Введение
Электрическая энергия – одна из наиболее потребляемых энергий в жизнедеятельности
человека. Поэтому вопрос энергосбережения является важнейшим в настоящее время. Из-за экономической нестабильности стоимость
электрической энергии растет, а следовательно и затраты на производство продукции. Значительную часть этих затрат занимают расходы
на электроэнергию, поэтому перед промышленными предприятиями стоит задача рационального использования энергетических ресурсов.
Исследование режимов электропотребления – один из способов решения поставленной задачи.
Режим электропотребления характеризуется суточными графиками нагрузки энергосистемы.
Повышение удельного веса коммунально-бытового и сельскохозяйственного электропотребления в значительной мере увеличивает
неравномерность суточных графиков нагрузок энергосистемы. Поэтому возрастает актуальность выравнивания графиков нагрузок. Одним
из направлений снижения неравномерности графиков нагрузок энергосистем является снижение потребляемой мощности в промышленных
электрических сетях за счет управления электропотреблением непосредственно на промышленных предприятиях. Однако эффективность
управления электропотреблением снижается из-за отсутствия на многих промышленных предприятиях информационно-измерительных и
управляющих систем электропотребления. В связи с этим особую важность приобретают работы, направленные на создание технических
средств и разработки методов контроля и оперативного управления электропотреблением.
Исследование режимов электропотребления, разработка норм расхода и внедрение
рекомендаций по снижению потерь электрической энергии может дать значительный экономический эффект.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
• изучить режимы электропотребления;
• проанализировать методы исследования режимов электропотребления.
Практическая ценность
Результаты работы могут быть использованы на промышленных предприятия для
рационального потребления электрической энергии.
В первом разделе рассматриваются режимы электропотребления.
Работа электрической сети, как составной части электроэнергетического комплекса,
характеризируется совокупностью показателей, которые меняются во времени. Изменение условий работы системы электроснабжения
(СЭС) сопровождается переходными процессами, которые вызывают изменение режимов систем электроснабжения. Совокупность
процессов, которые характеризируют условия работы СЭС и ее состояние в какой-либо момент времени, называется режимом системы.
Количественные показатели режима (параметры режима) – это значения мощности, напряжения, тока и других показателей, связанных
между собой зависимостями через определенные параметры схемы сети [1].
К параметрам схемы принадлежат сопротивления и проводимости элементов,
коэффициенты трансформации, постоянные времени, коэффициенты усиления и другие параметры, обусловленные физическими
свойствами и схемой соединения элементов, а также расчетными данными.
В СЭС имеют место установившиеся и переходные (нестационарные) режимы.
Первые характеризируются постоянными или медленными незначительными изменениями параметров режима системы
электроснабжения, а вторые – их быстрыми изменениями во времени.
По характеру изменения параметров режима СЭС различают четыре вида режимов:
- нормальные установившиеся, когда значения параметров режима изменяются в пределах, которые отвечают нормальной работе потребителей, обусловленной их основными технико-экономическими характеристиками;
- нормальные переходные, которые отвечают обычным эксплуатационным изменениям в СЭС (включение, переключение, изменение нагрузки и т.д.). Эти режимы характеризируются быстрым и резким изменением параметров состояния роботы некоторых элементов СЭС при незначительных изменениях параметров режима в ее узлах;
- аварийные переходные, которые выполняют в СЭС под действием таких изменений в схемах электрических соединений, при которых значения параметров режима заметно отличаются от номинальных;
- послеаварийные установившиеся после отключения поврежденных элементов СЭС,
обусловленного необходимостью ликвидации аварии. Параметры режима СЭС могут быть в них близкими к параметрам нормального
режима или значительно отличаться. Соответственно имеет место благоприятный и ли неблагоприятный выход из аварийного
состояния в СЭС [2].
Во втором разделе описывается методы расчета режимов электроснабжения
Расчеты установившихся режимов сетей выполняют как на стадии проектирования,
так и в процессе эксплуатации. Обусловлено это тем, что необходимо делать оценку условий, в которых будет работать оборудование
электрических сетей, а потребители будут получать электрическую энергию. Такие оценки дают возможность установить допустимые
границы отклонения тех или иных параметров режима, при которых будет обеспечиваться необходимое качество электрической энергии,
и возможность функционирования электрической системы или сети. Кроме того, такие расчеты являются основой экономических расчетов
и позволяют осуществить оптимизацию режима электрических сетей [3].
Определение параметров режима в проектной практике, носит название электрических
расчетов сетей. Исходными данными для таких расчетов являются: схемы электрических сетей, данные про типы проводов на каждом
участке, длина участков, данные про трансформаторы, данные про источник энергии и заданные значения напряжения в отдельных пунктах
сети, расчетные мощности потребителей. Расчеты режима могут выполняться для любой нагрузки, но чаще всего такие расчеты выполняют
для режима наибольших и наименьших нагрузок, считая, что, когда при этих крайних нагрузках режим работы будет удовлетворительный,
то он будет удовлетворительный и при любых значениях нагрузок, которые лежат в указанных пределах.
Электрическая сеть представляет собой достаточно сложный электрический объект.
Поэтому, электрические расчеты выполняют на схемах замещения. В расчетных формулах используют значение тока (мощности) и
напряжения, которые относятся к одной и той же точке сети. Потери мощности и напряжения определяют за тем током (мощностью),
который непосредственно проходит через сопротивление.
При расчетах режимов используют основные законы электрических цепей. Однако расчеты
режима электрических сетей достаточно сложные, что обусловлено как особенностями нагрузки, так и количеством элементов, которые
составляют расчетную схему. Наибольшие трудности вызывает то обстоятельство, что в начале расчетов известно напряжение источника
(базисного узла), а в точках подключения потребителей, нагрузка которых зависит от напряжения, напряжение неизвестно. Значение этого
напряжение необходимо знать в процессе выполнения расчетов. В связи с этими условиями на практике применяются два основных метода
расчетов: метод систематизированного подбора и метод последовательных наблюдений (итерационный метод). Первый применяют к очень
простым схемам при условиях допустимости значительных погрешностей. Более применим второй метод. Согласно с методом
последовательных наблюдений [4] предусматривается последовательный переход от грубых ответов на задачу до более точных. Первое
приближение (нулевая итерации) при этом определяется априорным путем представления некоторых данных на основе возможных значений вычисленных параметров. Для электрических сетей таким является расчет, в основу которого положено допущение про равенство напряжений в каких-либо точках схемы ее номинальному значению. Это позволяет определить потери мощности в каждом элементе схемы и найти мощность в той точке сети, где в начале расчетов известно значение напряжения. Затем переходят к первой итерации: путем определения потерь напряжения определяют значение напряжения в местах подключения потребителей. После уточнения параметров нагрузки потребителей повторяют расчеты потерь мощности и уточняют значение мощности в базисном узле. В дальнейшем процедуру расчетов повторяют. Практика расчетов показала, что для электрических сетей районного значения достаточно нулевой и первой итерации с учетом того, что допустимая погрешность расчетов не должна превышать 10%, а в сетях местного предназначения достаточно и нулевой итерации.
В настоящее время расчет и анализ режимов электрических сетей и электроэнергетических систем целесообразно выполнять на ЭВМ.
Комплекс программ (цифровых моделей) анализа режимов эффективен только тогда, когда он выполняется автоматически без прямого
участия человека – оператора в процессе обработки информации и принятия решения. Это требует применения формализованных методов
анализа, обеспечив автоматическое (машинное) формирование и решение уравнений состояния электрических сетей или энергетических
систем. Традиционные методы анализа режимов непосредственно не соответствуют этим условиям, поскольку их алгоритмы не
обеспечивают автоматическое формирование уравнений, эффективного использования ЭВМ для управления энергетическими системами [5].
Использование ЕВМ для расчетов режимов сетей и электроэнергетических систем требует таких методов составления задач
и их решения, которые достаточно легко могут быть переведены в алгоритм и программу для ЭВМ. Для этого программы на
ЭВМ должны носить универсальный характер, что делает их применимыми для любой схемы и какого-либо режима нагрузки.
Такие задачи успешно можно решать используя методы матричной алгебры и теории графов. С помощью графов представляют
конфигурацию (геометрическую схему) электрической сети, матрицы используют для аналитической записи графов и параметров
элементов сетей, многомерные векторы – для записи параметров режима [6].
В третьем разделе рассматриваются методы исследования режимов электропотребления.
Для режимов электропотребления характерны колебания электропотребления.
Колебания бывают стационарные и не стационарные. Стационарные колебания учитываются при анализе параметров режима.
Не стационарные колебания возникают из-за нарушений состояния и работы электрооборудования и отрицательно влияют на
технико-экономические показатели электропотребителей [7].
Для исследования режимов электропотребления применяется
«Метод симметрирования для выделения стационарных компонентов режимов производства и расходов энергоносителе»
(Дмитриева Е.М., Лютый А.П.) [1, 10]. Суть данного метода заключается в симметрировании процесса производства и связанных с
ним процессов электропотребления на все области изменения параметров режима.
Для режима проектной продуктивности на предприятиях устанавливаются норма в
ыпуска продукции Vтн за принятый интервал времени Т (сутки, месяц, год и т.д.) и нормы расхода электроэнергии pн, которые в
дальнейшем позволяют рассчитать расходы электропотребителей.
Различают дифференциальные и интегральные параметры режима.
К интегральным относятся: объем выпуска продукции Vт, расход электроэнергии Wт, которые определяются за определенный период
времени. Дифференциальные параметры: активная мощность p и скорость производства y. Эти параметры характеризуются средними
значениями yc, pc; стандартами и корреляционными функциями расхода электроэнергии и скорости производства.
Стандарт выпуска продукции в стационарном режиме рассчитывается в именованных единицах по формуле:
 (1)
Отсюда видно, что стандарт будет уменьшаться с увеличением базового интервала.
Допустимые диапазоны статических колебаний составляют:
 (2)
Рисунок 1 - Графическое изображение хода симметрирования
где  – статический коэффициент, который определяется по заданной вероятности выхода величин за границы диапазона.
Исходя из выражений (2) можно сделать вывод, что нормы для проектного режима можно использовать при больших значениях базового интервала.
Выделение стационарного процесса происходит в два этапа: симметрирование процесса производства, симметрирование процессов электропотребления.
Первый этап осуществляется следующим образом: данные выпуска продукции, полученные экспериментально и превышающие средние значение, сохраняются. Данные выпуска продукции с малыми значения ми заменяются на симметрированные значения, которые обеспечивают центральную симметрию функции распределения относительно центра симметрирования С, с координатами (Vс;0,5). На рисунке 1 ход симметрирования показан стрелками для точки А, абсцисса Vп которой меньше среднего значения. Через точки А и С проводится прямая линия. Искомая абсцисса симметрированных значений Vк определяется по формуле:
Vк=2Vc-Vп.
Определим среднее значение Vс (зависит от типа функции – ступенчатая или линейная и от количества ординат N – парные, непарные) по статической функции распределения – при ординате равной 0,5:
Vc=(V_+V+)/2
WVc=(W_+W+)/2 (3)
По массиву значений Vп и Vк со средним значением Vс определяется гипотетический стандарт. Рассчитанные средние значение и стандарт определяют нормальный выпуск продукции, а по уравнениям (2) определяют границы изменения объемов выпуска продукции и расходы электроэнергии в стационарном режиме. Если значения выходят за нижнюю границу – недовыпуска продукции из-за нестационарных колебаний, а превышение верхней границы – превышение плановой продуктивности.
Заключение
Математическая модель стационарного режима в виде системы коррелированных нормальных случайных процессов изменения параметров режима позволяет установить диапазонные нормы выпуска продукции и электропотребления, а также недовыпуск продукции и перерасходы электроэнергии. Таким образом с помощью данного метода можно решить актуальную проблему экономии электроэнергии и эффективности ее использования.
Литература
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
|
|
