e-mail: Irene@UkrTop.com

Многочисленные исследования показали, что большинство существующих методов расчета электрических нагрузок дают завышенные показатели. Что, в свою очередь, приводит к существенному завышению капиталовложений на построение и эксплуатацию сети электроснабжения. Например, в соответствии с расчетной нагрузкой выбирают оборудование сети электроснабжения, которое в реальных условиях будет работать с реальной нагрузкой. И чем ближе расчетная нагрузка к реальной, тем меньше будут материальные затраты на приобретение оборудования и меньшие потери электроэнергии на холостой ход. Это один из немногих примеров, но самый распространенный. Ведь в Донецкой области на промышленных предприятиях лишь единицы высоковольтных трансформаторов работают на 20% своей мощности (теоретически они должны быть загружены на 70%). А ущерб от нарушения электромагнитной совместимости составляет порядка сотен миллионов гриве в год. Этим и обусловлена практическая актуальность исследования в области электрических нагрузок и, в первую очередь, необходимость совершенствования действующих указаний по их расчету.

Соответственно двум основным эффектам нагрева проводника следует различать два различных по физическому смыслу значения расчетной нагрузки I_р (эквивалент переменной электрической нагрузке):

2.2 Вероятностные модели графиков электрических нагрузок

Модель случайного графика нагрузок может быть представлена следующими параметрами: номинальной мощностью (Р_н), коэффициентом использования (k_и), коєффициентом загрузки (k_з), коєффициентом реактивной мощности (tgj), видом и параметрами корреляционной функции (КФ) или средней длительностью цикла (t_ц).

Для простоты рассмотрим двухступенчатый график активной электрической нагрузки, где импульс Р= k_з Р_н длительностью t_в = k_н t_ц / k_з, а нулевая пауза р_хх=0 длиться t_о= t_ц - t_в. В реальных условиях электроприёмник работает, как правило, периодически, поэтому КФ нагрузки, имеющую экспоненциально-косинусоидальный характер, аппроксимируем следующим уравнением:

k(τ) = Dp e^-α|τ| cos ω_οτ, (1.5)

де Dp –дисперсия индивидуального графика нагрузки;

α –обратный параметр времени корреляции, с^-1;

ω_ο – частота периодической составляющей, с^-1.

Dp = Р_н k_н (k_з – k_и), (1.6)

(1.7)

ω_о =2π / , t_ц. . (1.8)

k(τ) = DΠ e^-α|τ|, (1.9)

, (1.17)

, (1.18)

где R_o–активное сопротивление жили проводника при температуре 20 ^оС, Ом;

z_о – величина пропорциональная температуре перегрева проводника.

• метод коэффициента спроса;
• метод двухчленной формулы;
• метод удельного расхода электроенергии;
• метод удельной плотности нагрузки;
• принцип парциальных расчетных нагрузок.
• метод технологического графика

К общим недостаткам эмпирических методов можно отнести ограниченность области применения, так как эмпирические методы для расчета нагрузок действуют только на тех предприятиях, для которых они были разработаны. Также эмпирические методы не учитывают процессов усовершенствования технологического оборудования.

2.5 Аналитические методы расчета нагрузок

Аналитические методы расчета нагрузок принципиально более точные, чем эмпирические методы. Они учитывают особенности технологического процесса конкретного производства и режимы работы электроприёмников.

К аналитическим методам расчета нагрузок относятся:

• метод упорядоченных диаграмм;
• статистический метод;
• модифицированный статистический метод;
• инерционный метод;
• иерархический структурный метод;
• метод эквивалентирования квантилем электрической нагрузки.

Аналитические методы условно можно разделить на две подгруппы: кумулятивные методы и методы основанные на расчете максимальной температуры перегрева проводника.

Существующие аналитические методы расчета электрических нагрузок основаны на допущениях, которые не обеспечивают достоверности из-за существования несоответствия принятых в теории электрических нагрузок моделей нагрева проводника и групповой нагрузки.

2.6 Имитационный метод расчета нагрузки

Метод статистического моделирования (имитации) применяется для решения тех задач, которые не могут быть решены аналитически. В теории электрических нагрузок - это задача определения закона распределения процесса Z_o(t). Применение метода статистического моделирования требует имитации случайных процессов с заданными характеристиками. В основу расчета положены общепринятые модели группового графика нагрузки и нагрева проводника. При воспроизведении группового графика нагрузки массовых ЭП требуется имитация нормального случайного процесса с експоненциальной КФ К(t ). Для этого используем метод элементных процессов, согласно которому нормальный процесс Р(t) с заданной КФ К(t ) получается суммированием N_э элементных процессов р(t) с одинаковыми КФ.

. (1.8)

На суточном графике электрической нагрузки можно выделить участки, на которых он является стационарным эргодическим процессом. В связи с этим процессы изменения электрических нагрузок и греющих доз можно изучать по ансамблям реализаций. В этом случае характеристики процесса и функция распределения рассчитываются по одному сечению ансамбля, поэтому достаточно имитировать реализации продолжительностью t_п (время затухания переходного процесса) и определить характеристики по последнему сечению.

Алгоритм имитационного метода определения РН включает следующие этапы:

• имитация ансамбля реализаций группового графика нагрузки I (t) или активной мощности Р(t);
• расчет ансамбля реализаций греющей дозы Z_Т(t) согласно интегралу Дюамеля:

, (1.9)

где h(t) =1-e^-t /T– переходная функция инерционного звена.

• расчет статистической функции распределения греющей дозы по сечению полученного ансамбля Z_Т(t), взятому после затухания переходного процесса нагрева в момент времени t_п;
• определение расчетного максимального значения греющей дозы Z_ТР с заданной граничной вероятностью Е_х в соответствии с принципом практической уверенности по статистической функции распределения греющей дозы F(Z_T):

F(Z_TР)=1- Е_{х .} (1.10)

• определение расчетной нагрузки по току(!) или по активной мощности (!).

Точность воспроизведения характеристик случайного процесса зависит от количества N его реализаций. Для его определения используется подход, применяемый при обработке данных для расчета доверительных интервалов оценок характеристик случайных процессов.

2.7 Метод греющих доз

Инженерный метод определения РН создан на основе оценки нагрева по эффективному максимуму, так как РН равна квадратному корню из расчетного значения греющей дозы.

Выражение для определения РН согласно принятых обозначений имеет вид:

, (1.11)

где Z_TР - греющая доза;

Z_ТС - среднее значение греющей дозы;

b _zт- статистический коэффициент.

Среднее значение греющей дозы Z_TС не зависит от постоянной времени нагрева и равно квадрату эффективного значения группового графика и можно считать, что расчетная нагрузка равна эффективной.

При нормальном законе распределения нагрузки дисперсия греющей дозы DZ_T определяется согласно формуле

. (1.12)

Точное значение статистического коэффициента b _zт можно определить только имитационным методом по закону распределения греющей дозы (в практически возможном диапазоне значений постоянной времени нагрева проводника b _zт = 1,76-1,97).

Алгоритм определения расчетной нагрузки согласно методу греющих доз включает следующие этапы:

• определение средних значений группового графика и греющей дозы;
• расчет коэффициента формы группового графика;
• определение эквивалентного параметра КФ групповой нагрузки;
• расчет дисперсии греющей дозы по выражению (1.12);
• расчет статистического коэффициента согласно выражению

b _zт=-0,3+1,9К_ф; (1.13)

• определение расчетной нагрузки согласно формуле (1.11), предположив, что b _zт=b _zтк..

2.8 Уточненный метод греющих доз

В основу уточненного метода греющих доз положен принципиально другой способ определения статистического коэффициента и дисперсии греющей дозы.

Значение статистического коэффициента в диапазоне практически возможных значений постоянной времени нагрева почти не зависит от закона распределения и коэффициента формы группового графика электрической нагрузки и лежит в пределах от 1,76 до 1,97. Поэтому в уточненном методе греющих доз принимается, что b _zт=1,72. А дисперсия греющей дозы определяется следующим образом по упрощенной формуле:

, (1.13)

где DZ₀ – дисперсия группового графика нагрузки, т. е. дисперсия греющей дозы при Т=0.

При количестве электроприёмников не превышающем 40 алгоритм метода греющих доз совпадают и включают в себя следующие этапы:

• определение среднего значения греющей дозы;
• рассчитать эквивалентный параметр КФ группового графика нагрузки;
• найти дисперсию квадратичного процесса DZ₀ по функции распределения греющей дозы при Т=0; определить дисперсию греющей дозы по приближенной формуле (1.14);
• найти расчетную нагрузку согласно (1.11).

На основе модифицированного метода греющих доз разработаны новые Указания по расчету электрических нагрузок.

3. Основные результаты работы

1. Представлена ретроспектива развития понятия “расчетная нагрузка”;
2. Адаптация метода греющих доз к существующей практике расчета электрических нагрузок;
3. Разработаны новые “Указания по расчету электрических нагрузок”, основанные на модифицированном методе греющих доз. В указаниях используют полученные в (3) зависимости для определения коэффициента расчетной нагрузки.
4. Проведены практические расчеты на основе разработанных Указаний, которые доказывают преимущества разработанного метода.

 

4. Перечень публикаций

1. Жохов Б.Д. анализ причин завышения расчетных нагрузок и возможная их коррекция //Промышленная энергетика.-1989.-№7.-С.17.21.
2. Руководящий технический материал. Указания по расчету электрических нагрузок: РТМ 36.18.32.4-92: Утв. ВНИПИ Тяжпромэлктропроект: Введен с 01.01.93/ Инструктивные и информационные материалы по проектированию электроустановок. - М.: ВНИПИ Тяжпромэлктропроект, 1992.-№6-7. –С.4.27.
3. Куренный Э.Г., Дмитриева Е.Н., Погребняк Н.Н. Совершенствование методов расчета электрических нагрузок// Промислова електроенергетика та електротехніка. Інформаційний збірник.- К.: ТОВ “ЕТІН”. – 1997. – випуск 4. – С.14-28.
4. Погребняк Н.Н. Статистические решения нелинейных задач теории электрических нагрузок сетей электроснабжения промышленных предприятий.// Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 4 – Донецк: ДонГТУ. – 1999. -С.173-176.
5. Электрические нагрузки промышленных предприятий / С.Д.Волобринский, Г.М.Каялов, П.Н.Клейн, Б.С.Мешель.-Л.:Энергия, 1971. – 264 с.
6. Шидловский И.В., Степанов В.П. Развитие методов расчета электрических нагрузок // Электричество. – 1993. – №2. – С. – 1-9.