Вступ
Електрична енергія – одна з найбільш споживаних енергій в життєдіяльності людини.
Тому питання енергозбереження є нині найважливішим. Через економічну нестабільність, вартість електричної енергії зростає,
а отже і затрати на виробництво продукції. Значну частку цих затрат займають витрати на електроенергію, тому перед промисловими
підприємствами стоїть задача раціонального використання енергетичних ресурсів. Дослідження режимів електроспоживання – один
із способів рішення поставленої задачі.
Режим електроспоживання характеризується добовими графіками навантаження
енергосистеми. Підвищення питомої ваги комунально-побутового і сільськогосподарського електроспоживання значною мірою
збільшує нерівномірність добових графіків навантажень енергосистеми. Тому зростає актуальність вирівнювання графіків навантажень.
Одним з напрямів зниження нерівномірності графіків навантажень енергосистем є зниження споживаної потужності в промислових
електричних мережах за рахунок управління електроспоживанням безпосередньо на промислових підприємствах. Однак ефективність
управління електроспоживанням знижується через відсутність на багатьох промислових підприємствах інформаційно-вимірювальних
і управляючих систем електроспоживання. У зв'язку з цим особливу важливість набувають роботи, спрямовані на створення технічних
засобів і розробки методів контролю та оперативного керування електроспоживанням.
Дослідження режимів електроспоживання, розробка норм витрати і запровадження
рекомендацій по зниженню втрат електричної енергії може дати значний економічний ефект.
Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні задачі:
• вивчити режими електроспоживання;
• проаналізувати методи дослідження режимів електроспоживання.
Практична цінність
Результати роботи можуть бути використані на промислових підприємства для раціонального
споживання електричної енергії.
У першому розділі розглядаються режими електроспоживання
Робота електричної мережі, як складової частини електроенергетичного комплексу,
характеризується сукупністю показників, які змінюються в часі. Зміна умов роботи системи електропостачання (СЕП) супроводжується
перехідними процесами, які викликають зміну режимів систем електропостачання. Сукупність процесів, які характеризують умови
роботи СЕП і її стан в який-небудь момент часу, називається режимом системи. Кількісні показники режиму (параметри режиму) –
це значення потужності, напруги, струму і інших показників, пов'язаних між собою залежностями через певні параметри схеми мережі [1].
До параметрів схеми належать опори і провідності елементів, коефіцієнти трансформації,
постійні часу, коефіцієнти посилення та інші параметри, обумовлені фізичними властивостями і схемою з'єднання елементів, а також
розрахунковими даними.
У СЕП мають місце сталі і перехідні (нестаціонарні) режими. Перші характеризуються
постійними або повільними незначними змінами параметрів режиму системи електропостачання, а другі – їх швидкими змінами в часі.
За характером зміни параметрів режиму СЕП розрізняють чотири види режимів:
- нормальні сталі, коли значення параметрів режиму змінюються в межах, які відповідають
нормальній роботі споживачів, обумовленій їх основними техніко-економічними характеристиками;
-нормальні перехідні, які відповідають звичайним експлуатаційним змінам в СЕП (включення,
перемикання, зміна навантаження і т.д.). Ці режими характеризуються швидкою і різкою зміною параметрів стану роботи деяких елементів
СЕП при незначних змінах параметрів режиму в її вузлах;
- аварійні перехідні, які виконують в СЕП під дією таких змін в схемах електричних з'єднань,
при яких значення параметрів режиму помітно відрізняються від номінальних;
- післяаварійні сталі після відключення пошкоджених елементів СЕП, обумовленого необхідністю
ліквідації аварії. Параметри режиму СЕП можуть бути в них близькими до параметрів нормального режиму або значно відрізнятися.
Відповідно має місце сприятливий чи і несприятливий вихід з аварійного стану в СЕП [2].
У другому розділі описуються методи розрахунку режимів електропостачання
Розрахунки сталих режимів мереж виконують як на стадії проектування, так і в процесі
експлуатації. Обумовлено це тим, що необхідно робити оцінку умов, в яких працюватиме устаткування електричних мереж, а споживачі
одержуватимуть електричну енергію. Такі оцінки дають можливість встановити допустимі межі відхилення тих або інших параметрів
режиму, при яких забезпечуватиметься необхідна якість електричної енергії, і можливість функціонування електричної системи або
мережі. Крім того, такі розрахунки є основою економічних розрахунків і дозволяють здійснити оптимізацію режиму електричних мереж [3].
Визначення параметрів режиму в проектній практиці, носить назву електричних розрахунків
мереж. Вихідними даними для таких розрахунків є: схеми електричних мереж, дані про типи проводів на кожній ділянці, довжина ділянок,
дані про трансформатори, дані про джерело енергії і задані значення напруги в окремих пунктах мережі, розрахункові потужності споживачів.
Розрахунки режиму можуть виконуватися для будь-якого навантаження, але частіше всього такі розрахунки виконують для режиму
найбільших і найменших навантажень, вважаючи, що, коли при цих крайніх навантаженнях режим роботи буде задовільний, то він буде
задовільний і при будь-яких значеннях навантажень, які лежать у вказаних межах.
Електрична мережа є досить складним електричним об'єктом. Тому, електричні розрахунки
виконують на схемах заміщення. У розрахункових формулах використовують значення струму (потужності) і напруги, які відносяться до
однієї і тієї ж точки мережі. Втрати потужності і напруги визначають за тим струмом (потужністю), який безпосередньо проходить через опір.
При розрахунках режимів використовують основні закони електричних кіл.
Однак розрахунки режиму електричних мереж досить складні, що обумовлене як особливостями навантаження, так і кількістю елементів,
які складають розрахункову схему. Найбільші труднощі викликає та обставина, що на початку розрахунків відома напруга джерела (базисного
вузла), а в точках підключення споживачів, навантаження яких залежить від напруги, напруга невідома. Значення цього напруга необхідне
знати в процесі виконання розрахунків. У зв'язку з цими умовами на практиці застосовуються два основні методи розрахунків: метод
систематизованого підбору і метод послідовних спостережень (ітераційний метод). Перший застосовують до дуже простих схем за умов
допустимості значних погрішностей. Більш застосовний другий метод. Згідно з методом послідовних спостережень [4] передбачається
послідовний перехід від грубих відповідей на задачу до точніших. Перше наближення (нульова ітерації) при цьому визначається апріорним
шляхом представлення деяких даних на основі можливих значень обчислених параметрів. Для електричних мереж таким є розрахунок,
в основу якого встановлено допущення про рівність напруг в яких-небудь точках схеми її номінальному значенню. Це дозволяє визначити
втрати потужності в кожному елементі схеми і знайти потужність в тій точці мережі, де на початку розрахунків відоме значення напруги.
Потім переходять до першої ітерації: шляхом визначення втрат напруги визначають значення напруги в місцях підключення споживачів.
Після уточнення параметрів навантаження споживачів повторюють розрахунки втрат потужності і уточнюють значення потужності в
базисному вузлі. Надалі процедуру розрахунків повторюють. Практика розрахунків показала, що для електричних мереж районного
значення досить нульової і першої ітерації з урахуванням того, що допустима погрішність розрахунків не повинна перевищувати 10%, а в
мережах місцевого призначення досить і нульової ітерації.
У наш час розрахунок і аналіз режимів електричних мереж і електроенергетичних систем
доцільно виконувати на ЕОМ. Комплекс програм (цифрових моделей) аналізу режимів ефективний лише тоді, коли він виконується
автоматично без прямої участі людини – оператора в процесі обробки інформації і ухвалення розв’язання. Це вимагає застосування
формалізованих методів аналізу, забезпечивши автоматичне (машинне) формування і розв’язання рівнянь стану електричних мереж
або енергетичних систем. Традиційні методи аналізу режимів безпосередньо не відповідають цим умовам, оскільки їх алгоритми не
забезпечують автоматичне формування рівнянь, ефективного використання ЕОМ для управління енергетичними системами [5].
Використання ЕОМ для розрахунків режимів мереж і електроенергетичних систем
вимагає таких методів складання задач і їх розв’язання, які досить легко можуть бути переведені в алгоритм і програму для ЕОМ.
Для цього програми на ЕОМ повинні носити універсальний характер, що робить їх застосовними для будь-якої схеми і якого-небудь
режиму навантаження. Такі задачі успішно можна вирішувати використовуючи методи матричної алгебри і теорії графів. За допомогою
графів представляють конфігурацію (геометричну схему) електричної мережі, матриці використовують для аналітичного запису графів
і параметрів елементів мереж, багатомірні вектори – для запису параметрів режиму [6].
У третьому розділі розглядаються методи дослідження режимів електроспоживання.
Для режимів електроспоживання характерні коливання електроспоживання.
Коливання бувають стаціонарні і не стаціонарні. Стаціонарні коливання враховуються при аналізі параметрів режиму. Не стаціонарні
коливання виникають через порушення стани і роботи електроустаткуванні і негативно впливають на техніко-економічні показники
електроспоживачів [7].
Для дослідження режимів електроспоживання застосовується «Метод симметрування
для виділення стаціонарних компонентів режимів виробництва і витрат енергоносіїв» (Дмитриєва Е.М., Лютий О.П. ) [1, 10]. Суть даного
методу полягає в симметруванні процесу виробництва і пов'язаних з ним процесів електроспоживання на всі області зміни параметрів
режиму.
Для режиму проектної продуктивності на підприємствах встановлюються норма випуску
продукції Vтн за прийнятий інтервал часу Т (доба, місяць, рік і т.д.) і норми витрати електроенергії pн, які надалі дозволяють розрахувати
витрати електроспоживачів.
Розрізняють диференціальні і інтегральні параметри режиму. До інтегральних відносяться:
обсяг випуску продукції Vт, витрата електроенергії Wт, які визначаються за певний період часу. Диференціальні параметри: активна
потужність p і швидкість виробництва у. Ці параметри характеризуються середніми значеннями ус, pc; стандартами
 і кореляційними функціями витрати електроенергії і швидкості виробництва.
Стандарт випуску продукції в стаціонарному режимі розраховується в іменованих одиницях
за формулою:
 (1)
Звідси видно, що стандарт зменшуватиметься зі збільшенням базового інтервалу.
Допустимі діапазони статичних коливань складають:
 (2)
Рисунок 1 - Графічне зображення ходу симметрування
де  –статичний коефіцієнт, який визначається по заданій ймовірності виходу величин за
межі діапазону.
Виходячи з виразів (2) можна зробити висновок, що норми для проектного режиму
можна використовувати при великих значеннях базового інтервалу.
Виділення стаціонарного процесу відбувається в два етапи: симметрування процесу
виробництва, симметрування процесів електроспоживання.
Перший етап здійснюється таким чином: дані випуску продукції, отримані експериментально
і перевищуючі середні значення, зберігаються. Дані випуску продукції з малими значення мі замінюються на симметроване значення,
які забезпечують центральну симетрію функції розподілу щодо центру симметрування С, з координатами (Vс;0,5). На малюнку 1 хід
симметрування показано стрілками для точки А, абсциса Vп якої менше середнього значення. Через крапки А і З проводиться пряма лінія.
Шукана абсциса симметрованих значень Vк визначається за формулою:
Vк=2Vc-Vп.
Визначимо середнє значення Vс (залежить від типу функції – східчаста або лінійна і від
кількості ординат N – парні, непарні) по статичній функції розподілу – при ординаті рівної 0,5:
Vc=(V_+V+)/2 (3)
WVc=(W_+W+)/2
По масиву значень Vп і Vк з середнім значенням Vс визначається гіпотетичний стандарт.
Розраховані середні значення і стандарт визначають нормальний випуск продукції, а по рівняннях (2) визначають межі зміни обсягів
випуску продукції і витрати електроенергії в стаціонарному режимі. Якщо значення виходять за нижню межу – недовипуску продукції
через нестаціонарні коливання, а перевищення верхньої межі – перевищення планової продуктивності.
Висновки
Математична модель стаціонарного режиму у вигляді системи корельованих нормальних
випадкових процесів зміни параметрів режиму дозволяє встановити діапазонні норми випуску продукції і електроспоживання, а також
недовипуск продукції і перевитрати електроенергії. Таким чином за допомогою даного методу можна розв'язати актуальну проблему
економії електроенергії і ефективності її використання.
Література
1. Дмитрієва О.М., Лютий О.П. «Метод симетрування для виділення
стаціонарних компонент режимів виробництва і витрат енергоносіїв». Наукові праці ДонНТУ, серія «Електротехніка і енергетика», випуск 79,
Д., 2004. - стр. 100-103.
2. Півняк Г.Г., Кігель Г.А., Волотковська Н.С., Ворохов Л.П., Іванов О.Б.
Електричні мережі систем електропостачання: Навч. посібник. - Дніпропетровськ: Національний гірничний університет, 2003. – 316 с.
3. Цигельман И.Е., Тульчин И.К.
Электроснабжение, электрические сети и освещение.– М.: «Высшая школа», 1970. – 488 с.
4. Автореферат магистранта 2006г. ЭТФ ДонНТУ Топчий В.А.
«Цифровой регистратор параметров режима систем электроснабжения»:
http://masters.donntu.ru/2006/eltf/topchiy/diss/referat.htm
5. Автореферат магистранта 2006г. ЭТФ ДонНТУ Поварёнкина О. В.
«Моделирование стационарного режима энергопотребления»:http://masters.donntu.ru/2006/eltf/povarenkina/diss/index.htm
6. Кудрин Б.И. Электроснабжение
промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 416 с.; М.: Интермет Инжиниринг, 2005. – 672 с.
7. Статья доц. кафедры ЭПП Московского
технического университета Матюнина Ю.В. «Электропотребление электротехнических систем»:
http://www.kudrinbi.ru/public/822/index.htm
8. Калинчик В.П. Контроль и оперативное управление
электропотреблением в промышленных электрических сетях//Киев. – 1983. – С. 5-7.
9. Тарадай В.И. Формирование характеристик
электропотребления при проектировании электрических сетей промышленных предприятий//
Киев. – 1985. – С. 10-11.
10. Статья библиотеки магистранта 2006г. ЭТФ ДонНТУ Поварёнкина О. В.
«Метод симетрування для виділення стаціонарних компонент режимів виробництва і витрат енергоносіїв» Дмитрієва О.М., Лютий О.П.
:
http://masters.donntu.ru/2006/eltf/povarenkina/library/t2.htm
|
|
