Повышение точности расчётов электрических нагрузок коммунально-бытовых потребителей микрорайонов мегаполисов Павлов Андрей Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

1 Обзор существующих методов и основные проблемы расчёта электрических нагрузок микрорайонов мегаполисов. Постановка цели исследования 19

1.1 Эмпирические методы расчёта электрических нагрузок 21

1.2 Аналитические методы расчёта электрических нагрузок 24

1.3 Нормативная база расчёта электрических нагрузок

1.3.1 Расчёт электрических нагрузок жилых и общественных зданий 33

1.3.2 Расчёт электрических нагрузок промышленных и коммунальных предприятий 36

1.3.3 Расчёт электрической нагрузки микрорайона и города в целом

1.4 Современное состояние и проблемы расчёта электрических нагрузок микрорайонов мегаполиса 38

1.5 Выводы 41

2 Экспериментальное обследование электрических нагрузок микрорайона мегаполиса 43

2.1 Общие сведения по объекту обследования 43

2.2 Результаты обследования электрических нагрузок

2.2.1 Электрические нагрузки микрорайона мегаполиса 47

2.2.2 Электрические нагрузки жилых домов 51

2.3 Оценка уровня заселённости микрорайона и жилых МКД 55

2.4 Сравнение расчётных и фактических электрических нагрузок микрорайона и жилых МКД 59

2.5 Выводы 60

3 Анализ суточных графиков электрической нагрузки. Математическое моделирование графиков электрической нагрузки жилых многоквартирных домов 62

3.1 Общие положения 62

3.2 Определение основных характеристик ГЭН жилых МКД 62

3.3 Анализ корреляционных связей ГЭН жилых МКД

3.3.1 Корреляция случайных составляющих ГЭН жилых МКД 67

3.3.2 Корреляция трендовых составляющих ГЭН жилых МКД

3.4 Проверка гипотезы о нормальном законе распределения случайной составляющей ГЭН 77

3.5 Математическое моделирование группового графика нагрузки

3.5.1 Сложение индивидуальных ГЭН без учёта их взаимной корреляции 81

3.5.2 Сложение индивидуальных ГЭН с учётом их взаимной корреляции 82

3.5.3 Предельные значения для дисперсии и коэффициента формы суммарного ГЭН при сложении одинаковых индивидуальных ГЭН 83

3.6 Выводы 84

4 Уточнённые методики расчёта электрических нагрузок для микрорайонов мегаполисов с жилыми многоквартирными домами оснащёнными электроплитами. Примеры расчётов электрических нагрузок 86

4.1 Общие положения 86

4.2 Уточнение методики расчёта электрических нагрузок СП 31-110-2003 и РД 34.20.185-94 87

4.3 Разработка уточняющей модели расчёта электрической нагрузки микрорайона 92

4.3.1 Мультипликативная модель расчёта электрических нагрузок группы квартир 96

4.3.2 Аддитивная модель расчёта электрических нагрузок группы квартир 101

4.3.3 Адаптация универсального метода расчёта электрической нагрузки профессора Каждана А.Э.

4.4 Примеры расчётов электрических нагрузок микрорайонов. Сравнение расчётных и фактических электрических нагрузок 108

4.4.1 Расчёт электрических нагрузок МКД и микрорайонов по СП 31-110-2003, с учётом корректированных значений удельных электрических нагрузок квартир и коэффициентов несовпадения максимумов нагрузок 110

4.4.2 Расчёт электрических нагрузок квартир МКД по аддитивной модели 114

4.4.3 Расчёт электрических нагрузок МКД по мультипликативной модели 117

4.4.4 Расчёт электрических нагрузок МКД с помощью адаптированного универсального метода 121

4.4.5 Расчёт электрических нагрузок микрорайонов по укрупнённым показателям РД 34.20.185-94 124

4.5 Выводы 125

Заключение 128

Список использованной литературы

• Нормативная база расчёта электрических нагрузок
• Электрические нагрузки микрорайона мегаполиса
• Анализ корреляционных связей ГЭН жилых МКД
• Уточнение методики расчёта электрических нагрузок СП 31-110-2003 и РД 34.20.185-94

Введение к работе

Актуальность темы диссертации. В последние годы стали наблюдаться случаи, когда расчётные электрические значительно превышают фактические электрические нагрузки для микрорайонов с долей жилой застройки более 70 % с жилыми многоквартирными домами (МКД) оснащёнными электроплитами мощностью 8,5 кВт, определённые в соответствии с СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».

Величина превышения расчётных электрических нагрузок, по результатам
замеров фактических электрических нагрузок шести микрорайонов Московской
области, выполненных специалистами ОАО «Московская объединённая
электросетевая компания» (ОАО «МОЭСК»), в сравнении с проектными
электрическими нагрузками, определёнными специалистами ЗАО

«Мосрегионстрой» по методике СП 31-110-2003, являющейся ведущей российской домостроительной компанией, достигает 107329 %.

Завышения расчётных электрических нагрузок микрорайонов жилой застройки более чем в два раза не могут быть оправданы резервом мощности для дальнейшего развития инфраструктуры микрорайонов, так как, во-первых: строительство новых объектов коммунально-бытового назначения на территории микрорайона обязательно сопровождается строительством новых источников питания, во-вторых: с повсеместным внедрением энергосберегающих технологий и бытовой техники, в последние годы, можно вполне ожидать спада электропотребления в коммунально-бытовой сфере, в-третьих: плата за присоединение к электрическим сетям, в некоторых регионах России, может достигать десятков тысяч рублей за один кВт присоединяемой мощности, в результате чего этот пункт расхода на строительство микрорайона может значительно повысить общую стоимость проекта и одного квадратного метра жилой площади для населения.

Развитие науки и техники сопровождается появлением всё новых видов бытовых электроприёмников, при этом наблюдаются следующие тенденции:

снижение единичных мощностей электроприёмников (холодильники, осветительное оборудование и т.д.) с постоянным режимом работы;

увеличение единичных мощностей электроприёмников с кратковременным режимом работы (электрочайники, микроволновки и т.д.), для снижения их времени работы.

Изменения режимов работы и установленных мощностей бытовых приборов приводят к тому, что существующие методы расчёта электрических нагрузок (РЭН) коммунально-бытовых электроприёмников и их справочно-нормативная база уже не могут обеспечить требуемую точность. Таким образом, на сегодняшний день актуальным является выполнение экспериментальных обследований электрических нагрузок действующих микрорайонов жилой застройки, для получения уточенных справочных данных и разработки новой методики РЭН по этой категории электрических нагрузок.

Целью данной работы является повышение точности РЭН МКД с электрическими плитами и микрорайонов в целом, путём актуализации основных

расчётных компонентов, используемых в существующих методах РЭН, а также разработки новой уточняющей методики РЭН на основе экспериментальных обследований электрических нагрузок этой категории потребителей.

Для достижения поставленной цели в данной работе ставятся и решаются следующие задачи исследования:

1. Экспериментальное исследование графиков электрической нагрузки (ГЭН)
на уровнях отдельных вводов в МКД, трансформаторных подстанций (ТП) 10/0,4
(20/0,4) кВ и распределительных трансформаторных подстанций (РТП) 10(20) кВ
микрорайона;

2. Получение основных характеристик ГЭН и определение расчётных
коэффициентов и удельных нагрузок, необходимых для РЭН МКД, ТП 10/0,4
(20/0,4) кВ и микрорайона в целом;

3. Математическое моделирование индивидуальных и групповых ГЭН МКД и
микрорайона в целом;

4. Разработка методики РЭН для жилой части МКД оснащённых
электроплитами;

5. Тестирование разработанной методики РЭН на введённых в эксплуатацию
МКД микрорайонов Московской области;

6. Выполнение РЭН МКД для проектируемых микрорайонов Московской
области.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы статистической обработки экспериментальных ГЭН, математическое вероятностное моделирование процессов электропотребления с использованием ЭВМ, элементы корреляционной теории случайных процессов, регрессионный анализ.

Области исследования соответствуют научному направлению специальности 05.14.02 «Электрические станции и электроэнергетические системы»:

1. «пункту 6 «Разработка методов математического и физического моделирования в электроэнергетике», так как в работе выполнено математическое моделирование суточных графиков электрических нагрузок МКД и разработка математических моделей максимальных нагрузок групп квартир;

2. «пункту 10 «Теоретический анализ и расчетные исследования по транспорту электроэнергии переменным и постоянным током, включая проблему повышения пропускной способности транспортных каналов», так как в работы выполнены экспериментальные и теоретические исследования электропотребления МКД, изучены принципы формирования групповых ГЭН квартир и МКД в целом на основе анализа автокорреляции и взаимной корреляции ГЭН, а также определены коэффициенты несовпадения максимумов ГЭН различных групп электроприёмников, что в свою очередь позволяет выявить пути снижения группового максимума нагрузки и повысить пропускную способности линий электропередачи, на основе взаимного смещения индивидуальных ГЭН друг относительно друга;

3. пункту 13 «Разработка методов использования ЭВМ для решения задач в электроэнергетике», так как для достижения цели повышения точности расчётов электрических нагрузок коммунально-бытовых потребителей микрорайонов

мегаполисов в работе использованы программные средства ЭВМ, позволяющие исследовать фактические ГЭН, выполнять теоретическое моделирование расчётных максимумов нагрузок, а также расчёты электрических нагрузок. Научная новизна работы заключается в следующем:

4. Впервые для моделирования электрических нагрузок многоквартирных жилых домов обосновано применение корреляционной теории, что позволило дать теоретическое объяснение закономерностей формирования суммарных графиков электрической нагрузки и создать практические методики определения максимальных расчетных нагрузок.

5. Предложены математические модели расчётных электрических нагрузок групп квартир жилого дома, МКД в целом, ТП 20/0,4 (10/0,4) кВ и микрорайона, отличающиеся учётом: средней нагрузки квартир, коэффициентов формы и взаимной корреляции ГЭН, позволяющие повысить точность определения расчётных электрических нагрузок;

6. Получены теоретически обоснованные и практически подтверждённые характеристики ГЭН, модели взаимнокорреляционных функций, расчётные коэффициенты и удельные электрические нагрузки квартир жилых домов с электроплитами, которые могут быть использованы в новой редакции действующих нормативных документах по расчёту электрических нагрузок многоквартирных домов.

Основные положения, выносимые на защиту:

7. Уточнённые значения удельных электрических нагрузок квартир с электроплитами 8,5 кВт и коэффициентов несовпадения максимумов электрических нагрузок вводов в МКД, для использования в расчетах электрических нагрузок МКД по существующим нормативным документам.

8. Использование в качестве основы для моделирования и расчета электрических нагрузок жилой части МКД средней нагрузки квартиры, которая может корректироваться по данным оплаты счетов за электроэнергию.

3. Необходимость учета взаимной коррелированности суточных графиков электрической нагрузки: а) вводов 0,4 кВ в жилую часть дома; б) отдельных домов; в) ТП 20/0,4 (10/0,4) кВ при моделировании суммарных графиков нагрузки.

4. Новые методики расчета электрических нагрузок групп квартир МКД, разработанные на основе положений по п.2, п.3, достоверность которых проверена с помощью экспериментальных обследований электрических нагрузок существующих микрорайонов.

Практическая значимость результатов диссертационной работы

заключается в следующем:

1. Разработаны «Рекомендации по расчёту электрических нагрузок жилых многоквартирных домов с квартирами, оснащёнными электроплитами мощностью до 8,5 кВт, с использованием результатов прямых замеров», которые приняты в практику проектирования ЗАО «Мосрегионстрой.

2. Разработано программное обеспечение «Расчёт электрических нагрузок микрорайонов с жилыми многоквартирными домами с электроплитами до 8,5 кВт. Версия 1.0 (РЭН. V1.0)», свидетельство о государственной регистрации № 2015614074.

3. Результаты работы могут быть положены в основу новой редакции СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».

Результаты диссертационной работы использованы: в ЗАО «Мосрегионстрой» при расчётах электрических нагрузок по шести проектируемым микрорайонам общей мощностью более 50 МВт; в учебном процессе ЮРГПУ (НПИ) при проведении лекционных, практических и семинарских занятий при подготовке магистров по направлению «Электроэнергетика и электротехника».

Достоверность полученных результатов подтверждена корректностью поставленных задач, обоснованностью принятых решений и рекомендаций. Достоверность научных положений, теоретических выводов и практических рекомендаций диссертации подтверждена результатами экспериментов, которые проводились с помощью поверенных приборов, прошедших метрологическую аттестацию.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования ЗАО «Мосрегионстрой» (г. Москва), ООО НПП «ВНИКО» (г. Новочеркасск) и используются в учебном процессе ЮРГПУ (НПИ).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы

докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на XXXIII,
XXXIV, XXXV, XXXVI и XXXVII сессиях всероссийского научного семинара
Академии наук Российской Федерации «Кибернетика электрических систем» по
тематике «Электроснабжение» (ЮРГПУ, г. Новочеркасск) в 2011, 2013, 2015 гг., и
тематике «Диагностика энергетического оборудования» (ЮРГПУ, г. Новочеркасск)
в 2012 и 2014 гг.; на Всероссийской конференции Кибернетика энергетических
систем (ЮРГПУ, г. Новочеркасск) в 2011 г.; на региональной научно-практической
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области
«Студенческая научная весна - 2009» (ЮРГТУ, г. Новочеркасск); на XIII
международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория,
методы и средства» (ЮРГПУ, г. Новочеркасск) в 2013 г.; на XI, XII и XIII
международных научно-практических конференциях «Современные энергетические
системы и комплексы и управление ими» (ЮРГПУ, г. Новочеркасск) в 2013, 2014 и
2015 гг.; на IV международной научно-технической конференции

«Электроэнергетика глазами молодёжи» » (ЮРГПУ, г. Новочеркасск) в 2013 г.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 свидетельство о регистрации программы на ЭВМ «Расчёт электрических нагрузок микрорайонов с жилыми многоквартирными домами с электроплитами до 8,5 кВт».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 149 наименований отечественных и зарубежных авторов, 8 приложений, представленных на 140 страницах. Работа изложена на 146 странице машинописного текста, включая 34 таблицы и 33 иллюстрации.

Нормативная база расчёта электрических нагрузок

Эмпирические методы РЭН применяются в тех случаях, когда информация об отдельных электроприёмниках отсутствует либо её недостаточно для применения более точных аналитических методов, например на стадии проектного задания. Все эти методы требуют наличия информации о характере электропотребления или удельного расхода электроэнергии на единицу продукции. К эмпирическим методам определения расчётной нагрузки можно отнести [106, 119, 137, 140, 141]: – метод коэффициента спроса; – метод удельного расхода электроэнергии на единице продукции; – метод удельной нагрузки на единицу производственной площади; – и другие. Для определения расчетных нагрузок по методу коэффициента спроса необходимо знать установленную мощность Pн группы приемников и коэффициент спроса Kс данной группы, определяемый по справочным материалам. Расчетную нагрузку группы однородных по режиму работы приемников определяют по формуле: Рр=КсхРн. (1.1) При этом величина Кс принимается постоянной, не зависящей от практически встречающегося числа электроприёмников в группе, что вносит значительную погрешность в расчёт. Такое допущение приемлемо лишь при достаточно большом числе электроприёмников.

Определение расчетной силовой нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса является приближенным методом расчета, поэтому его применение рекомендуют для предварительных расчетов и определения нагрузок для 5УР-6УР СЭС промышленных предприятий (см. рисунок 1.1). Между тем, этот метод является основным методом РЭН силовых электроприёмников коммунально-бытовых нагрузок и действующими нормативами [118, 125], рекомендован к применению для РЭН 2УР-5УР СЭС микрорайонов жилой застройки.

Метод удельного расхода электроэнергии на единице продукции [20, 79, 80, 98, 137] применим исключительно для РЭН электроприёмников с неизменной или мало изменяющейся нагрузкой. К ним можно отнести электроприводы насосов, поточно-транспортных систем, печи сопротивления и т.д.

В этом методе за расчётную электрическую нагрузку принята средняя нагрузка за максимально загруженную смену, и определяется по следующему выражению: рр = рсрм = ( Эуд х NCM) / Тсм (1.2) где, Э д - удельный расход электроэнергии на единице продукции, кВтч; NCM - количество продукции выпускаемой за смену; Тсм - продолжительность наиболее загруженной смены, ч. Данный метод является вспомогательным методом РЭН, ввиду своего ограниченного использования, его целесообразно применять для ориентировочных расчётов общезаводских нагрузок для 5УР-6УР СЭС (рисунок 1.1).

Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади [20, 98, 137] применим для проектирования электрических сетей цехов, характеризующихся большим числом приёмников малой и средней мощности, равномерно распределённых по площади цеху. Расчетную нагрузку группы приёмников определяют по формуле: Pр = pуд F (1.3) , где, pуд – удельная расчетная мощность на 1 кв.м. производственной площади, кВт/ м2.; F – площадь размещения приемников группы, м2. Удельную нагрузку определяют по статистическим данным. Значение ее зависит от рода производства, площади цеха, обслуживаемой магистральным шинопроводом, и изменяется в пределах 0,06-0,6 кВт/м2.

Очевидно, что метод удельной нагрузки на единицу производственной площади является лишь видоизменением метода коэффициента спроса со всеми присущими ему недостатками. Следует отметить, что применению расчетов по формуле 1.3 даже в тех случаях, когда это допустимо (например, при заведомо большом числе ЭП в группе), препятствует отсутствие достаточного количества опытных данных.

Рассматриваемый метод целесообразно применять для определения расчетной нагрузки на стадии проектного задания при технико-экономическом сравнении вариантов, а также при ориентировочных расчетах электрических нагрузок с 2УР – 6УР СЭС.

Данный метод, ввиду своей простоты, широко применяется в проектировании СЭС городских электрических сетей [118], но результаты расчёта по этому методу могут значительно отличатся от фактических электрических нагрузок, что связано с огромным количеством типов коммунально-бытовых потребителей, недостаточным уровнем исследований их электрических нагрузок, значительном усреднении удельных электрических нагрузок для групп объектов.

Общим недостаткам эмпирических методов РЭН можно отнести ограниченность их области применения, так как они действуют только для тех предприятий, для которых она разработаны, отсутствие достаточного количества опытных данных, нет связи расчётной нагрузки от количества электроприёмников, не учитываются различные режимы работы электроприёмников, переменность их графиков нагрузки.

Аналитические методы РЭН [19, 20, 96] основываясь на классических законах физики и электротехники, на их аналитических преобразованиях. Основой этих методов являются математические модели электрических нагрузок [10, 13-15, 21, 23, 51, 63, 67, 88, 92, 103, 104, 115, 130, 139, 142, 146] и тепловые модели проводников [17, 19, 43, 44, 45, 108]. Вследствие этого аналитические методы являются более точными, чем эмпирические методы. К аналитическим методам относятся:

Электрические нагрузки микрорайона мегаполиса

Работы по обследованию электрических нагрузок микрорайона и входящих в него объектов коммунально-бытового назначения [40, 88, 134, 138] выполнялись автором в составе группы специалистов ООО НПП «ВНИКО», имеющей свидетельство на осуществление деятельности по проведению энергетических обследований, при участии представителей управляющей компании, обслуживающей объекты обследуемого микрорайона.

Измерения электрических нагрузок выполнялись в соответствии с Методикой выполнения экспериментальных обследований электрических нагрузок микрорайона, разработанной автором и утверждённой на НТС ООО НПП «ВНИКО». Основными средствами измерений, при выполнении обследования электрических нагрузок, являлись приборы учёта типа Меркурий 230ART-03R, специально установленных на стороне 0,4 кВ трансформаторов ТП и РТП микрорайона, а также на вводах в ВРУ МКД. Места размещения приборов учёта указаны на принципиальной однолинейной схеме электроснабжения микрорайона, приведённой в Приложении Б, и схемах электроснабжения МКД, приеденных на рисунках 2.22.4.

Результатами работ по обследованию электрических нагрузок микрорайона стали ГЭН [40, 105, 108, 134, 143, 147, 148, 149] на трёх-, тридцати- и шестидесятиминутных интервалах осреднения, на уровня РУ-0,4 кВ ТП и РТП микрорайона, а также вводов в жилые МКД.

Обработка результатов измерений проводилась в соответствии с [22, 37, 56, 78, 112, 134, 138]. Результаты обследования электрических нагрузок приведены в подразделах 2.2.1 и 2.2.2 и Приложении В.

Результатами обследования электрических нагрузок микрорайона стали: 1. Графики электрической нагрузки микрорайона за 19.01.2012 г. и 21.12.2011 г. на 60-ти минутных интервалах осреднения, собранные с приборов учёта установленных на фидерах 10 кВ идущих от ПС 110/10 кВ к двум РТП микрорайона. 2. Графики электрической нагрузки по всем ТП и РТП микрорайона за периоды 10.11.2012 г.16.11.2012 г., 17.12.2012 г.14.02.2013 г. на 30-ти минутных интервалах осреднения, собранные с приборов учёта установленных на стороне 0,4 кВ трансформаторов ТП и РТП.

Расчётная фактическая электрическая нагрузка микрорайона определена как сумма графиков электрической нагрузки отдельных приборов учёта, замеренных в один и тот же момент времени. При этом в качестве фактической электрической нагрузки микрорайона принята максимальная электрическая нагрузка на 30-ти минутном интервале осреднения [19, 47, 49]. В результате обследования электрических нагрузок микрорайона собрана статистическая база данных, включающая в себя значения графиков электрических нагрузок на часовых и получасовых интервалах осреднения по каждому трансформатору ТП и питающим фидерам 10 кВ за период с 21.12.2011 г. по 14.02.2013 г., охватывающая в себя 69 дней замеров. Примеры полученных ГЭН приведены в Приложении В.

Результаты обследования электрических нагрузок оформлены актами и протоколами измерений.

Динамика изменения максимальных электрических нагрузок микрорайона за весь период наблюдения, включающая в себя значения электрической нагрузки микрорайона, полученные электросетевой компании за зимние режимные дни 2009 г. и 2010 г. (см. таблицу 1.1), приведена на рисунке 2.5.

Динамика изменения фактической электрической нагрузки микрорайона за 20092013 г. Из графика, изображённого на рисунке 2.5, видно, что электрическая нагрузка микрорайона в период с 16.12.2009 г по 19.01.2012 г. изменялась незначительно (колебание в среднем 4 %)что говорит об установившемся режиме электропотребления, и лишь в ноябре 2012 г. явно заметен прирост в электрической нагрузке на 17 % по отношению к предыдущему году. Такой скачок в электрической нагрузки в 2012 г. объясняется с тем, что замер производился не в рабочий день (зимний режимный день), а в выходной день, когда люди находились дома, что косвенно подтверждает преобладание электрической нагрузки жилых МКД над прочей электрической нагрузкой микрорайона.

Наибольшая электрическая нагрузка микрорайона, исходя из результатов выполненных обследований, наблюдалась 11 ноября 2012 г, которая составляет 3267,8 кВт. Данная нагрузка будет принята в качестве фактической активной электрической нагрузки микрорайона на момент наблюдения.

Графики активной и реактивной электрической нагрузки по микрорайону, наблюдавшиеся в выходной (11.11.2012 г.) и рабочий (12.11.2012 г.) дни приведены на рисунках 2.6, 2.7. Из ГЭН микрорайона, приведённых на рисунка 2.6 и 2.7, а также в Приложении В, видно, что вечерний максимум электрической нагрузки микрорайона в рабочие и выходные дни значительно выше утреннего максимума, это говорит о преобладании бытовой квартирной электрической нагрузки в общей электрической нагрузке микрорайона. На этот факт также указывает высокое значение коэффициента мощности электрической нагрузки микрорайона, величина которого определяется большой долей активной электрической нагрузки плит в квартирах по отношению к полной мощности электрической нагрузки микрорайона. Минимальная величина коэффициент мощности электрической нагрузки микрорайона составляла 0,98, вследствие этого в дальнейших расчётах значениям реактивных мощностей уделено меньшее внимание.

Обследования электрических нагрузок микрорайона в летний период не проводились, так как по предоставленным управляющей компании микрорайона сведениям в этот период наблюдается спад электропотребления жилыми домами, являющейся основной нагрузкой. По предоставленным данным построен график динамики электропотребления жилыми домами по месяцам 2012 г., который приведён на рисунке 2.8.

Динамика электропотребления МКД микрорайона за 2012 г. Спад электропотребления в летний период можно объяснить, во-первых, сезоном отпусков, во-вторых, географическим расположением обследуемого микрорайона, для которого характерны среднегодовая температура +5,8 0С. Средняя электрическая нагрузка по всем МКД микрорайона, исходя и графика изображённого на рисунке 2.8, составляет 1590,3 кВт, по микрорайону, определённая по графику 2.6, составляет 2304,8 кВт, т.е. на МКД приходится примерно 69 % электрической нагрузки. В реальности доля электрической нагрузки МКД должна быть выше, так как для более точной её оценки необходимо рассматривать не среднюю нагрузку, а расчётную – максимальную на тридцатиминутном интервале осреднения.

Вследствие значительного преобладания электрической нагрузки МКД в общей нагрузки микрорайона, дальнейшие работы направлены на обследования электрических нагрузок этих объектов.

Анализ корреляционных связей ГЭН жилых МКД

Групповой ГЭН ВРУ, жилого дома и микрорайона в целом может быть представлен в виде суммы индивидуальных ГЭН, являющимися его составляющими [30, 101, 102]: p(t) =2 г() (3.9) г=1 При этом каждый индивидуальный ГЭН определяется средней pci и эффективной рзі электрическими нагрузками, дисперсией DPi, коэффициентом формы кфі . Расчётную электрическую нагрузку индивидуального ГЭН, при допущении того, что она равна эффективной электрической нагрузке на интервале в, можно записать: р. = рэ. = JDpt + р2 = рсікфі. (3.10) Т.е. групповой ГЭН примет вид: р =iJDP, +Рсг =ІРС,КФІ . (3.11)

Наличие корреляционных связей между ГЭН говорит о необходимости её учёта при определении электрической нагрузки группы электроприёмников. Тогда дисперсия группового графика нагрузки [33, 101, 102, 111] может быть записана: DP = fjDpi+2YJKi](m). (3.12) z=1 г ] Определим выражения связывающие коэффициенты формы и дисперсию группового графика и его индивидуальных ГЭН без учёта и с учётом корреляции трендовых составляющих этих графиков.

Из предположения об отсутствии взаимной корреляции следует, что „ (ти) = 0, при всех/ у, /=1, 2,…,n, 7=1, 2,… ,n. Дисперсия суммарного графика определяется в этом случае по формуле: DP = ±Dpt. І=1 Данное допущение было принято в методе упорядоченных диаграмм [19, 20, 141], что и является одной из причин высокой погрешности данного метода расчёта. При условии, что складываемые графики одинаковые (например, графики электрических нагрузок квартир), можно записать:

При условии, что складываемые графики одинаковые =&;, Dpt =Dp., а также при условии, что сдвиги во времени tntj между ними равны нулю (справедливо для электрической нагрузки группы квартир), т.е. AttJ = tt -1]= 0, получим следующее выражение:

С учётом выполненных расчётов DP и Kф можно записать электрическую нагрузку группового графика (см. формулу 3.11), полученного в результате сложения одинаковых индивидуальных ГЭН: диапазонах: 0 DP n2 Даная модель РЭН, основанная на сложении ГЭН с учётом корреляции, в дальнейшем будет использована при разработки уточняющей методики РЭН квартир. Предельные значения для дисперсии и коэффициента формы суммарного ГЭН при сложении одинаковых индивидуальных ГЭН Как показано в [29, 31] при равномерных законах распределения сдвигов во времени графиков нагрузки относительно общего начала цикла, случайные величины DP (t) и Кф (t) изменяются в Dp , (3.17)

Использование понятий корреляционного резонанса и антирезонанса может быть использовано при решении задачи выравнивания суммарного ГЭН по критерию минимума дисперсии суммарного графика [33]. На практике это может быть реализовано сдвигом во времени начал технологических циклов электроприёмников относительно общего начала.

В силу установившегося характера электропотребления коммунально-бытовой нагрузки, смещение ГЭН относительно друг друга практически невозможно. При этом для ГЭН жилых многоквартирных домов и квартир (см. таблицу 3.5, 3.6) наблюдается режим близкий к корреляционному резонансу, при котором наблюдается максимальное значение дисперсии суммарного ГЭН.

Выполненный анализ групповых и индивидуальных ГЭН обследованных жилых многоквартирных домов, позволил определить их основные характеристики: эффективные нагрузки Pэ , средние нагрузки Pс , дисперсии DP , коэффициенты формы Кф, а также значения АКФ и ВКФ трендовых и случайных составляющих ГЭН квартир и жилых МКД.

Выяснено, что при тридцатиминутном осреднении ГЭН квартир и жилых МКД с электроплитами, т. е. при определении максимальных расчетных нагрузок, можно не учитывать его случайную составляющую, так как корреляционная связь между соседними ступенями слабая и практически полностью затухает на этом интервале осреднения. Взаимная корреляция между двумя различными случайными составляющими ГЭН квартир и жилых МКД с электроплитами практически отсутствует, следовательно, её также можно не учитывать при оценке максимальных нагрузок на шинах 0,4 кВ ТП или микрорайону в целом.

Показана высокая корреляционная связь между трендовыми составляющими ГЭН вводов в ВРУ жилой части и жилых МКД в целом. Получены средние значения корреляционных моментов ГЭН:

Уточнение методики расчёта электрических нагрузок СП 31-110-2003 и РД 34.20.185-94

Выполнять РЭН микрорайонов жилой застройки и входящих в него жилых МКД и объектов общественного назначения, как упоминалось в главе 1 данной работы, следует в соответствии с действующими нормативными документами: СП 31-110-2003, РД 34.20.185-94, основанными на эмпирических методах РЭН: метод коэффициента спроса, методы удельных нагрузок. Выполнение РЭН по этим нормативным документам в последнее время приводит к значительным погрешностям в расчётах. Так, расчётные нагрузки микрорайонов с долей жилой застройки более 70 % и квартирами оснащёнными электроплитами до 8,5 кВт, превышают фактические нагрузки в 24 раза (см. рисунок 1.2, глава 1), что говорит о необходимости выполнения исследований, направленных на повышение точности РЭН этой категории потребителей.

Выполненные обследования электрических нагрузок (см. главу 2) свидетельствуют о том, что наибольшая электрическая нагрузка около 69 %, относится к жилым МКД, с квартирами, оснащёнными электрическими плитами, при этом наибольшая электрическая нагрузка жилого дома (по данным замеров – 75%84%) сконцентрирована в электрической нагрузке квартир. Иными словами, первым шагом в решении задачи повышения точности РЭН, является уточнение метода расчёта нагрузок квартир, с последующим совершенствованием модели расчёта на другие потребители электроэнергии (общественные здания, объекты коммунального назначения) и уровни системы электроснабжения (ввод в квартиры, ВРУ жилого дома, РУ-0,4 кВ ТП, РУ-6/10/20 кВ РТП).

Для решения поставленной задачи можно предложить два направления: 1. Уточнение методики РЭН заложенной в действующие нормативы по проектированию и РЭН жилых и общественных зданий [118, 125]. 2. Разработка принципиально новой методики РЭН, для данной категории потребителей, опирающейся на статистические показатели фактического электропотребления. Далее представлены результаты исследований и варианты решения поставленных задач.

Выполнение РЭН в соответствии с СП 31-110-2003 и РД 34.20.185-94 основано на эмпирических выражениях метода коэффициента спроса и удельных электрических нагрузок, с коэффициентами и удельными электрическими нагрузками, полученными в процессе массовых обследований электрических нагрузок, в период с 1980 г. по 2000 г., объектов коммунально-бытового назначения городов России [113]. Т.е. для уточнения методики расчёта электрических нагрузок [99, 118, 125, 134] этой категории потребителей необходимо провести подобные исследования в современных городских условиях.

Как уже упоминалось ранее, первым шагом в повышении точности РЭН микрорайонов является повышение точности РЭН квартир, которые в соответствии с эмпирическим выражением (1.24) определяются удельной нагрузкой приходящейся на одну квартиру Pкв.уд , которая в свою очередь зависит от количества квартир подключенных к вводу, питающей линии, РУ-0,4 ТП. При этом п. 9 приложения к таблице 6.1 [125] разрешена корректировка удельных электрических нагрузок квартир: «Расчетные данные, приведенные в таблице, могут корректироваться для конкретного применения с учетом местных условий. При наличии документированных и утвержденных в установленном порядке экспериментальных данных расчет нагрузок следует производить по ним». Т.е. результатов главы 2 данной работы могут служить основанием для корректировки удельных электрических нагрузок квартир с электрическими плитами до 8,5 кВт [102, 110, 111, 134].

Выполним оценку удельных электрически нагрузок для обследованных жилых МКД, с учётом уровня их заселённости, по формуле: р.уд nкв где, Pф.м - максимальная фактическая электрическая нагрузка за период обследования электрических нагрузок, кВт (см. Главу 2); - уровень заселённости жилого дома, % (см. Главу 2); nкв - количество квартир подключённых к вводу.

При определении удельной электрической нагрузки квартир необходимо учесть электрическую нагрузку общедомовых нужд, так как согласно примечанию 2 к таблице 6.1 [125] «Удельные расчетные нагрузки квартир учитывают нагрузку освещения общедомовых помещений (лестничных клеток, подполий, технических этажей, чердаков и т.д.), а также нагрузку слаботочных устройств и мелкого силового оборудования (щитки противопожарных устройств, автоматики, учета тепла и т.п., зачистные устройства мусоропроводов, подъемники для инвалидов)».

Согласно типовой схеме электроснабжения жилого дома, приведённой в главе 2 на рисунке 2.2 [131], электрическая нагрузка общедомовых нужд подключена к одному из двух вводов электроэнергии – в частности на схеме указан ввод 2.