Ульбрехт Д.А., Иваницкий М.С.
ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ И ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ 6 КВ С ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ ОБОСНОВАНИЕМ *
Аннотация:
в статье рассмотрен метод оптимизации схемы и параметров распределительной сети 6 кВ с применением инструментов моделирования в среде MATLAB. Представлены результаты перераспределения нагрузок, корректировки сечений проводов и реконфигурации схемы сети. Выполнено сравнение сценариев до и после оптимизации. Проведено технико-экономическое обоснование эффективности предложенных решений.
Ключевые слова:
оптимизация сети, технико-экономическое обоснование, МАТЛАБ, реконфигурация, потери энергии
Современные распределительные сети 6–10 кВ подвержены проблемам, связанным с неравномерным распределением нагрузки, что приводит к повышенным потерям энергии и перегрузке отдельных участков. В связи с ростом подключаемой нагрузки и необходимостью повышения надёжности энергоснабжения возрастает значимость методов интеллектуальной оптимизации. Их применение позволяет не только улучшить технико-экономические показатели, но и подготовить сеть к интеграции новых потребителей без дорогостоящей реконструкции.Снижение потерь энергии и повышение надёжности распределительных сетей являются актуальными задачами энергетической отрасли. Особенно это важно при неравномерном распределении нагрузки и ограниченных возможностях строительства новых подстанций. Применение методов моделирования и оптимизации позволяет обосновать технически и экономически эффективные меры реконструкции сетей.В модели сети в среде MATLAB использовались данные о топологии, сопротивлениях, фазных нагрузках и типах линий. Оптимизация проводилась на основе критерия минимизации активных потерь с учётом ограничений по уровню напряжения, допустимым нагрузкам трансформаторов и балансировке фаз. Учитывались также временные профили потребления — утренние, вечерние и сезонные пики. Были применены методы численной оптимизации, включая fmincon, жадный поиск и генетический алгоритм. Конфигурации сравнивались по интегральным показателям эффективности и устойчивости режима.Оптимизация включала подбор новых конфигураций сети, увеличение сечений наиболее нагруженных линий, установку дополнительных подстанций и перемычек между участками. В моделях использовались следующие критерии:– суммарные потери мощности,– степень недогрузки ТП,– уровень фазного перекоса.Оптимизационная задача решалась в MATLAB с использованием функций fmincon и генетических алгоритмов.Рис 1. Топологическая структура исходной схемы распределительной сети напряжением 6 кВ.Сравнительный анализ показал, что увеличение сечений на перегруженных участках снижает потери на 30–35%, но при этом не устраняет проблему асимметрии фаз и недогрузки ТП. Наилучший результат достигается при структурной перестройке сети: введение дополнительных перемычек, кольцевание, перераспределение нагрузки. Эти меры позволяют добиться синергетического эффекта, сокращая потери до 59%. Визуальные графики демонстрируют эффективность подхода, в том числе за счёт балансировки фаз и выравнивания нагрузки между ТП.В результате внедрения новых параметров (сечения до 120 мм², кольцевание участков, фазовая балансировка), годовые потери снизились с 300519 кВт·ч до 122275 кВт·ч. Уровень асимметрии фаз уменьшился до 8–12%, количество недогруженных трансформаторов сократилось с 17 до 10. Данные подтверждают высокую эффективность предложенных мер (см. Таблица 1).Рис 2. Новая топологическая схема распределительной сети 6кВ.Рис 3. Снижение перекоса фаз до и после оптимизации.Экономическое обоснование базируется на расчёте годовой экономии от снижения потерь и оценке сроков возврата инвестиций. Анализ показал, что модернизация с увеличением сечений окупается за 7,8 лет, тогда как комплексная реконфигурация — за 7,05 лет. При этом экономический эффект превышает 1 млн рублей в год. В расчётах учитывались как прямые потери, так и сниженные затраты на обслуживание. Также рассматривались риски отклонения от графика реализации, рост цен на материалы и необходимость технологического присоединения новых потребителей.Рассчитана окупаемость мероприятий при розничном тарифе 5,88 руб/кВт·ч. Наиболее выгодным оказался вариант полной реконфигурации сети с включением дополнительных ТП. Он даёт максимальный экономический эффект (экономия ~1 млн ₽ в год) и окупаемость инвестиций менее 8 лет (см. Таблица 2).Таблица 1. Потери энергии при разных вариантах модернизации.Проведено сравнение трёх сценариев: базовой схемы, увеличения сечений и полной оптимизации. Наибольшее снижение потерь достигается в сетях с длинными трассами, где малые сечения вызывают высокие активные потери. Кроме того, учтён эффект балансировки фаз — за счёт перераспределения потребителей между фазами удаётся снизить асимметрию и сократить паразитные токи. Результаты сравниваются на графиках, таблично и через показатели эффективности (экономия, рентабельность инвестиций, окупаемость).Таблица 2. Технико-экономические показатели.Предложенная оптимизация позволила достичь значительного снижения потерь энергии, улучшения фазового баланса и повышения загрузки трансформаторов. Наиболее эффективным оказался вариант полной реконфигурации схемы, обеспечивающий экономию более 1 млн рублей в год. Полученные результаты подтверждают применимость модели для модернизации сетей 6–10 кВ в условиях неравномерной нагрузки.Проведённая работа подтвердила эффективность применения методов моделирования и оптимизации для распределительных сетей. Используемый подход позволяет системно подходить к реконструкции электросетей, минимизируя потери и повышая надёжность. Разработанная методика применима при модернизации сетей не только в промышленных зонах, но и в быстроразвивающихся жилых микрорайонах. Она также может стать основой для автоматизированных систем управления распределением нагрузки и планирования инвестиций в энергетическую инфраструктуру.Предложенная оптимизация позволила достичь значительного снижения потерь энергии, улучшения фазового баланса и повышения загрузки трансформаторов. Наиболее эффективным оказался вариант полной реконфигурации схемы, обеспечивающий экономию более 1 млн рублей в год. Полученные результаты подтверждают применимость модели для модернизации сетей 6–10 кВ в условиях неравномерной нагрузки.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 3
Ссылка для цитирования:
Ульбрехт Д.А., Иваницкий М.С. ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ И ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ 6 КВ С ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ ОБОСНОВАНИЕМ // Вестник науки №6 (87) том 3. С. 2406 - 2412. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/24506 (дата обращения: 13.01.2026 г.)
Вестник науки © 2025. 16+