Математическая модель оценки потерь мощности в линиях электропередач

В статье рассмотрена структура математической модели оценки потерь мощности в линиях электропередач, реализованная в пакете прикладных программ Matlab.

УДК 621.3.017

Математическая модель ОЦЕНКИ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ в пакете прикладных

программ Matlab

Куксин А.В.

 Куксин Алексей Владимирович, декан энергетического факультета МИКТ, к.т.н., доцент кафедры электроэнергетики.

E-mail:  kuksin-aleksey@yandex.ru

Аннотация. В статье рассмотрена структура математической модели оценки потерь мощности в линиях электропередач, реализованная в пакете прикладных программ Matlab.

Ключевые слова: линия электропередач, потери мощности, математическая модель.

Введение

Одной из основных задач современной электроэнергетики является максимальное снижение потерь мощности на всех этапах производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Как известно, фактические потери электроэнергии можно разделить на технологические и коммерческие потери. Среди технологических потерь, в свою очередь, можно выделить технические потери: нагрузочные, потери холостого хода и климатические потери [1].

Остановимся на технических потерях электроэнергии, которые возникают при ее передаче на большие расстояния посредством воздушных и кабельных ЛЭП. Эти потери обусловлены физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии и выражаются в преобразовании части электроэнергии в тепло в элементах сетей.

Математическая модель оценки потерь мощности в линиях электропередач

В рамках основного научного направления кафедры электроэнергетики автономной некоммерческой образовательной организации высшего образования «Международный институт компьютерных технологий» разработана математическая модель, позволяющая оценить технические потери ЛЭП.

Модель состоит из трехфазного источника питания, позволяющего формировать напряжение различной амплитуды и частоты, двух измерителей тока и напряжения, модели ЛЭП, модуля нагрузки, расчетного модуля, который производит расчет мощности до объекта исследования и после, и дисплея, который отображает результаты измерения и расчета.

В качестве основы модели ЛЭП является простейшая схема замещения, модель позволяет изменять активное и индуктивное сопротивления ЛЭП.

Расчетный модуль получает данные о напряжении и токе от ваттметров, рассчитывает мощности, а также величину технических потерь ЛЭП.

Экспериментальная установка

Результаты вычисления, а также адекватность математической модели были проверены в лаборатории «Электроэнергетических систем» на лабораторном оборудовании «Модель электрической системы» производства ООО «Инженерно-производственный центр «Учебная техника».

Лабораторная установка состоит из трехфазного источника питания, двух моделей ЛЭП, двух измерителей мощности и модуля активной нагрузки.

Результаты моделирования и эксперимента

Расчет потерь мощности ЛЭП с помощью разработанной модели и измерение потерь ЛЭП на экспериментальной установке проводились при одинаковых начальных условиях: фазное напряжение порядка 220 В, активное сопротивление линии (0, 50) Ом, индуктивное сопротивлении линии (0, 0,3/8) Гн/Ом, мощность нагрузки менялось дискретно, и составляла 50, 100 и 150 Вт.

Результаты моделирования и эксперимента сведены в табл. 1.

 Таблица 1 - Результаты исследования

 Выводы

1. Разработанная математическая модель для расчета потерь мощности в линиях электропередач, реализованная в пакете прикладных программ Matlab, позволяет производить оценку потерь мощности в ЛЭП с различными параметрами, при различных токах нагрузки.

2. Адекватность разработанной модели подтверждено экспериментально. Погрешность результатов моделирования, относительно экспериментальных данных не превосходит 30%.

3. При отсутствии ЛЭП модель ведет себя «идеально», потери мощности отсутствуют. Экспериментальная же установка показывает наличие потерь, что связано с потерями в проводах, измерительных приборах и т.д.

4. Потери мощности зависят от величины тока нагрузки. С увеличением тока нагрузки увеличиваются и потери, что не противоречит общепринятой теории.

5. Потери мощности в основном зависят от активного сопротивления. Результаты исследования показали, что индуктивная составляющая полного сопротивления линии вносит незначительный вклад, которым можно пренебречь.

6. Модель может быть использована для оценки потерь мощности ЛЭП распределительных сетей 6-35 кВ.