Kelly N.J. Modelling thermal/electrical systems in the built environment



	Modelling thermal/electrical systems in the built environment Kelly, N.J. 1995 ESRU Occasional Paper University of Strathclyde, Energy Simulation Research Unit, Glasgow. Ссылка на статью первоисточник на языке оригинала... Ниже представленна выдержкаи по теме из статьи: 3. Введение Области применения моделирования являются многочисленными и включают в себя моделирование проводимости, моделирование потока воздуха/ жидкости, анализ солнечного излучения, исследование уровня освещенности и построения климатического моделей взаимодействия. Однако одной из наиболее финансово емких объектов является энергетика, а именно - способность предсказать объемы потребления электроэнергии предприятием. Отсутствие адекватной модели в пределах построения имитационных программ как таковых - важное упущение когда (в 1991) объем потребленной мощности составил 15 %, это приблизительно 241 048 ГВт от общего выработанного количества, приблизительно 155 655 ГВт приходилось на потери при транспортировке. К 1992 г. потребляемая мощность составила приблизительно 8.7 % (DTI, 1992) от общего количества выработанной электроэнергии. Окружающая среда состоит приблизительно из 19 % смеси углекислого газа, однако если мы прибавим число выбросов на производства электрической энергии то цифра составит приблизительно 39 % полной смеси CO2 (61 миллион тонн). Выводы при анализ расчетов очевиден, потребление электрической энергии и взаимодействие с окружающей средой является очень существенным как в экологическом так и в экономическом контексте. До сих пор большее внимание при проектировании зданий уделяется исследованию расхода электроэнергии системой потребителя. Это было в значительной степени вследствие того, что поставка энергии была из внешних источников к системе, электричество и газ были куплены крупным национальным поставщиком для минимизации использования этих источников энергии. С появлением потребителей комбинированной высокой температуры и мощности производство энергии стало значительной частью системы здания, а следовательно потребность включать источники энергии проект здания стала все более и более очевидной. Моделирование окружающей среды с помощью ESP-r ESP-r было описано следующим образом: • ESP-r- переходная система моделирования энергии, способная к имитации энергии и массовых потоков в пределах объединений и систем зданий, (Клэйрк, 1985). • ESP-r было создано в Университете Стратклайда более чем два десятилетия назад, с тех пор как начальная версия опытного образца (ESP) была создана в конце 70-ых, но чтобы стать детальной и всесторонней моделью окружающей среды она смогла не скоро(Aasem и другие, 1992). ESP-r - европейская программа моделирования. • Ядро ESP-r - числовой двигатель, который преобразовывает модель пользователей в математическую модель. Математическая модель здания состоит из тысяч элементов и узлов. Уравнения, связанные с каждым узлом и описывающие массу и потоки энергии, могут быть объединены в матрицу и решены для заданных граничных условий времени. Таким образом картина явления составляется из динамической модели здания и реакции на переменные климатические условия. 5. Моделирование потока мощности Теория компьютерного моделирования в анализе систем мощности была хорошо изучена в течение более чем двадцати лет (Stagg and El-Abiad, 1965), в то время как компьютеры стали использоваться в моделировании только с 1940-ых. Моделирование потока мощности системы представляется в виде ряда связанных узлов, или "автобусов" с индивидуальными "грузами" (нагрузками) и источниками накопления. В каждом "автобусе" мощность производится, поглощается, передается "грузом", сумма этих потоков - всегда равна нулю. Целью расчета является определение потока мощности между узлами (активной и реактивной составляющих) с учетом напряжения и угла сдвига фаз в каждой шине. При моделировании потока мощности необходимым условием является то, что все нагрузки известны, а следовательно могут быть расценены как граничные условия для решения. В вычисление нагрузки - первый шаг между инструментом моделирования здания и кодом решения для потока нагрузки, снабжающий инструмент анализа потока мощности динамической информацией при каждом моделировании временного шага. 5.1. Выработка электроэнергии В реальных условиях моделирующая способность ESP-r может заменить продукт работы генератора, следовательно программа моделирования может задавать все необходимые граничные условия для инструмента анализа потока груза (нагрузки). 5.2. Передача Главная задача программы состоит в том, чтобы вычислить поток мощности между узлами. Чтобы достичь этого, знание взаимосвязей между узлами, то есть линиями и трансформаторами, требуется создать модель связи для менее обширного объекта. Результаты сводятся в матрицу, которая и содержит всю информацию относительно взаимосвязей в системе. В любом типе систем мощности могут быть три типа "автобусов", с которыми сталкиваются на практике: • ТИП 0 – колебательное возмущение; • ТИП 1 – нагрузка (потребление); • ТИП 2 – нагрузка (генерация). Нагрузка связанная с генератором, после вычисления потоков мощности системы, остаточная от суммы "грузов", минус полное соотношение суммы колебательных возмущений эквивалентна потерям системы, которые могут быть определены только после сетевого решения. Элементы нагрузки составляют более чем 80 % большинства элементов в системах, активные и реактивные потоки мощности известны, но напряжение, и угол фазы должен быть вычислен. Нагрузка (генератор) это нагрузка от генератора или другого питающего источника, напряжение и активная мощность которого известны, в то время как реактивная мощность и угол сдвига фаз неизвестны. Важные переменные для каждом потребителя - P Gi, Q Gi, P Ti, Q Ti, PLi, Q LI и V я, соответственно выработанная мощность, передаваемая мощность, мощность потребителей и напряжение в узлах. Сумма потоков мощности - всегда ноль. Решение данной задачи обычно сводится к применению итерационных методов Gauss-Siedel или Ньютона-Raphson, достаточных для нахождения значений двух переменных: напряжения и угла сдвига фаз, за счет чего не сложно определить все другие свойства системы. Нагрузка линий передач представляется в моделировании тремя основными составляющими – это активная, реактивная и емкостная составляющие. Задача линии передач сводится к передаче потоков мощности от одного потребителя в системе к другому. Блок линия-трансформатор: для регулирования величины потоков мощности от одного пункта в системе к другому. Главной задачей трансформатора является регулирования напряжения в пределах определенного пункта распределения мощности. Что осуществляется за счет определенных конструктивных особенностей данного оборудования.