Исследование и разработка математических моделей и методики расчета электрических нагрузок жилых зданий Саков Виталий Витальевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Обзор работ по расчету электрических нагрузок жилых зданий ..

1.1. Электрическая нагрузка, определение, необходимость расчета

1.2. Особенности расчета электрических нагрузок при проектировании и классификация жилых зданий

1.3. Обзор методов расчета электрических нагрузок жилых зданий... 19

1.4. Типовые графики и необходимость уточнения методов расчета электрических нагрузок жилых зданий

1.5. Выводы по главе 1 30

Глава 2. Особенности схем электроснабжения и электропотребления жилых зданий

2.1. Структура жилого фонда г. Чебоксары и данные по электропотреблению за 1998-2000 г. г

2.2. Анализ электропотребления жилых зданий 36

2.3. Выделение "характерного" дома 58

2.4. Выводы по главе 2 65

Глава 3. Математические модели расчета электрических нагрузок жилых зданий

3.1. Основные допущения, принимаемые при моделировании графика нагрузки жилого дома

3.2. Разделение факторов воздействующих на формирование графика нагрузки жилого дома

3.3. Понятия «насыщения» и «семья» в расчетах нагрузок жилых зданий

3.4. Анализ содержания приводимых статистических данных для насыщения как по количественным, так и по качественным признакам

3.5. Разбиение бытовых приборов по фактору влияния свободного времени человека

3.6. Фактор присутствия человека в квартире

3.7. Моделирование детерминированной и стохастической составляющей процесса формирования нагрузки

3.8. Упрощенная математическая модель на основе предлагаемых норм электрических нагрузок зданий 97

3.9. Выводы по главе 3 104

Глава 4. Экспериментальные исследования электрических нагрузок жилых зданий

4.1. Программа работ по обследованию электрических нагрузок жилых зданий

42. Сопоставление нагрузок по полученным моделям с экспериментальными данными

4.3. Оценка показателей качества электроэнергии на ВРУ жилых зданий

4.4. Программа и результаты моделирования суточного графика нагрузок жилых зданий

4.5. Выводы по главе 4 136

Заключение. Общие выводы и рекомендации 138

Список использованных источников 140

• Электрическая нагрузка, определение, необходимость расчета
• Структура жилого фонда г. Чебоксары и данные по электропотреблению за 1998-2000 г. г
• Основные допущения, принимаемые при моделировании графика нагрузки жилого дома
• Программа работ по обследованию электрических нагрузок жилых зданий

Введение к работе

Актуальность проблемы. Вопросы расчета электрических нагрузок жилых зданий приобретают сегодня особую актуальность в связи с тем, что у населения появляется все больше современных электробытовых приборов и машин; растет число квартир, продаваемых на первичном и вторичном рынках, которые представляют собой малые строительные площадки. Часто строительство зданий в городах ведется по индивидуальным проектам с квартирами повышенной комфортности (элитные квартиры).

Новым обстоятельством расчета нагрузок жилых зданий является участие населения в оплате стоимости сооружения квартир. Если раньше эта стоимость оплачивалась государством, то сейчас непосредственно будущими владельцами квартир. В связи с этим у населения появилась возможность индивидуального заказа квартир, включая площадь и планировку, двухуровневые апартаменты с зимним садом и террасами, с улучшенными системами инженерного обеспечения и пр.

Комфортность жилья связана также с возрастанием количества используемых населением электробытовых приборов, некоторые из которых имеют повышенную электрическую мощность. В квартирах появились устройства для электрообогрева полов, ванны-джакузи, сауны, системы искусственного климата. В этой связи отметим, что до недавнего времени в стране действовали ограничения на применение электроприборов повышенной мощности.

В крупных городах России проблема достоверного определения нагрузок жилых зданий и энергосбережения представляет особую сложность из-за постоянного прироста населения и увеличения использования электрических бытовых приборов [7,90]. Так, в структуре электропотребления г. Москвы доминирует население (36%), коммунально-бытовой сектор (27%), а промышленность составляет 26%.

Все это предопределило увеличение электрической нагрузки объектов городской застройки. Приводимые [94] базируются на отличной от [106] градации жилья. В частности, средняя площадь квартиры типовой застройки принята 70 кв. м (35-90 кв. м), квартир повышенной комфортности по индивидуальным проектам - 150кв. м (100-300кв. м). При этом удельная нагрузка одной квартиры определяется, исходя из установленной мощности всей совокупности электробытовых приборов, используемых в квартире для типовой застройки 32,6 кВт, для элитной застройки 39,6 кВт.

В результате, при неизменности принятой в [94] методики определения расчетной нагрузки жилых зданий, удельная нагрузка одной квартиры типовой застройки принята равной 10 кВт, элитной застройки — 14 кВт, т. е. электрическая нагрузка жилых домов современной застройки выросла в 1,3—2 раза.

«Нормативы» показывают также увеличение расчетной нагрузки и для объектов коммунально-бытового назначения. В зависимости от характера объектов увеличение составляет в 1,2—1,3 раза по сравнению с [106].

В свою очередь 2 августа 2002 г. истек срок действия нормативов [94], которые к тому же перестали удовлетворять современному состоянию электропотребления в жилом секторе и в связи с этим возникла необходимость пересмотра нормативов электрических нагрузок, в основном по причине появления у части населения возможности использования в быту широкого набора современных электробытовых приборов и машин, а также в связи со строительством в городах зданий по индивидуальным проектам с квартирами повышенной комфортности (элитные квартиры).

Данный момент еще более усугубляется тем, что введенные в действие взамен [94] строительные нормы и правила СП 31-110-2003 [119] полностью повторяют как методику расчета [94], так и значения удельных расчетных нагрузок.

Большой вклад в решение вопросов расчета электрических нагрузок промышленных предприятий и жилых зданий внесли ученые: Г. Я. Вагин, С. Д. Волобринский., В.И. Гордеев, И.В. Жежеленко, Г. М. Каялов, Ю.А. Козлов, Б.И. Кудрин, Э. Г. Куренный, В.И. Михайлов, М. В. Тарнижевский, И.К. Тульчин, А.А. Федоров, Ю.А. Фокин, А. К. Шидловский, Д.В. Бэнн и др. Методы расчета электрических нагрузок применительно к системам промышленного электроснабжения (СПЭ) и их практическая реализация получили должное развитие в работах [12,15,17-20,26,29-38,51-56,60,67-70,97, 133,142]. Существующие алгоритмы расчета нагрузок СПЭ, определение максимальных нагрузок и выбор электрооборудования [12,15,17-20,23,26,29-38,51-56,60,67-70,142] не учитывают динамику роста и характер бытовой нагрузки, законов ее функционирования, не позволяют учесть при расчете фактической нагрузки на этапе проектирования зависимости изменения нагрузки от дня недели, времени суток, насыщенности приборами и т.п.

Как показывает статистика режимов электропотребления жилых зданий [1-5,7-11,13-15,17,20,24,25,39-40,43-44,46,49,57,59,64,65,78-81,87-90, 110,114,120,123-126,146-152] возникла необходимость разработки положения, учитывающего современные реалии электропотребления в жилом секторе, удовлетворительно работающая модель для описания основных свойств и закономерностей суточного графика нагрузки. Процессы, происходящие в системах электроснабжения жилых зданий, существенным образом сказываются на работе городских подстанций и распределительных сетей городского электрохозяйства [4,8,14-16,20,24,29,39,44,45,59,62,93,96,121,122, 128-130,134-139,142].

Проектирование, эксплуатация схем электроснабжения жилых зданий, определения уровней напряжения на шинах секций 6(10) и 0,4 кВ, существенным образом влияют на соблюдение требуемых государственными стандартами и документами параметров качества электрической энергии (КЭЭ) в точках общего присоединения [24,41,42,58,98,102-104,106], влияют на срок службы бытовых приборов.

Обеспечение достаточно точных как максимальных, так и средних нагрузок систем электроснабжения жилых зданий остается актуальной задачей в свете последних постановлений Правительства РФ [61,65].

В настоящее время возникла необходимость:

- создание модели суточного графика нагрузки жилого дома; - многолетнего достоверного сбора данных по электропотреблению городов с населением 10СН-500 тыс. населения;

- классификации жилых зданий по типу домов и оценки нагрузки их электроустановок.

Решение этих задач, характеризующихся множеством параметров, определяющих состояние электропотребления жилых зданий от погодных условий, праздничных и рабочих дней, классификации домов, элитности квартир и др. факторов, способствует как повышению надежности электроснабжения потребителей, так и обеспечению КЭЭ на шинах ТП.

Несмотря на значительное число работ по теме диссертации [1-4,1-14,18,20-22,23,24,28,35-42,46,50,53,57,71,76,94-97,125], модели суточного графика нагрузки жилого дома и их практическая реализация не получили должного развития, а программы, позволяющей уточнять данные расчета нагрузки жилых зданий по текущему состоянию нагрузок для расчетной области также нет.

Для решения задач расчета нагрузок наиболее эффективным и удобным является метод математического моделирования, который дает возможность с высокой точностью исследовать влияние разных параметров на точность суточных графиков электропотребления, расчет нагрузок жилых зданий.

Целью работы является разработка методики расчета электрических нагрузок жилых зданий на основании экспериментального и статистического материала по фактическим нагрузкам жилых зданий, создание моделей суточного графика нагрузки жилого дома, исследование влияния на нагрузку различных факторов.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

- создание базы данных по электропотреблению жилыми зданиями г. Чебоксары, ее систематизация и анализ;

- пересчет удельных показателей нагрузки для жилых зданий; -разработка программы по определению и уточнению расчетной нагрузки, а также для оценки годового электропотребления жилого дома;

- разработка математических моделей, отражающих влияние различных факторов на суточный график нагрузки жилого дома.

Результаты работы представлены в виде: методики, позволяющей значительно повысить точность определения нагрузок, сократить затраты времени на уточнение удельных показателей расчетной нагрузки во времени;

- программного комплекса, реализующего данную методику и позволяющего уточнять данные расчета с текущим состоянием фактических нагрузок;

- двух математических моделей, позволяющих определить годовое электропотребление и смоделировать график нагрузки жилого дома в зависимости от различных факторов.

Научные и практические результаты работы:

- разработана модели расчета электрических нагрузок жилых зданий для г. Чебоксары;

- создана, систематизирована база данных по электропотреблению жилого фонда г. Чебоксары за 1998 - 2000 г. г.;

- определены факторы, влияющие на точность расчета электрических нагрузок по результатам обработки инструментальных исследований за 2002-2006 г.г.;

-разработана программа, позволяющая рассчитывать уточненные удельные показатели нагрузок, исходя из данных по текущим нагрузкам на различные периоды времени;

-разработаны математические модели формирования суточного графика нагрузки жилого дома в зависимости от внешних факторов;

-разработана математическая модель, описывающая годовое электропотребление жилого дома в зависимости от его проектных параметров. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие теоретические и прикладные задачи:

1. Проведение экспериментальных исследований электропотребления как жилого фонда города, так и различных по типу жилых зданий.

2. Анализ методов расчета электрических нагрузок, учитывающих особенности электропотребления жилых зданий городов с населением 100-500 тыс. человек.

3. Разработка программного комплекса формирования суточного графика нагрузки жилого дома в зависимости от внешних факторов.

4. Разработка методики расчета электрических нагрузок жилых зданий и математической модели, описывающей годовое электропотребление жилого дома в зависимости от его проектных параметров.

Объектом исследования являются электроустановки жилых зданий городов населением от 100 до 500 тыс. человек и модели графиков нагрузок жилых зданий в условиях воздействия внешних и внутренних факторов, социальных параметров, электрической насыщенности квартир.

Научная новизна.

1. Разработаны модели суточного графика нагрузки, учитывающие воздействие многочисленных факторов, таких как: насыщение электроприборами; присутствие человека в квартире; тарифная политика; внешние воздействия (облачность, температура внешней среды и др) на основе большого объема экспериментальных и научных исследований. 

2. Разработан программный комплекс, позволяющий рассчитывать уточненные удельные показатели нагрузок исходя из данных по текущим нагрузкам на различные периоды времени.

3. Разработаны математические модели формирования суточного графика нагрузки жилого дома в зависимости от внешних факторов и описывающие годовое электропотребление жилого дома в зависимости от его проектных параметров. Практическая ценность результатов работы.

Создана база данных по электропотреблению жилых зданий города с населением 500 тыс. человек, а также собраны и обобщены данные электрических нагрузок жилых зданий монолитного домостроения с электрическими плитами, панельных зданий 5 и 9 этажных домов, кирпичных зданий типового и элитного домостроения.

Доказана необходимость роста проектируемых нагрузок жилых зданий в 1,5 раза для кирпичных домостроения.

Обобщен эксперимент по замерам нагрузки и параметров качества электрической энергии, проведенный на ВРУ жилых зданий, как в характерный период, так и в межсезонные периоды времени.

Реализация результатов работы.

Основные результаты работы использованы при проектировании жилых зданий институтом ГУП ЧР «Проектный институт «Чувашгражданпроект» в 2004-2006 г.г. для прогнозирования роста нагрузок на электрическую сеть.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты статистического анализа разбросов годового электропотребления различных квартир жилых зданий г. Чебоксары на объеме в 1489 домов с разделением по типу домостроения, по районам расположения, по количеству проживающего населения за 3 последовательных года.

2. Основные факторы, влияющие на формирование графика нагрузки жилого дома, через следующие условия: насыщение электроприборами, присутствие человека в квартире, тарифная политика, внешние воздействия.

3. Сводные данные и регрессионная модель формирования удельного годового электропотребления в зависимости от жилой площади, количества квартир, людей проживающих в доме, района города и типа домостроения.

4. Характеристики количественного, качественного и приведенного насыщения, необходимость введения и их влияние на расчет нагрузок жилого дома и суточный график. Связь понятий «домохозяйство», «семья» и «насыщение» в рамках вероятностной модели описывающей формирование суточного графика жилого дома.

5. Методика детерминированной и стохастической составляющей процесса формирования графика нагрузки на основе ряда моделей описывающих воздействие различных факторов на общий суточный график.

Апробация работы.

Основные положения работы и ее результаты докладывались на V Всероссийском семинаре «Энергосбережение, сертификация и лицензирование в энергетике» (г. Чебоксары, 1999 г.), Российском национальном симпозиуме по энергетике (г. Казань, 10-14 сентября 2001 г.), на научной конференции Тульского госуниверситета (г. Тула, 2005 г.) и научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий МЭИ.

Публикации. Содержание работы нашло отражение в 10 опубликованных работах автора, из которых 8 наиболее значимые.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список литературы из 152 наименований и 6 приложений. Общий объем составляет 165 страниц текста компьютерной верстки. 

Электрическая нагрузка, определение, необходимость расчета

Согласно данным РАО ЕЭС потребление электроэнергии в России коммунально-бытовым сектором постоянно растет и составляет по данным на 2002 22% от общего количества произведенной электроэнергии (Приложение 1). Отсюда можно предположить существенное влияние коммунально-бытовой нагрузки на формирование переменной части графика нагрузки электроэнергетической системы. С учетом того, что формирование коммунально-бытовой нагрузки идет на конкретных РП/ТП, а не равномерно распределено по всей сети, необходим расчет узлов той части системы, которая "несет" довольно существенный и специфичный график потребления, обусловленный жилым сектором. Поэтому изучение режимов работы коммунально-бытовых потребителей, в частности жилых зданий, в целом представляет важную практическую задачу.

Сама необходимость определения расчетного значения нагрузки вызвана таким явлением, как выделение теплоты в проводнике при протекании через него тока, что приводит к необходимости выбора сечения проводника для недопустимости его перегрева сверх максимальной температуры перегрева. Непосредственно нагрев проводника в [23] был разделен на две составляющие соответственно по своему воздействию на проводник: а) максимум температуры нагрева; б) тепловой износ изоляции. Из этого вытекают три определения для расчетной нагрузки [23]:

1. Расчетной токовой нагрузкой по пику температуры называется такая неизменная во времени токовая нагрузка pl, которая вызывает в проводнике тот же максимальный перегрев над окружающей средой, что и заданная переменная нагрузка .

2. Расчетной токовой нагрузкой по тепловому износу изоляции называется такая неизменная во времени токовая нагрузка р2, которая вызывает в проводнике ту же величину теплового износа изоляции, что и заданная переменная нагрузка v .

3. Расчетной токовой нагрузкой р для данного графика называется наибольшая из отвечающих ему величин рХ и р2.

При расчетах и проектировании обычно пользуются понятием расчетной нагрузки (РН) в следующем виде: Рр=ІЇил-Ір.со (рр (1.1) где л - номинальное (линейное) напряжение, В; р - расчетный коэффициент мощности, о.е. Причем в рамках данного понятия используется принцип максимума средней нагрузки описанный в [23] заключающийся в осреднении нагрузки на некотором интервале #: p =nfp( )d! с-2» где T t + 0 9 _ интервал реализации случайного процесса, который

Т связывают с постоянной времени нагрева о [23]. Связь между значением средней нагрузки и наибольшего перегрева над окружающей средой будет тем значительней, чем больше будут выполняться следующие условия: 1) нагрузка, предшествующая интервалу осреднения не должна сильно влиять на наибольший перегрев проводника в данном интервале; 2) наибольший перегрев достигается в конце интервала.

В [23] из условий постоянства коэффициента теплоотдачи и равенства нулю температурного коэффициента увеличения сопротивления было получено решение дифференциального уравнения для перегрева проводника 5(0 в следующем виде: t t ТІ 101N О ад=ад г +eT \e42(t)dt (із) где IN,3N - предельно допустимые по условиям нагрева ток и перегрев, А, С.

Откуда для осуществления соответствия между средней нагрузкой за интервал и наибольшего нагрева по первому условию, первое слагаемое правой части уравнения (1.3) за время составляет не более 5% от перегрева в точке начала данного интервала. Из этих соображений за расчетную нагрузку принимается средняя нагрузка за интервал времени в=ъ-тк Т = 10 В настоящее время условно принимают мин. и соответственно # = 30 мин. независимо от сечения проводника, что приводит к понятию получасового максимума нагрузки [23].

Кроме выбора элементов системы электроснабжения по нагреву, расчетная нагрузка необходима для определения: потерь и отклонений напряжения; максимальных потерь мощности в сетях; выбора элементов электрических сетей по экономической плотности тока; определения тока трогания релейной защиты; выбора плавких предохранителей и уставок автоматов; проверки самозапуска электродвигателей; колебаний напряжения в сетях и в других случаях, когда необходимо рассчитать элементы электрической сети или их режимы.

Структура жилого фонда г. Чебоксары и данные по электропотреблению за 1998-2000 г. г

Режимы работы бытовых электроприемников различны в силу случайности моментов включения потребителя в сеть и самой вероятности оценки наличия приборов в доме. Как отмечалось выше, нагрузка жилого дома меняется в зависимости от многочисленных условий, одним из которых является день недели, месяц в году, время суток. Наиболее характерным представлением, отражающим основные моменты и закономерности потребления электроэнергии жилого дома, является суточный график нагрузки, усредненный на получасовых интервалах. Причем, как было отмечено, суточный график для одного и того же дома не является статичным во времени. Кроме случайных колебаний основных численных значений графика, привязанных к конкретному времени, в течение одного характерного периода наблюдается и изменения его формы в зависимости от месяца/недели года. Исходя из этого, под понятием суточного графика нагрузки понимают усредненный график для комплекса домов с общими физическими показателями, такими как, например количество квартир, тип прибора для приготовления пищи.

С точки зрения расчета электрических нагрузок нас интересовал бы максимум суточного графика нагрузки в зимний период, когда наблюдается максимум как нагрузки, так и электропотребления в жилом секторе. В случае же прогнозирования электропотребления как в течение года, так и на перспективу, а так же с целью выявить влияние какого-либо электроприбора на максимум нагрузки и на общее потребление электроэнергии, нас интересовала бы форма суточного графика нагрузки и его изменение.

Сейчас рассматривают следующие усредненные графики нагрузки: дома с газовыми плитами для всех дней недели; дома с электрическими плитами для будних дней (понедельник-пятница); дома с электрическими плитами для выходных дней (суббота-воскресенье).

Соответственно предложенному делению можно построить свой суточный типовой график, однако они будут различаться не только между собой по пунктам, но и в зависимости от количества квартир доме (рис. 1.1-1.2).

На рис. 1.1 и 1.2 приведены усредненные суточные типовые графики жилых домов в процентах от максимальной нагрузки. При питании домов с электрическими плитами в будние дни вечерний максимум нагрузки совпадает по времени с максимумом нагрузки домов с газовыми плитами. Утренний максимум начинается с 6 ч и продолжается до 11ч. Значение утреннего максимума лежит в пределах 55-60% вечернего максимума, дневная нагрузка составляет примерно 50%, а ночная не превышает 20% от вечернего. В субботние и воскресные дни кроме вечернего максимума имеет место и утренний максимум, примерно равный вечернему и дневной максимум нагрузки с 13 до 17 ч примерно 80% от вечернего. Соотношения полученные в ходе эксперимента описанного в главе 4 данной работы несколько отличаются от опубликованных в предыдущих работах по данной тематике и от приведенных выше. Это связано как с закономерным ростом бытовой нагрузки, так и с постоянным расширением ассортимента бытовых электроприборов.

Кроме отмеченных зимних суточных графиков также различают еще и средние летние суточные графики нагрузки. Летний график нагрузки отличается от зимнего тем, что нагрузки летнего периода ниже зимних (это не касается жилых домов, расположенных в южных широтах и оборудованных кондиционерами воздуха, для таких домов нагрузка летнего периода будет являться характерной и существенно отличается от домов не оборудованными подобными бытовыми устройствами) и вечерний максимум летом наступает позднее. Имея суточные графики для зимнего и летнего периода, можно построить годовой график нагрузки рассматриваемого участка сети. Так же на основании суточных графиков определяют мощность электростанции или подстанции и необходимость включения отдельных аппаратов. Годовые же графики нагрузки используются для составления балансов расхода электроэнергии, определения расхода топлива и т.п.

На основании типовых суточных графиков нагрузки и годового графика можно определить следующие расчетные коэффициенты: Средняя нагрузка Р = —, где W - расход электроэнергии, кВтч; Т длительность графика, ч. W Число часов использования максимума нагрузки Гтах = , где max Ртак - наибольшая нагрузка за время Т, кВт. Р Коэффициент заполнения графика к3 г — . max

Необходимость постоянной корректировки существующих норм вызвана непрерывным ростом электропотребления в бытовом секторе, что является следствием многочисленных причин и в зависимости от них может протекать более или менее интенсивно. Тем не менее, основными причинами роста данного сектора являются постоянный рост благосостояния населения, появление новых бытовых приборов с отличными от предыдущих моделей техническими характеристиками, расширение спектра видов домашней деятельности, которые могут быть облегчены применением электроприборов. В связи с установившимися представлениями о быте в современном обществе применительно к России, можно выделить базовую группу приборов, которая считается первоочередной к приобретению и тем самым определяющей базовую нагрузку относительно которой возможен анализ как насыщения жилья другими электроприборами, так и определение основных соотношений и форм графика нагрузки.

Как показано выше, при рассмотрении методов расчета, максимум нагрузки не имеет четкой и однозначной связи с уровнем электропотребления, так как не выявлена до конца вероятностная связь уровней насыщения электроприборами с их влиянием на максимум нагрузки и электропотребление. Другим дестабилизирующим фактором является постоянное изменение электрических параметров бытовых электроприборов в связи с их постоянной модернизацией и разнообразием торговых марок.

Основные допущения, принимаемые при моделировании графика нагрузки жилого дома

График электрической нагрузки жилого дома в течение суток сильно изменяется и зависит от многочисленных факторов. Типовой суточный график жилого дома для характерного зимнего периода приведен на рис. 1.1 и 1.2. Однако реальный график нагрузки изменяется не только в течение суток. Форма кривой, описывающая потребляемую электроэнергию, сильно зависит от внешних кратковременных и долговременных факторов. Влияние всех их учесть практически невозможно, так как момент их возникновение, продолжительность действия, а так же амплитуда воздействия носят случайный характер. Более того, результат воздействия так же представляет из себя случайную величину даже от детерминированного воздействия. Однако к настоящему времени проведено относительно достаточное количество экспериментальных исследований для построения адекватной модели формирования суточного графика нагрузки.

С практической точки зрения уместно рассматривать не непрерывный график нагрузки, а его дискретное представление с некоторым интервалом разбиения. Такое представление позволяет рассчитывать усредненные действующие характеристики применительно к каждому отрезку деления, а так же непосредственно применять разрабатываемую модель для практических расчетов. Поэтому в целях упрощения и приближения к практическим расчетам представления изменения нагрузки интервал от 0 до 24 часов будем разбивать на s получасовых отрезков интегрирования. Таким образом, каждый отрезок будет представлять результат воздействия конкретной нагрузки на конкретный проводник по завершенному тепловому воздействию. В частности принято деление при расчетах внутридомовых сетей равное 30-и минутам. Такое допущение не приведет к погрешности при рассмотрении основных моментов графика суммарной нагрузки, как например, приведено в [20]. Вследствие суммарного воздействия на рассматриваемых участках статистически устойчив рост или падение нагрузки, происходящие практически равномерно на более меньших интервалах деления.

Рассмотрим вероятностные параметры произвольно выбранного отрезка деления с границами [т; т+1], где т = \,2,...,s, где s - количество отрезков интегрирования и введем характеристику К : h \p(t)dt КуСт т = {hx)\Pycm) (ЗЛ) где tvt2 - время начала и конца временного отрезка интегрирования, мин; P(t) - реальный график нагрузки, кВт. Здесь нужно отметить сходство представленной формулы с введенным в [20] групповым коэффициентом включения. Однако использование понятия, описанного в [20], привело бы к ряду неточностей. Так, групповой коэффициент включения применим к группе «технологических» электроприемников и является показателем графика, тогда как К является вероятностной величиной, привязанной к участку m и лишь статистически к какому-либо конкретному набору электроприемников. Величина P[t) представляет из себя вероятностный процесс, являющийся физическим представлением о состоянии включения части электроприборов входящих в группу Р .

Используя данное соотношение с границами [0;1] можно записать любое распределение вероятности относительно группы установленных электроприборов. При существенной вариации данного коэффициента на одном отрезке можно говорить о влиянии нового типа бытового электроприбора, так как уст в общем случае является двумерной случайной величиной зависящей от времени и от факторов социального и технического характера, которые можно описать одной воздействующей характеристикой. Однако для базовой группы относительно энергоемких потребителей мы можем переписать (3.1) в виде: h \P(t)dt уст,т К- = { ум{руст) (3 2)

Таким образом, сужая интервал по допустимой нагрузке относительно установленной мощности, отметим тот факт, что с уменьшением количества электроприемников растет вероятность превышения единицы К вычисленного по (3.2), тогда как по (3.1) К всегда 1.

Обозначим распределение вероятностей величины К в зависимости от отрезка т через f[K J . Заметим, что в отличии от принятого дискретного деления суток на s частей распределение f\K) является непрерывной \ уст J т величиной. Математическое ожидание М(Кустт) запишется следующим образом:

В данном виде для моделирования всего процесса формирования графика нагрузки достаточно знать значение Р и распределение вероятностей для каждого отрезка времени.

Программа работ по обследованию электрических нагрузок жилых зданий

На основании решения Республиканской комиссии по пожарной безопасности под председательством главы кабинета министров Чувашской республики Партасовой Н.Ю. №4 от 04.12.2002 г., в целях обеспечения пожарной безопасности, снижения количества пожаров, электротравматизма необходимо определить фактические нагрузки электроустановок жилых и общественных зданий, определить перечень зданий, на которых необходимо провести реконструкцию сетей.

Для этого используя данные, полученные в ходе обследования домов по электропотреблению за 1998-2000 годы, результаты их анализа (глава 2), а также чувствуя поддержку зам. директора Чувашэнергонадзора в лице Иванова Д.Г. за период с августа 2002 г. по февраль 2006 г. были проведены экспериментальные обследования нагрузок жилых домов г. Чебоксары с помощью прибора для измерения показателей качества и учета электроэнергии ЭРИС-КЭ.01А/тк.

Объекты для обследования выбирались по результатам анализа электропотребления приведенному в главе 2 данной работы с целью охватить и представить материал для разработки конкретной модели расчета электрических нагрузок характерных и массовых объектов застройки жилищного фонда.

Район обследования выбирался исходя из массовости застройки и наличия наибольшего количества "характерных" домов (домов массовой застройки с наибольшим процентом представленных домов). В результате был составлен перечень объектов для обследования, в который вошли дома с различными значениями годового электропотребления и уровню электрификации в соответствии с [139]. Соответственно в нем представлены (по типу) следующие дома: Панельные дома с газовыми плитами; Кирпичные дома с электрическими плитами; Кирпичные дома с газовыми плитами.

Минимальное количество измерений для каждого дома выбиралось с учетом максимального значения погрешности определенного при расчетах электрических нагрузок [20] равного 10%. Максимальное и минимальное значения полных суток замеров заключалось между 4 и 9 [36].

Интервал осреднения для всех показателей замеряемых прибором выбирался наименьшим и равным 30-и минутам. Все подключения прибора проходили на ВРУ дома к кабелям питающим непосредственно только жилую часть. В ходе эксперимента проводились замеры не только электрических активных и реактивных нагрузок, а так же записывались и обрабатывались следующие показатели: установившееся отклонение напряжения; отклонение частоты; коэффициент искажения синусоидальности напряжения; коэффициенты п-ой гармонической составляющей напряжения; коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности; коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности; коэффициент искажения синусоидальности кривой тока; коэффициенты п-ой гармонической составляющей тока; коэффициент несимметрии тока по обратной последовательности; коэффициент несимметрии тока по нулевой последовательности. Интервал осреднения для всех показателей, так же принимался равным 30-и минутам.

Район обследования выбирался исходя из массовости застройки и наличия наибольшего количества "характерных" домов (массовой застройки с наибольшим процентом представленных домов). В результате был составлен перечень объектов для обследования в различных районах г. Чебоксары. В перечне для обследования представлены (по типу) следующие дома: КПД дома с газовыми плитами; кирпичные дома с электрическими плитами; кирпичные дома с газовыми плитами.

Непосредственно эксперимент проводился с помощью прибора "ЭРИС -КЭ.01". Данный прибор представляет из себя часть энергетической расчетно-информационной системы (ЭРИС), представляющей интегрированную систему программных и технических средств для комплексной автоматизации электрических сетей, разрабатываемой предприятием ООО "Энергоконтроль". Прибор предназначен для измерения и регистрации показателей качества электроэнергии, установленных [26], а также вспомогательных параметров электрической энергии, таких как токи нагрузки, величины и направления всех мощностей, в том числе и мощностей искажений по несимметрии и 109 несинусоидальности. На основании работ [23,27,32,39] полагаем значение летнего максима нагрузки равным 0.7, зимнего максимума нагрузки для жилых домов с плитами на природном газе и для кирпичных с электрическими плитами - 0.8.

Наиболее устойчивым во времени является значение Plmin, так как в него входят только определенный набор электроприемников, таких как холодильник, часы, дежурный свет и т.д., которые не меняют параметров электропотребления от сезонности. Следовательно, можно сделать первое допущение: Значение cP 9,3 находим по формуле (4.3) на основании электропотребления любого месяца. Значения Р2 шіп 3 являются условным для данной модели и не может считаться реальным показателем нагрузки, так как исходно в соотношения Р2тіпз и не закладывался. Тогда как расчетный показатель максимальной вечерней нагрузки в зимний период и минимальный ночной - реальные нагрузки в зимний характерный период.

Основные обработанные результаты экспериментальных исследований приведены в Приложении 6. В ходе эксперимента были выявлены корреляционные связи между нагрузками фаз для крупно панельных домов в зависимости от числа квартир, приведенные в табл. 4.2 и рис. 4.4.

Из табл. 4.2 видно, что для домов с электрическими плитами коэффициенты корреляции существенно меньше, чем для домов с газовыми плитами. Это может объясняться большой составляющей электрических плит в нагрузке, что обуславливает более частые случайные и существенные скачки нагрузки (рис. 4.5а).