................. 81 Список используемых источников ........................................................................ 83 9 Введение Размер фактических потерь электроэнергии – это разница между объемом электрической энергии, который поставляется в электрическую сеть из других сетей, и объемом электрической энергии, который потребляется энергопринимающими устройствами, присоединенными к этой сети, а также которая передается в другие сетевые организации. Главным показателем экономичности работы сетей на передачу и распределение электрической энергии по электросетям являются фактические потери электроэнергии. На данный момент не существуют нормативные документы, которые регламентируют порядок определения баланса электроэнергии в электрических сетях и порядок расчета его составляющих. Важность решения задач заключается в том, что организация, осуществляющая услуги по передаче электроэнергии обязана компенсировать фактические потери электрической энергии в своих сетях с помощью их покупки на оптовом рынке электроэнергии. При расчете тарифа на оплату услуг по передаче электроэнергии по распределительным сетям электроснабжающих компаний предусматривается величина нормативных технологических потерь электроэнергии. Во многих сетевых организациях фактические потери электрической энергии больше нормативных технологических потерь. Следовательно, сетевая организация, которая оплачивает фактические потери электроэнергии и получает компенсацию в объеме стоимости нормативных технологических потерь электроэнергии, переносит финансовые убытки. Основные направления диссертационной работы связаны с совершенствованием некоторых методик определения коммерческих потерь электрической энергии, учета отпущенной в распределительную сеть и полезно потребленной электроэнергии. Эти совершенствования позволят 10 вычислить потери электроэнергии в электросети, разработать программу по снижению потерь и уменьшить финансовых убытков сетевой организации. На сегодняшний день ключевыми действиями модернизации системы учета электроэнергии являются: - замена старых индукционных счетчиков на новые; - активизация введения автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) на ПС (подстанциях); - информационная и функциональная взаимосвязь АСКУЭ и автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ); - введение автоматических баз данных по абонентам электроэнергии с их привязкой к электросетям для контроля за объемом потребления электроэнергии; - редактирование ПУЭ, правил проектной документации для защиты бытовых электросчетчиков от воровства потребителями; - внедрение счетчиков прямого включения с предоплатой. Для реализации вышеперечисленных мероприятий необходимы значительные денежные вложения и время, что позволит сократить коммерческие потери электроэнергии на 30–35 %. Согласно научной статье: «Потери коммутации являются доминирующим фактором в потерях электроэнергии, так как частота переключения продолжает возрастать. Существует два способа уменьшения потерь при переключении. Первый способ заключается в использовании нового типа техники переключения, например, переключения нулевого тока (ZCS) или переключения на нулевой уровень напряжения (ZVS), которые требуют дополнительного аппаратного обеспечения» [41]. Следовательно, существует «множество мероприятий для сокращения потерь, создания более экологичной среды, улучшенной полезности системы, надежности, поддержки напряжения, улучшения качества электрической энергии, передачи и распределения пропускной способности и т.д.. 11 1 Современное состояние проблемы расчета, анализа и снижения потерь энергии в электрических сетях 1.1 Современная классификация потерь энергии в электросетях Фактические потери – это разница между электроэнергиями (отпущенной в распределительную сеть и оплаченной), которая включает в себя четыре составляющие: - потери электроэнергии, формирующиеся при транспортировке электроэнергии по сети и проявляющиеся в преобразовании той или иной части электроэнергии в тепло, называющиеся фактическими; - электроэнергия на необходимые собственные нужды подстанций и плавление гололеда ; - инструментальные потери, которые объясняются инструментальными погрешностями; - коммерческие потери, которые возникают из-за «кражи» электрической энергии, несовпадения денежной платы за электроэнергию потребителями показаниям счетчиков, несвоевременной платы, неплатежа квитанций и т.д. в области формирования наблюдения за тратой электроэнергии. Величина коммерческих потерь обусловливается разницей между фактическими потерями и суммой трех частей потерь (которые описаны выше) и является технологическими потерями. На рисунке 1.1, находящемся ниже, продемонстрирована структура потерь электроэнергии в электросетях. 12 Рисунок 1.1 - Структура потерь электроэнергии Для всех электросетевых компаний потери – это «часть электрической энергии, где полезный отпуск для потребителя получился не больше электроэнергии, которая создалась на собственных электростанциях и приобретенной у её производителя. Зарегистрированный полезный отпуск электроэнергии – это не только оплаченная ее часть, но и та часть, на которую выданы квитанции на оплату, т.е. потребление электроэнергии документально зафиксировано» [3]. Полезный отпуск электрической энергии абонентам рассчитывают за отчетный период оплате, следовательно, потерями является вся энергия, оставшаяся без оплаты. Но данный расчет не дает возможности точно определить состав и долю каждой составляющей потерь в сетях электроснабжения потребителей и, соответственно, проводить эффективные действия по сокращению. Потери электроэнергии ближайшее время также будут возрастать, так как коммерческие потери соотносятся к сетям 0,4, 6, 10 кВ и нагрузка сетей 0,4 кВ будет возрастать из-за превосходства потребления электроэнергии бытовым сектором. Исследование коммерческих потерь с помощью инструментальных потерь способствует энергосбытовым компаниям подготовить: 13 простую форму отчетности при пояснении потерь; замену счетчиков электроэнергии на более точные. Эксперты изучают оснащение точного инструментального учета отданной и использованной электроэнергии. Однако, это не решает вопрос, который связан с коммерческими потерями, а только дает возможность энергоснабжающим компаниям составить наиболее точный инструментальный учет электроэнергии, отданной потребителям, и с помощью этого получить от них дополнительные финансы. «Коммерческие потери электрической энергии являются итогом выражения «человеческого фактора» в области создания энергосбытового функционирования и не имеют четкого математического описания» [1-5]. Результаты исследований, которые проведены под руководством профессора Воротницкого В.Э., изложены, в разных учебно-методических материалах. В итоге получаются три типа составляющих коммерческих потерь электроэнергии, которые можно пояснить: - «ошибками измерений отпуском в сеть и полезным отпуском электроэнергии потребителю; - снижением полезно отпущенной электроэнергии из-за несовершенств энергосбытовой деятельности и воровства электроэнергии; - задолженностью по оплате за израсходованную электроэнергию» [1-3]. В любой энергетической организации должна присутствовать точность измерений. Стоит выявить источники возникновения потерь, для их дальнейшей ликвидации. «Коммерческие потери, обусловленные занижением полезного отпуска электроэнергии из-за недостатков в энергосбытовой деятельности, включают несколько составляющих» [1-5]: - «потери при выставлении счетов; - потери по причине несоответствия дат снятия показаний 14 расчетных счетчиков с расчетным временем; - потери по причине расчетов потребленного электричества потребителем на базе договоров безучетного электропотребления; - потери по причине присутствия бесхозных потребителей; - потери от воровства электроэнергии» [1-5]. Также, «потери при выставлении счетов обоснованы: - неверные данные об абонентах электроэнергии, включая: недостаточной или же неверной информацией о заключенных договорах на использование электроэнергии; недочетами в изменении данных об абонентах и т. п.; - недочетами при выписывании счетов, включая: невыставленными счетами абонентам по причине недоступности наиболее четкой информации по ним и неизменного наблюдения за актуальностью информации; отсутствием наблюдения и недочетами при выставлении счетов абонентам, которые применяют особые тарифы» [1-5]. «Потери по причине несоответствия дат снятия показаний приборов учета с расчетным временем объяснены присутствием достаточного количества потребителей и, недостаточной укомплектованности АО-энерго (контролерами, электромонтерами), а еще очень ограниченным внедрением автоматизированных систем учета электроэнергии» [1-5]. В результате показания приборов учета практически у всех потребителей снимаются заблаговременно или же отправляются самим абонентом заранее, в итоге это разрешает потребителю сокращать потребление и переносить оплату на более поздние сроки. «Потери по причине расчетов использованной электроэнергии абонентами, которые имеют договоры безучетного потребления электроэнергии, возникающие из-за ошибок в расчетах при использовании электроэнергии (уменьшение расчетных данных относительно реального энергопотребления)» [2]. 15 «Коммерческие потери электроэнергии, возникающие присутствием бесхозных абонентов, объясняются кризисом в экономической сфере. Во многих энергосистемах в последние годы возникли и долгий период времени есть такие дома, общежития, жилые территории деревень, которые не числятся на балансе электросетевых компаний» [1-5]. Абоненты, проживающие в таких домах, за тепло- и электроэнергию не платят. Сколько бы ни старались сетевые организации заставить потребителей оплатить потребленную энергию, и даже отключить от сетей. Но в результате, данные действия организаций бесполезны. При отключении организацией потребителей от сетей, неплательщики по своей воле (самостоятельно) подключаются к сетям. Электрооборудование таких жилых домов не обслуживается никакой организацией, в любой момент может возникнуть авария и такое оборудование небезопасно для жизни людей. Потери от воровства электрической энергии объясняются с несанкционированным подключением абонентов, милованием со счетчиками и рядом других причин. Это одна из самых значимых составляющих коммерческих потерь. Как показали зарубежные и отечественные практики по ликвидации хищения электрической энергии, в частности этой деятельностью занимаются бытовые абоненты. Также электроэнергию воруют и разные предприятия, занимающиеся, промышленной и торговой деятельностью, однако это воровство не является основным. В регионах, где преобладает холодное время года и теплоснабжение абонентов осуществляет деятельность не в полную меру, хищение электроэнергии стремительно увеличивается, а также практически во всех регионах в осенне-весеннее время года, когда отопление не функционирует при низкой температуре воздуха. «Коммерческие потери, обусловленные несовершенством механизма сбора финансовых средств за потребленную в расчетном периоде 16 электроэнергию (потери при востребовании оплаты), имеют две составляющие» [1-5]: - «первая составляющая возникает в результате задержек платежей за потребленную электрическую энергию после установленной даты. Эта весьма существенная составляющая коммерческих потерь электроэнергии имеет место в связи с тем, бытовые абоненты не могут в одно и то же время записать показания приборов учета и заплатить за потребленную электроэнергию. На самом деле, платежные действия запаздывают от электропотребления в действительности, следовательно, это дает погрешность в объяснение фактического полезного отпуска бытовым абонентом и в расчет фактического небаланса электрической энергии, потому что запаздывание может достигать до 2-4 месяцев и даже больше» [2]. В существующей методике составления баланса электрической энергии отпуск электроэнергии потребителям определяется по фактической оплате и равен 100 %. На самом деле отпуск потребителю абсолютно другой, и может быть найден примерно и можно довольно сложно спрогнозировать следующие причины: - большая часть бытового сектора, в частности сельские территории, осуществляет оплату единовременно, примерно в 2-3 месяца; - присутствие сезонности платежей из-за наличия потребителей, имеющих дачи и производящих платежи один раз за лето; - «уровень коммерческих потерь сильно увеличивается после повышения тарифов, так как потребители прописывает в квитанциях по оплате за электричество показания счетчиков намного большие, чем на самом деле и платит за большее количество электроэнергии по старым, уже не действующим и более низким тарифам. В конечном итоге в месяц, который предшествует увеличению стоимость за электроэнергию, полезный отпуск населению увеличивается, а в следующие 1-3 месяца он оказывается пониженным» [1-5]. 17 «Вторая составляющая коммерческих (финансовых) потерь — долговременные или безнадежные долги и неоплаченные счета по причине» [2]: - «неверных (или недостаточных) действий по востребованию оплаты за электроэнергию. Сюда же относятся те потребители, которые являются неплательщиками. Они имеют весомую задолженность по счетам, которую не может востребовать даже суд из-за отсутствия денежных доходов согласно выводам, адвокатах» [3]; - несостоятельность оплаты потребителей; - потери документов об оплате и мн.др. Существуют еще четыре дополнительные составляющие коммерческих потерь. Первая составляющая потерь объясняется занижением итоговой суммы платежей абонентами. «Когда доступ к счетчику, расположенному на территории потребителя, для контролеров энергосбытовой организации затруднен с юридической точки зрения, и потребитель не обязан предоставить доступ на его собственную территорию» [5], то в этом случае потери электроэнергии наиболее вероятны. Если в том случае, когда оплата квитанции потребителем происходит вовремя, то при собственноручном заполнении потребителем квитанции на оплату, можно вписывать различные (уменьшенные) показания счетчика, даже если платеж проводится им вовремя. Следовательно, образовывается долговременный (безнадежный) долг. Вторая составляющая - это «затраты энергоснабжающей организации на требование долгов и выявление воровства электрической энергии (судебные, транспортные расходы и др.)» [1-5]. Третья составляющая – «принудительное временное введение режима ограничения потребляемой мощности для энергоснабжающего предприятия (образуется действиями оперативно-диспетчерскими работниками энергосетевой компании)» [4]. 18 Ограничение мощности может быть применено: - при формировании угрозы потери устойчивости энергетической системы по причине недостатка генерирующих мощностей; - при формировании большой задолженности у энергоснабжающей организации перед оптовым поставщиком электроэнергии. «Четвертая составляющая возникает при нарушении качества электрической энергии и отклонением потребителя от оплаты некачественной электроэнергии или дополнительными затратами энергоснабжающего предприятия для устранения итогов нарушения качества электроэнергии (проведение мероприятий по локализации и ликвидации причин нарушения качества электроэнергии и ремонт электрооборудования)» [1-5]. Объединенная структура коммерческих потерь электроэнергии в распределительных сетях представлена на рисунке 1.2. Рисунок 1.2 - Структура коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях 0,4 кВ При изучении приведенной на рисунке 1.2 структуры можно выделить 19 «основные направления деятельности энергосбытового предприятия по снижению коммерческих потерь электроэнергии» [5]. Это такие мероприятия, как: - модернизация внутриорганизационной деятельности на энергопредприятии; - реализация необходимых функций оперативного диспетчерского управления каждого энергопотребителя; - остановка и поиск фактов воровства электроэнергии, включая обнаружение мест незафиксированного подключения к линиям электроснабжения; - наблюдение за своевременностью и полную оплаты за потребленную электроэнергию. Особенность электроэнергии состоит в том, что создание, передача, распределение и приобретение (потребление) происходят в одно и то же время. Следовательно, можно сделать вывод о том, что воровство такого ценного товара происходит практически всегда и везде. Электрическую энергию нельзя хранить или держать на складах (аккумулировать). Заключительный этап – реализация электроэнергии потребителям, которая устанавливает финансовые результаты деятельности энергосбытовых предприятий. |