Zastosowanie metod statystycznych do poprawy jakości dostawy energii elektrycznej

mgr inż. Mariusz Benesz

Promotor: Dr hab. inż. Wiesław Nowak, prof. n. AGH
Dyscyplina: Elektrotechnika

Jednym z aktualnych problemów elektroenergetyki jest sprostanie rosnącym wymaganiom odbiorców energii elektrycznej w zakresie jakości jej dostawy. Na ogół brane są pod uwagę co najmniej dwa aspekty, a mianowicie: jakość napięcia (zwana również jakością energii elektrycznej) oraz niezawodność dostawy energii elektrycznej. W problematykę tą wpisuję się niniejsza rozprawa doktorska, która porusza te zagadnienia w aspekcie poprawy niezawodności systemu elektroenergetycznego.

Zapewnienie odpowiedniej niezawodności i efektywnego ekonomicznie funkcjonowania układów przesyłania i dystrybucji jest jednym z fundamentalnych czynników poprawy jakości dostawy energii elektrycznej. Zasadnicze znaczenie ma właściwy dobór urządzeń elektroenergetycznych do określonych narażeń środowiskowych oraz systemowych i modele typu ,,wytrzymałość-obciążenie, które ze względu na losowość zjawisk w sieciach elektroenergetycznych powinny być formułowane jako modele probabilistyczne. Skutecznym narzędziem umożliwiającym efektywną ocenę narażeń sieci i urządzeń elektroenergetycznych są metody statystyczne. Metody te implementowane w modelach matematycznych oraz komputerowych symulacjach układów elektroenergetycznych, pozwalają na formułowanie wniosków, zarówno o charakterze poznawczym, jak i użytkowym, mających praktyczne zastosowania w projektowaniu oraz eksploatacji sieci i systemów elektroenergetycznych. Tym samym, przez aplikację odpowiednich metod statystycznych dla rozpoznania narażeń i ich skutków, możliwe jest osiągnięcie poprawy jakości dostawy energii elektrycznej. Sformułowano następującą tezę rozprawy: zastosowanie modeli i symulacji probabilistycznych umożliwia efektywne badanie i wyznaczanie rozkładów statystycznych narażeń, istotnych dla aplikacji modeli ,,wytrzymałość-obciążenie w obszarach:

- projektowania sieci dystrybucyjnych średnich napięć w aspekcie optymalizacji przekroju żyły powrotnej kabli elektroenergetycznych;

- projektowania napowietrznych linii elektroenergetycznych wysokich napięć w aspekcie wymiarowania odstępów izolacji powietrznej;

- koordynacji izolacji wewnętrznej i zewnętrznej napowietrznych rozdzielni elektroenergetycznych wysokich napięć w aspekcie narażeń napięciowych od wyładowań atmosferycznych.

Opracowany probabilistyczny model analizy zakłóceń zwarciowych w sieciach elektroenergetycznych średnich napięć, pozwolił na rozważenie możliwości redukcji przekroju żyły powrotnej w aspekcie wzrostu ryzyka przekroczenia znamionowych obciążalności zwarciowych. Zmniejszenie przekroju żyły powrotnej pozwala również na zmniejszenie nakładów inwestycyjnych ponoszonych na budowę linii kablowych, a tym samym na poprawę efektywności ekonomicznej dystrybucji energii elektrycznej.

Zastosowanie procedur statystycznych w koordynacji izolacji napowietrznych linii elektroenergetycznych, wymaga znajomości rozkładów statystycznych narażeń oraz wiarygodnych wartości ich parametrów. Probabilistyczny model zjawisk, będących przyczyną powstawania przepięć łączeniowych, pozwala otrzymywać rozkłady statystyczne narażeń napięciowych i może być wykorzystany do racjonalnego wymiarowania odstępów powietrznych izolacji faza-ziemia oraz faza-faza.

Opracowany model i metodyka analizy statystycznej przepięć piorunowych, mogą być wykorzystane do określenia wymaganych napięć probierczych aparatów i urządzeń elektroenergetycznych w procesie koordynacji izolacji linii i stacji elektroenergetycznych. Zaproponowana metodyka analizy pozwoliła również miedzy innymi na ocenę skuteczności działania ograniczników przepięć instalowanych w rozdzielniach elektroenergetycznych.

Rezultaty uzyskane w badaniach symulacyjnych i przeprowadzonych analizach potwierdzają, że metody statystyczne są skutecznym narzędziem umożliwiającym efektywną ocenę narażeń sieci i urządzeń elektroenergetycznych w aspekcie jakości dostawy energii elektrycznej. Osiągnięte rezultaty przeprowadzonych badań pozwalają uznać, że postawiona w niniejszej rozprawie teza została udowodniona.

Benesz M., Tarko R.: Analiza zakłóceń w sieciach elektroenergetycznych wywołanych wyładowaniami piorunowymi , Informatyka Automatyka Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 2014, Nr 1, s. 54 – 57

Tarko R., Nowak W., Benesz M.: Analysis of disturbances in electric power systems caused by lightning discharges, referat w ramach Elektroenergetika 2013 - the 7-th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering : Stará Lesná, Slovak Republic, 2013

Tarko R., Nowak W., Szpyra W., Benesz M., Makuch A: Ferrorezonans jako źródło zakłóceń i awarii w sieciach dystrybucyjnych średnich napięć, Acta Energetica : electrical power engineering quarterly , 2011, Nr 4, s. 75 – 82

Benesz M., Tarko R.: Modelowanie konstrukcji wsporczych linii elektroenergetycznych wysokich napięć dla analizy przepięć atmosferycznych, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 2010, Nr 28, s. 35 – 38

Tarko R., Benesz M.: Analiza wpływu kształtu prądu pioruna na poziom przepięć atmosferycznych, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 2010, Nr 28, s. 127 – 130

Tarko R., Benesz M., Nowak W.: Modelowanie i analiza przeskoku odwrotnego w układach izolacyjnych napowietrznych linii wysokiego napięcia , Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 2009, Nr 26, s. 113 – 116

Benesz M., Nowak W., Tarko R.: Komputerowe modelowanie układów elektroenergetycznych dla symulacji efektów falowych spowodowanych wyładowaniami atmosferycznymi , Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 2008, Nr 25, s. 17 – 20