Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
КОММЕРЧЕСКИЕ ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,4 кВ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ СНИЖЕНИЮ
Анализ структуры коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ
Способы хищения электроэнергии и их роль в структуре коммерческих потерь
Неплатежи как фактор роста коммерческих потерь электроэнергии
Некачественная электроэнергия - дополнительная составляющая коммерческих потерь энергопредприятия
Анализ эффективности мероприятий по снижению коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях 0,4 кВ
Основные способы автоматизации коммерческого учета электроэнергии в бытовом и мелкомоторном секторе
Требования, критерий оптимальности и функция цели АСКУЭ Выводы
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ АСКУЭ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ
Анализ и синтез оптимальной структуры АСКУЭ
Нормативная алгоритмическая модель АСКУЭ
Формализованное представление конструктивного многообразия
Процедура синтеза АСКУЭ из конструктивного многообразия
Основные принципы моделирования процесса обслуживания абонентов
Операторная схема моделирующего алгоритма
Получение выборки случайных чисел с заданным законом
Расчет оптимального числа каналов с = (с)ор1,
Расчет оптимального уровня функционирования многоканальной СМО
Протокол обмена информацией в подсистеме нижнего уровня АСКУЭ 315 Выводы 320 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 322 ЛИТЕРАТУРА 327 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Тексты программ и результаты имитационного
Моделирование процессов обслуживания абонентов
распределения 118
2.2.4. Имитационные модели и их программная реализация 122 2.3. Моделирование и оптимизация процесса облуживания абонентов
учетом многоканальности 129
минимизирующего общие издержки 135
с разными значениями Л1,...,ЛС и разными значениями //! ,//2,...,//с 139
Выводы 263 5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
АСКУЭ 265
моделирования 351 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Информационный сервис, предоставляемый
абоненту АСКУЭ 368
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акты о внедрении и другие документы 399
Введение к работе
Актуальность проблемы
Реформирование электроэнергетической отрасли России в последнее время сопровождается организационно-техническими сложностями и социально- экономическими противоречиями, обусловленными как общими социально- экономическими процессами в стране, так и особенностями собственно процесса электроснабжения. Если в промышленной энергетике в настоящее время в основном налажен достоверный учет потребляемой электроэнергии, и технологический процесс энергоснабжения позволяет применять избирательно меры воздействия к неплательщикам, то процесс потребления электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ в больших масштабах пока не поддается достоверному учету и контролю.
Известно, что в ЭС 0,4 кВ весьма актуальна проблема снижения коммерческих потерь электроэнергии (КПЭ), обусловленных в основном неплатежами и хищением (несанкционированным потреблением (НПЭ)) электроэнергии. Статистические данные показывают, что величина КПЭ в отдельных районах России достигает 35-40 % от объема потребленной электроэнергии. Убытки от коммерческих потерь в электрических сетях РАО «ЕЭС России» оцениваются около 30 млрд. руб./год. По сведениям ОАО «Мосэнергосбыт» 99 % украденного электричества в электрических сетях напряжением 0,4 кВ приходится на небольшие фирмы, склады, офисы и промышленные предприятия. На физических лиц списывается 0,8 % украденного электричества. Однако такая пропорция далеко не везде одинакова. В сельских электрических сетях и сетях с преобладанием коммунально-бытовой нагрузки доля коммерческих потерь в бытовом секторе, как правило, наибольшая.
Наряду с внешними факторами, определяющими появление и рост КПЭ, имеются и внутренние условия, способствующие их проявлению. Главным здесь является монопольный характер энергосбытовой деятельности предприятий, позволяющий не уделять должного внимания минимизации внутренних издержек при реализации политики энергосбережения. Такой подход изначально ориентирован на включение издержек и затрат энергопредприятия в отпускной тариф на электроэнергию. Отсутствие сдерживающих законодательных и экономических рычагов при этом неизбежно приводит к росту тарифов на электроэнергию и социальной напряженности в обществе.
Исследованием причин возникновения, анализом структуры КПЭ, нормированием и разработкой мероприятий по их снижению в нашей стране активно занимаются научно-исследовательские коллективы, возглавляемые д.т.н. В.Э. Во- ротницким и д.т.н. Ю.С. Железко. Следует также отметить большую практическую работу в этой области, проводимую инженерными коллективами ОАО «Мосэнерго», ОАО «Пятигорские электрические сети», ОАО «Ростовэнерго», ГУЛ «Донэнерго» и др. Разработанные ими рекомендации и организационно- технические мероприятия по снижению КПЭ активно внедряются, принося весомый экономический эффект.
Как показывает мировой опыт, при повышении доли доходов от бытовых потребителей электроэнергии (ПЭ) свыше 20 % в общей сумме доходов энергокомпании необходимо принятие дополнительных мер по обеспечению «собираемости» платежей. В числе данных мер предусматривается внедрение эффективной автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ).
В настоящее время насчитывается множество разнообразных модификаций АСКУЭ, большинство из которых еще не получили достаточного распространения. В некоторых случаях это связано с техническими ограничениями заложенного в них метода, в других - с достаточно высокой стоимостью внедрения и затратами на эксплуатацию, которые ставят под сомнение экономическую эффективность внедрения подобных систем. Видимо, это является следствием упущения на этапе их разработки некоторых важных особенностей процессов электроснабжения и коммерческого учета электроэнергии (КУЭ), характерных для российских электросетей.
Вместе с тем экономическая ситуация в отрасли оставляет совсем мало времени на разработку оптимальной системы, способной упорядочить взаимоотношения бытовых и мелкомоторных ПЭ и электроснабжающих организаций с учетом специфики данного сектора. Об этом свидетельствует как постепенное возрастание доли доходов от электроснабжения бытовых и мелкомоторных ПЭ в общей сумме доходов предприятий энергосбыта, так и тесно связанный с данным процессом рост КПЭ.
Указанные обстоятельства объясняют актуальность разработки мероприятий, связанных с созданием и внедрением эффективной системы автоматизации энергоучета, комплексно решающей проблему снижения КПЭ в электрических сетях напряжением 0,4 кВ.
Подтверждением актуальности темы диссертации является и тот факт, что она выполнялась в соответствии с Федеральным законом РФ «Об энергосбережении». Направление научных исследований соответствует перечню критических технологий федерального уровня (раздел 6. «Топливо и энергетика», 6.1.6. «Системы мониторинга и контроля потребляемых энергоресурсов»).
Объектом исследования диссертационной работы является процесс автоматизации коммерческого учета электроэнергии коммунально-бытовых и мелкомоторных потребителей электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ.
Предметом исследования являются научные методы и средства автоматизации коммерческого учета электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ.
Целью диссертационной работы является снижение КПЭ за счет комплексного применения существующих и новых разработанных методов и средств автоматизации КУЭ.
Поставленная цель потребовала решения следующих научных задач:
1. Анализа структуры коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ, мероприятий по их снижению и методов автоматизации коммерческого учета электроэнергии, формулирования требований к АСКУЭ и критериев эффективности ее функционирования.
Анализа существующих структур АСКУЭ и синтеза структуры АСКУЭ, отвечающей критериям эффективности ее функционирования и практической реализуемости.
Разработки моделей функционирования элементов АСКУЭ для решения прикладных оптимизационных задач, направленных на минимизацию затрат на содержание инфраструктуры АСКУЭ и снижение КПЭ.
Исследования и разработки методов организации информационного обмена в АСКУЭ, обеспечивающих требуемые характеристики быстродействия, надежности и экономичности.
Разработки методов снижения коммерческих потерь электроэнергии с применением АСКУЭ.
Разработки алгоритмического, программного обеспечения и средств АСКУЭ, отвечающих критериям эффективности и реализующих вышеуказанные методы.
Методы исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе научных задач использовались методы теории электрических цепей, системного анализа, теории систем массового обслуживания, сетей Петри, методы оптимизации, теории погрешностей, теории надежности, математического и имитационного моделирования, натурного эксперимента, алгоритмизации и др.
Достоверность и обоснованность результатов научных исследований обеспечена совпадением результатов имитационного моделирования, натурных экспериментов и испытаний, обеспеченных современной измерительной базой, а также результатами опытной эксплуатации. Новизна и реализуемость технических предложений, отраженных в диссертационной работе, подтверждена полученными патентами на изобретения, а также их практическим внедрением.
Научная новизна результатов проведенных исследований характеризуется следующим:
1. Предложен метод синтеза структуры АСКУЭ, использующий понятие рентабельного конструктивного многообразия (КМ) элементов и функциональных связей АСКУЭ, удовлетворяющей критерию минимума затрат при комплексном снижении коммерческих потерь электроэнергии,.
Разработаны имитационные модели, моделирующие алгоритмы и программы функционирования подсистемы обработки информации о платежах и формирования команд управления в АСКУЭ. Полученные модели позволяют оптимизировать пропускную способность и затраты данной подсистемы в общей структуре АСКУЭ с учетом нестационарности процессов, применения различных форм оплаты, а также снижать коммерческие потери электроэнергии, вызванные задержкой платежей.
Предложен и обоснован новый метод приема-передачи информации в АСКУЭ по электрической сети напряжением 0,4 кВ, отличающийся применением относительно-фазовой модуляции (ОФМ) сигнала, передаваемого по ЭС в окрестности нуля основной гармоники напряжения ЭС, в сочетании с использованием этой окрестности для синхронизации в организуемом канале связи.
Разработаны новые методы выявления несанкционированного потребления электроэнергии в электрической сети напряжением 0,4 кВ с помощью специализированной АСКУЭ, позволяющие определять места и мощности этого потребления.
Предложен новый метод коммерческого учета электроэнергии, отличающийся возможностью организации выносного узла учета с дистанционным управлением нагрузкой и индикацией характеристик режима электропотребления на стороне абонента, в целях пресечения несанкционированного потребления электроэнергии и использующий электрическую сеть для передачи телеметрической информации и команд управления.
Предложены новые методы многофакторного дистанционного управления потреблением электроэнергии с использованием специализированной АСКУЭ для территорий с различной концентрацией ЭП, базирующиеся на рациональном сочетании методов передачи информации по электрической сети и радиоканалу, позволяющие управлять электропотреблением любого абонента по финансовому, временному и технологическим признакам.
7. Разработаны новое алгоритмическое и программное обеспечение, средства АСКУЭ (счетчик электрической энергии, исполнительное абонентское устройство, электросетевой модем, устройство сбора и передачи данных), позволяющие реализовать новые структуру и функции АСКУЭ, направленные на снижение коммерческих потерь электроэнергии.
Практическая значимость:
Предложенная структура АСКУЭ обеспечивает снижение коммерческих потерь электроэнергии, затрат на ее функционирование и сокращение потерь времени абонентами при обслуживании в пунктах приема платежей.
Применение разработанных алгоритмов и программ позволяет моделировать процессы обработки информации в АСКУЭ в различных ситуациях с целью повышения ее пропускной способности и снижения затрат на ее содержание.
Предложенный метод приема-передачи информации по электрической сети напряжением 0,4 кВ недорог в реализацию и применим для решения широкого круга задач (телеуправление, сигнализация и др.).
Предложенные формат команды управления и методика организации радиосети адресного управления элементами АСКУЭ позволяют, используя стандартное радиооборудование и протоколы связи, с малыми затратами организовать сеть управления на территориях с неразвитой инфраструктурой связи, повысить ее пропускную способность и увеличить ее адресное пространство.
Разработанные методы выявления несанкционированного потребления электроэнергии позволяют оперативно и избирательно выявлять места и мощности этого потребления в целях снижения коммерческих потерь электроэнергии.
Использование предложенных методов организации выносного узла коммерческого учета электроэнергии и многофакторного дистанционного управления электропотреблением позволяет снизить КПЭ, связанные с НПЭ, несвоевременной или неполной ее оплатой, введением режима ограничения мощности.
Применение разработанных алгоритмов и средств ориентировано на недорогую реализацию АСКУЭ с новыми функциональными свойствами, направленными на комплексное снижение КПЭ. Их практическое использование позволяет также получать данные о режимах электропотребления, необходимых в широких целях, в том числе для выявления причин и источников нарушения показателей качества электроэнергии, расчета потерь электроэнергии, прогнозирования электропотребления и др.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
Синтезированная структура АСКУЭ и алгоритмы ее функционирования.
Имитационные модели функционирования информационной системы формирования команд, оптимизирующей технологические и экономические параметры АСКУЭ, с учетом различных форм, условий и ограничений по обслуживанию абонентов.
Методы приема-передачи информации в АСКУЭ по электрической сети напряжением 0,4 кВ и организации радиосети адресного управления в АСКУЭ для территорий с неразвитой инфраструктурой связи.
Методы выявления несанкционированного потребления электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ с помощью АСКУЭ.
Метод коммерческого учета электроэнергии, позволяющий организовать выносной узел КУЭ с дистанционным управлением нагрузкой и индикацией характеристик режима электропотребления на стороне абонента.
Методы многофакторного дистанционного управления потреблением электроэнергии с использованием специализированной АСКУЭ с учетом различной концентрации ЭП.
Алгоритмическое обеспечение и средства АСКУЭ, реализующие новые функции АСКУЭ, направленные на снижение коммерческих потерь электроэнергии.
Результаты работы использованы при выполнении госбюджетной научно- исследовательской и опытно-конструкторской работы по программе «Старт» (per. № 0120.0 501376), а также при выполнении инновационных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых НПФ «Южно-Российский информационный центр» и НПФ «Электронные информационные системы» г. Шахты Ростовской обл.
Полученные научные результаты использованы при реализации лицензионного соглашения между НПФ «Электронные информационные системы» и ВЗАО «АСЭН» г. Москва, зарегистрированного Роспатентом РФ от 13.12.2005 г. за № РД0004874. Этим соглашением предусматривается серийное производство элементов АСКУЭ на ОАО «Мытищинский электротехнический завод» (ОАО МЭТЗ), входящий в холдинг ВЗАО «АСЭН» г. Москва.
Результаты диссертационной работы используются и в учебном процессе ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» (ГОУ ВПО ЮРГУЭС) г. Шахты Ростовской обл.
Инновационные разработки НПФ «Южно-Российский информационный центр» и НПФ «Электронные информационные системы», базирующиеся на результатах диссертационной работы, отмечены рядом дипломов всероссийских выставок, дипломом Администрации Ростовской обл., благодарственным письмом Управления Энергонадзора по Волго-Донскому региону.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены и одобрены на следующих семинарах и научно-технических конференциях: III Международная научно-практическая конференция «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими», г. Новочеркасск, 2003 г.; Международный научно-практический семинар в Белорусской промышленной ассоциации, г. Минск, 2003 г.; IV Международная научно-практическая конференция «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», г. Новочеркасск, 2003 г.; XXVI сессия Всероссийского семинара «Диагностика энергооборудования», г. Новочеркасск, 2004 г.; Выездная сессия секции энергетики отделения энергетики, машиностроения и процессов управления РАН «Альтернативные естественновозобновляющиеся источники энергии и энергосберегающие технологии, экологическая безопасность регионов», г. Ессентуки, 2005 г.; XXVII сессия семинара «Электроснабжение», г. Новочеркасск, 2005 г.; XVIII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях», г. Казань, 2005 г.; VI Международная научно-практическая конференция «Современные энергетические системы и комплексы и управление
ими», г. Новочеркасск, 2006 г.; XXVIII сессия Всероссийского семинара «Кибернетика энергетических систем», г. Новочеркасск, 2006 г.; VIII Международная научно-практическая конференция «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах», г. Пенза, 2007 г.
Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 40 научных работ, в том числе, в том числе 17 работ в рекомендованных ВАК журналах, получено 6 патентов на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 226 наименований, четырех приложений. Основной текст изложен на 326 странице машинописного текста и иллюстрирован 111 рисунками и 25 таблицами.
Автор являлся научным консультантом по двум диссертациям на соискание ученой степени канд. техн. наук (Медведев Д.В., Тынянский В.Г.). Обе диссертации связаны с моделированием и использованием АСКУЭ для ЭС 0,4 кВ и защищены в 2005 г.
Автор выражает глубокую благодарность заслуженному деятелю науки РСОА, д.ф.-м.н., профессору Фетисову В.Г. за консультации по вопросам синтеза структуры и моделирования работы элементов АСКУЭ.
