Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор и анализ проблемы построения сетей электроснабжения горных машин и промышленных установок 10
1.1. Обзор существующих схем электроснабжения промышленных установок 10
1.2. Особенности схем электроснабжения очистных участков горношахтных предприятий 14
1.3. Особенности работы электрооборудования очистных участков горно-шахтных предприятий 19
1.4. Задачи исследований 22
2. Система электроснабжения как объект оптимизации 23
2.1. Анализ существующих средств и способов оптимизации систем промышленного и подземного электроснабжения 23
2.2. Методы поиска оптимального решения 28
2.3. Формулировка задачи оптимизации сети электроснабжения 32
2.4. Генетический алгоритм 36
2.5. Программная реализация стандартных задач поиска оптимальных решений с использованием генетического алгоритма 40
Результаты и выводы по главе 43
3. Математические модели системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой 44
3.1. Выбор математической модели асинхронного двигателя 44
3.2. Модель одиночного асинхронного двигателя с кабелем в статорной цепи 52
3.3. Модель группы асинхронных двигателей, присоединенных к одному источнику напряжения через общий кабель 56
3.4. Модель электромеханического преобразования энергии совокупностью связанных асинхронных двигателей 58
3.5. Модель СЭС произвольной структуры с электродвигательной нагрузкой 61
3.6. Модель СЭС произвольной структуры с электродвигательной нагрузкой, питающейся от источника ограниченной мощности 63
3.7. Модель СЭС магистральной структуры, полученная на основе модели СЭС произвольной структуры с электродвигательной нагрузкой, питающейся от источника ограниченной мощности 67
3.8. Модель СЭС магистральной структуры с электродвигательной нагрузкой, питающейся от источника ограниченной мощности 69
3.9. Математическая формулировка экстремальной задачи однокритериального выбора 74
3.10. Символьная модель экстремальной задачи переборного типа 77
3.11. Описание магистральной структуры сети электроснабжения в терминах теории генетического алгоритма 79
Результаты и выводы по главе 92
4. Реализация программного инструментария для определения рациональных конфигураций сети электроснабжения с использованием генетического алгоритма 93
4.1. Интерфейс программного инструментария 93
4.2. Редактор топологической схемы 95
4.3. Выбор параметров генетического алгоритма и критерия оптимальности 101
4.4. Вывод результатов расчета рациональных конфигураций сети электроснабжения 102
Результаты и выводы по главе 106
5 . Определение рациональных конфигураций сети электроснабжения и исследование режимов работы совокупности асинхронных двигателей 107
5.1. Рациональные конфигурации сети электроснабжения очистного участка 107
5.2. Рациональная конфигурация сети электроснабжения прокатного цеха 138
5.3. Исследование повторно-кратковременного режима работы совокупности асинхронных двигателей 141
Результаты и выводы по главе 146
Заключение 148
Список литературы 150
Приложение 162
- Обзор существующих схем электроснабжения промышленных установок
- Анализ существующих средств и способов оптимизации систем промышленного и подземного электроснабжения
- Выбор математической модели асинхронного двигателя
- Интерфейс программного инструментария
Введение к работе
Актуальность работы. С увеличением производственных мощностей промышленных предприятий увеличиваются мощности и количество электроприемников, возрастает потребление электроэнергии. В частности, в связи с повышением уровня механизации процессов добычи угля, внедрением новых, более мощных и производительных угледобывающих машин непрерывно растет электропотребление угольных предприятий.
В этих условиях необходимы мероприятия, направленные на повышение рационализации систем электроснабжения (СЭС). При проектировании СЭС используется технико-экономическое сравнение ряда рассматриваемых вариантов, а качество и эффективность проекта в значительной степени зависят от опыта и интуиции проектировщика. При этом основной трудностью является необходимость соблюдения требуемых норм и показателей, обеспечивающих заданное функционирование системы, а также выполнение требований правил безопасности.
Однако в процессе развития СЭС принимают форму сложной динамической системы. В этих условиях выбор варианта СЭС на основе только технико-экономического сравнения является уже недостаточным. Поэтому рациональная с точки зрения эффективности эксплуатации СЭС может быть спроектирована лишь на основе теории динамических систем с использованием алгоритмов автоматизированного проектирования. Для решения этой актуальной задачи необходима математическая модель СЭС, представляющая совокупность моделей отдельных элементов и участков электрической сети. При этом нужно учитывать то обстоятельство, что для многих СЭС с электродвигательной нагрузкой, в качестве которой в основном используются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, характерны динамические режимы работы электроприводов, когда нагрузка на исполнительных органах непрерывно изменяется, происходят процессы пуска и торможения электроприводов.
Для получения рациональных конфигураций сети электроснабжения с точки зрения эффективности эксплуатации необходимо учитывать соизмеримость мощностей электродвигателей с мощностью источника питания, значительные длины участков кабелей и их параметры, а также влияние двигателей друг на друга в различных режимах работы.
Таким образом, необходимость дальнейшего совершенствования методов расчета и автоматизированного проектирования рациональных конфигураций сети электроснабжения горных и промышленных предприятий является актуальной задачей.
Цель работы: разработка метода описания динамических процессов передачи и электромеханического преобразования энергии в СЭС магистральной структуры с электродвигательной нагрузкой и построение на этой основе программного инструментария для автоматизированного определения рациональных конфигураций сети электроснабжения.
Идея работы состоит в учете взаимного влияния компонентов (асинхронных электродвигателей) СЭС в динамических режимах работы электроприводов при разработке метода описания состояний системы, а также в использовании теории генетических алгоритмов для создания эффективного средства определения рациональных конфигураций сети электроснабжения, реализованного в виде программного инструментария.
Задачи исследований.
Провести анализ существующих способов описания СЭС с электродвигательной нагрузкой, используемых при исследовании динамических режимов работы совокупности асинхронных двигателей.
Провести анализ существующих методов для поиска рациональных конфигураций сети электроснабжения.
Разработать математическую модель СЭС магистральной структуры с электродвигательной нагрузкой, питающейся от источника ограниченной мощности.
Разработать программный инструментарий для автоматизированного определения рациональных конфигураций сети электроснабжения с учетом топологии местности и мест расположения электрооборудования, а также для исследования режимов работы совокупности асинхронных двигателей.
Провести исследование эксплуатационных режимов работы совокупности асинхронных двигателей в рациональных конфигурациях сети электроснабжения, определенных с помощью разработанного программного инструментария.
Методы исследований. При выполнении работы использовались математические методы теории обобщенной электрической машины для анализа динамических процессов, протекающих в асинхронных двигателях. Вопросы моделирования динамических систем высокого порядка решались на основе численных методов решения систем дифференциальных уравнений, систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений. При разработке программного инструментария для автоматизированного определения рациональных конфигураций сети электроснабжения использовался генетический алгоритм.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
Математическая модель СЭС магистральной структуры с электродвигательной нагрузкой, питающейся от источника ограниченной мощности, позволяет синтезировать существующие и рациональные конфигурации сети электроснабжения горных машин и промышленных установок.
Методы теории генетических алгоритмов применимы для создания эффективных средств определения рациональных конфигураций сети электроснабжения.
Программный инструментарий позволяет в автоматизированном режиме определять рациональные конфигурации сети электроснабжения, а также производить анализ процессов, связанных с передачей и электромеханическим преобразованием энергии в динамических режимах работы горных машин и промышленных установок.
Научная новизна.
Разработана математическая модель СЭС магистральной структуры с электродвигательной нагрузкой, питающейся от источника ограниченной мощности.
Разработан генетический алгоритм для поиска рациональных конфигураций сети электроснабжения.
Разработан программный инструментарий для автоматизированного определения рациональных конфигураций сети электроснабжения и исследования режимов работы совокупности асинхронных двигателей.
Достоверность научных положений и выводов подтверждена результатами вычислительных экспериментов, правомерностью принятых исходных положений и допущений, корректным применением фундаментальных положений теории электромеханического преобразования энергии и численных методов анализа, а также совпадением результатов, полученных на основе вычислительных экспериментов с использованием современных математических методов, с теоретическими и практическими результатами в других исследованиях.
Практическая ценность работы состоит в разработке математической модели СЭС магистральной структуры с электродвигательной нагрузкой, питающейся от источника ограниченной мощности, и программного инструментария для автоматизированного определения рациональных конфигураций сети электроснабжения и исследования режимов работы совокупности асинхронных двигателей. Результаты могут быть использованы как при проектировании новых СЭС горных машин и промышленных установок, так и при модернизации уже существующих.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на X Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» («Сибресурс 2004», г. Кемерово, 2004 г.), на Международной научно-практической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (г. Томск, 2005 г.), на XI Международной
научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» («Сибресурс 2006», г. Кемерово, 2006 г.), на I Всероссийской научно-практической конференции «Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса» (г. Кемерово, 2007 г.), на ежегодных научных конференциях Кузбасского государственного технического университета (г. Кемерово, 2002-2008 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемой литературы из 128 наименований и приложения. Основной текст изложен на 162 машинописных страницах и содержит 82 рисунка и 12 таблиц.
Обзор существующих схем электроснабжения промышленных установок
Проблема рационального использования электроэнергии в последнее время становится все более актуальной. Одним из направлений ее решения является управление СЭС путем установления рациональных параметров в процессе их работы и на стадии проектирования. Значительно облегчить реализацию этого направления можно при наличии методического и программного обеспечения для расчета и выбора рациональных конфигураций сети электроснабжения.
СЭС является структурно-переменной во времени, то есть периодически происходят включения одних элементов системы и отключения других. При этом эффективность системы в целом при каждой структуре различна. Система промышленного электроснабжения состоит из следующих основных частей [102]: - сети внешнего электроснабжения, которая служит для подключения к электрической системе и передачи электроэнергии промышленному предприятию; - сети внутреннего электроснабжения, предназначенной для распределения электроэнергии потребителям; - потребителей электроэнергии, большая часть из которых - асинхронные двигатели. Питание конечных потребителей систем электроснабжения в значительном количестве практических вариантов реализации осуществляется от одного источника (силового трансформатора) по иерархической схеме [2, 4, 87, 91]. При этом конечными потребителями в СЭС в большинстве случаев являются электродвигатели, в частности, асинхронные двигатели с коротко-замкнутым ротором (АД). Двигатели получают питание от силового трансформатора через совокупности последовательно соединенных участков кабелей разного сечения и длины.
Естественно, что при этом эксплуатационные затраты СЭС будут состоять из двух частей. Первая связана с эксплуатационными режимами работы двигателей (57, S2, S3, S4), вторая - с внешними (длины) и внутренними (активные и реактивные сопротивления) параметрами участков кабельной сети, через которые АД получают питание.
Ясно, что в многодвигательном варианте построения такой структуры СЭС изменения в режиме работы любого из двигателей будут сказываться на состоянии остальных и отражаться на энергетических показателях работы кабельной части СЭС. Таким образом, энергетические показатели работы СЭС будут определяться, с одной стороны, режимами работы двигателей, а с другой - геометрическими параметрами (длинами, сечениями) участков кабельной сети. Выбор конфигурации и структуры сети электроснабжения - сложная задача, имеющая многовариантное решение. На практике широкое распространение получили две основные типовые структуры распределения электроэнергии: радиальная и магистральная.
Радиальная структура электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Линии от источника питания к каждому потребителю выполняются без ответвлений на пути для питания других потребителей. Радиальные структуры обеспечивают высокую надежность электроснабжения, однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные структуры. Такие структуры требуют имеют значительное число питающих линий.
При резкопеременных нагрузках электроприводов, вызывающих значительные колебания напряжения на зажимах двигателей, применение питания по радиальной структуре позволяет уменьшить влияние этих колебаний напряжения на работу других двигателей.
На рис. представлен пример типовой радиальной структуры сети напряжением 0,4 кВ [103]. От главного распределительного щита или от трансформаторной подстанции отходят линии питания двигателей Д1 и Д8 и других электроприемников большой мощности, а также сборок 1...3 (распределительных пунктов). К главному щиту нецелесообразно подключать большое количество электроприемников малой и средней мощности, так как они снижают его надежность. Для питания таких электроприемников (например, двигателей Д2...Д7) делают вторичные сборки, питающиеся непосредственно от основного щита. При образовании сборок учитывается территориальное расположение электроприемников, удобство обслуживания, возможность экономии кабелей, поскольку сечение питающего сборку кабеля принимают меньше суммы сечений кабелей индивидуальных электроприемников ввиду их неодновременного включения.
Для радиальных структур сетей характерно значительное (в десятки раз большее, чем в сетях напряжением выше 1000 В) влияние сопротивлений элементов схемы на значения токов короткого замыкания, а также быстрое снижение значений токов короткого замыкания по мере удаления места повреждения от главных шин 0,4 кВ. Поэтому требования защиты сети накладывают определенные ограничения на длины и сечения кабелей и, следовательно, на построение схемы сети.
Выбор кабелей также может определяться не только нагрузкой, но и условиями защиты, например, в сетях, требующих защиты от перегрузки, или при необходимости обеспечения достаточной чувствительности защиты, когда счи тается целесообразным увеличить токи короткого замыкания путем увеличения выбранного по нагрузке сечения кабеля.
Анализ существующих средств и способов оптимизации систем промышленного и подземного электроснабжения
В электроэнергетике использование современной компьютерной техники и информационных технологий развивается в направлении усовершенствования систем контроля, анализа, оптимизации и управления технологическими режимами работы электроэнергетической системы. В 2000 году был создан программно-вычислительный комплекс ПВК АНАРЭС-2000 (Анализ Надежности Режимов Электрических Систем) для расчета и анализа нормальных и аварийных режимов работы электроэнергетической системы, работающий под управлением современных операционных систем семейства Windows (95, 98, ME, NT, 2000, ХР). В ПВК АНАРЭС-2000 решаются следующие технологические задачи [13]: - расчет установившегося режима; - оптимизация режима для снижения потерь активной мощности; - расчет электромеханических переходных процессов. В состав ПВК АНАРЭС-2000 входит программа оценивания показателей надежности электроэнергетической системы, предназначенная для определения в реальном времени основных показателей надежности. В программе предусмотрена возможность моделирования аварийных возмущений и отказов автоматики в аварийных ситуациях. Комплекс АНАРЭС-2000 предоставляет возможность круглосуточного оперативного контроля надежности и экономичности режима, как в нормальных, так и во внеплановых ситуациях.
Программный комплекс ElectriCS ADT, предназначенный для проектирования СЭС промышленных объектов любой размерности, имеет следующие возможности [13]: - синтез структуры проектируемой системы с выбором оборудования в соответствии с результатами расчета нагрузок и справочной информацией, имеющейся в базе данных системы; — расчет потерь напряжения в нормальных режимах и при пусках двига телей. Другой программный комплекс — ElectriCS 3D [13]. Это система для автоматизированной раскладки кабелей на промышленных и других предприятиях. Недостатком программных комплексов АНАРЭС-2000, ElectriCS ADT и ElectriCS 3D является то, что они синтезируют и оптимизируют электроэнергетическую систему, не учитывая на локальном уровне математических моделей электродвигателей. ElectriCS ADT и ElectriCS 3D осуществляют синтез и проектирование СЭС по результатам расчета нагрузок без учета мгновенных значений параметров.
Как отмечалось в 1.3, недостаточная величина реального максимального момента асинхронного двигателя обусловлена недостаточным уровнем напряжения на зажимах двигателя вследствие значительной потери напряжения в сети. Увеличение реальной величины максимального момента двигателя может быть достигнуто тремя основными способами: 1) перераспределением величин пускового и максимального моментов при разработке конструкций двигателя за счет снижения пускового момента; 2) повышением номинальной мощности двигателя и соответственно его максимального момента; 3) повышением напряжения на зажимах двигателя. Поскольку пуск угледобывающих комбайнов производится вхолостую, то требованием большой кратности пускового момента по отношению к максимальному в настоящее время можно пренебречь. А так как у одного и того же двигателя сумма пускового и максимального момента примерно постоянна, то у современных комбайновых двигателей уже предусмотрен повышенный максимальный момент за счет некоторого снижения пускового. Однако значительные потери напряжения в сети, как при пуске, так и при перегрузке не дают возможности в достаточной степени использовать этот эффект.
Повышение мощности двигателя дает эффект в отношении повышения максимального момента лишь до известного предела. Хотя с повышением мощности двигателя его каталожный максимальный момент увеличивается, однако одновременно значительно увеличивается потеря напряжения в сети, в результате чего максимальный момент может даже снизиться.
Наибольший эффект в отношении повышения реальной величины максимального момента двигателя достигается путем обеспечения на его зажимах номинального или близкого к нему напряжения. Это может быть выполнено следующими способами, а также совокупным их использованием [101]. 1. Увеличение сечения питающих кабелей. В настоящее время макси мальное сечение гибких кабелей для забойных машин составляет 95-120 мм2. Дальнейшее увеличение сечений гибких кабелей связано с большими эксплуа тационными трудностями вследствие чрезмерного увеличения веса и снижения гибкости кабелей. Таким образом, увеличение сечений кабелей дает нужный эффект только в отдельных случаях и полностью задачу обеспечения нормального уровня напряжения на зажимах двигателя не решает. 2. Применение трансформаторов с малой величиной напряжения корот кого замыкания. В сухих трансформаторах напряжение короткого замыкания составляет 2,4-3,5%, в то время как у стандартных трансформаторов с масля ным охлаждением - 5,5%. В связи с этим соответственно уменьшается потеря напряжения в трансформаторе. Дальнейшее снижение напряжения короткого замыкания трансформатора сопряжено с большими трудностями и ухудшением других технических характеристик трансформатора. Поэтому данный путь повышения напряжения на зажимах двигателя в настоящее время можно считать исчерпанным. 3. Использование регулировочных клемм трансформатора. Используя ми нусовые отпайки трансформатора, можно повысить напряжение на зажимах вторичной обмотки на 5% выше номинального. В большинстве случаев этого достаточно, чтобы обеспечить необходимый уровень напряжения на зажимах двигателя комбайна. Однако необходимым условием для этого является нали чие нормального уровня напряжения в сети 6 кВ, так как основное назначение минусовых отпаек — компенсация потери напряжения на стороне высшего на пряжения трансформатора. Основным недостатком этого метода является неэкономичность режима работы трансформатора повышенное напряжение на зажимах ближайших к трансформатору электроприемников. 4. Применение питающего трансформатора повышенной мощности. Так как с увеличением мощности трансформатора его внутреннее сопротивление уменьшается и потери напряжения в нем уменьшаются, что выгодно сказывается на общей потере напряжения в сети. Однако эффективность этого метода ограничена и не столь существенна в целом. Помимо повышенных капитальных и эксплуатационных затрат, увеличение мощности трансформатора связано с увеличением токов короткого замыкания в сети и необходимостью применения аппаратуры с повышенной динамической и термической устойчивостью. 5. Автоматическое регулирование напряжения в участковой сети. В тех случаях, когда централизованное регулирование не может обеспечить требуемого качества напряжения у отдельных потребителей с различными законами изменения нагрузок во времени, применяется местное регулирование Местное регулирование напряжения может быть групповое и индивидуальное.
Выбор математической модели асинхронного двигателя
Качество моделирования СЭС в значительной степени определяется способом моделирования режимов. В системе происходят многократные изменения в схеме, приводящие к изменениям режимов (нормальный режим, отключения, восстановление электроснабжения). Способ моделирования режимов должен позволять отображать все многообразие возможных состояний СЭС при оптимальных затратах машинного времени. Для моделирования нагрузки используются различные способы ее задания. Один из наиболее общих - задание электрической нагрузки узлов статическими характеристиками. В частных случаях нагрузка задается неизменными токами, мощностями или сопротивлениями [106]. В [105] отмечается, что расчетные данные, полученные с использованием электромеханических моделей двигателей, наиболее близки к экспериментальным данным и отличаются от них в пределах общепринятой погрешности инженерных расчетов ± 5%. Использование обобщенных статических характеристик нагрузки или задание нагрузки неизменными мощностями, токами или сопротивлениями может приводить к большим ошибкам, достигающим ± 50% от значений экспериментальных данных.
С учетом возможностей изменения режимов системы вследствие отключения и включения электроприемников целесообразно использовать динамические модели электроприводов, учитывающие потери в сети при различных режимах работы. Модели асинхронных приводов будем представлять системами дифференциальных и алгебраических уравнений. Наличие современной компьютерной техники позволяет реализовывать эти модели. В основе современных методов математического моделирования асинхронных машин лежит общая теория переходных процессов в машинах переменного тока, основные аспекты которой освещены в монографиях Е.Я. Казов-ского [117], И.П. Копылова [84], М.П. Костенко [116], СВ. Страхова [118], И.И. Трещева [119], а также в трудах В. Адкинса [108], В. Лайона [120], К. Ковача и И. Раца [86], С. Сили [121] и многих других ученых.
Асинхронная машина представляет собой совокупность сложных трехмерных электрических и магнитных цепей, содержащих участки с различными магнитными проницаемостями. Поэтому определенная степень идеализации необходима при описании асинхронного двигателя.
Реальную электрическую машину исследовать аналитически полностью не удается: сложный характер кривой намагничивания, зависящий от предыдущего магнитного состояния машины и непрерывно изменяющийся; сложный характер кривой распределения МДС в пространстве, и наличие высших гармоник; зависимость параметров от токов и частоты вращения; зависимость активных сопротивлений от температуры и многие другие факторы. Учет этих сложных взаимосвязей привел бы к громоздким системам нелинейных уравнений, а некоторые величины просто не удалось бы выразить аналитически. Поэтому приходится учитывать лишь главные факторы и делать следующие допущения [96, 107, 108, 109, ПО, 112, 113, 114, 115]: 1) потерями в стали и механическими потерями пренебрегаем; 2) эффект вытеснения тока на характеристики двигателя не учитывается; 3) характеристика намагничивания является однозначной и симметричной (линейной), то есть магнитопроводы ненасыщенны, а явление гистерезиса не учитывается; 4) напряжения питания заменяются эквивалентными значениями, изменяющимися по синусоидальному закону с частотой первой гармоники, то есть высшие гармонические составляющие электромагнитных переменных не учитываются; 5) реальное магнитное поле представлено состоящим из рабочего поля и полей рассеяния статора и ротора; 6) реальные зубчатые статор и ротор заменены гладкими, то есть воздушный зазор между статором и ротором неявнополюснои электрической машины равномерный; 7) лобовые части обмоток не учитываются; 8) магнитные проводимости по путям полей рассеяния постоянны; 9) магнитная система двигателя и его обмотки симметричны, то есть все фазы статорных и роторных обмоток имеют одинаковые активные сопротивления, числа витков и взаимный сдвиг магнитных осей; 10) параметры машины во время переходных процессов считаем неизменными, то есть они не зависят от токов и частоты вращения, а активные сопротивления не зависят от температуры; 11) все параметры ротора приведены к обмотке статора; 12) распределение МДС и магнитной индукции в воздушном зазоре синусоидально, то есть учитываются только первые гармонические этого распределения; 13) взаимные индуктивности между обмотками ротора и статора являются гармоническими функциями пространственного угла между геометрическими осями обмоток, а индуктивные сопротивления рассеяния принимаются не зависящими от положения ротора. В результате модель может быть сведена к линейным дифференциальным уравнениям с постоянными коэффициентами. Основой математического описания модели асинхронной машины, как и всякого электромеханического преобразователя энергии, являются дифференциальные уравнения электрического и механического равновесия системы, а также уравнения преобразования электромагнитной энергии в механическую. На рис. изображена первичная модель асинхронной трехфазной машины [111, 112]. Здесь условно обозначены сечения обмоток фаз статора (ин деке s) и ротора (индекс г) и оси этих обмоток
Интерфейс программного инструментария
На основе результатов, полученных в 3.8, разработан программный инструментарий для определения рациональных конфигураций сети электроснабжения по различным критериям с использованием генетического алгоритма. Программный инструментарий, разработанный в системе визуального объектно-ориентированного программирования Borland Delphi 7, также предназначен для моделирования переходных процессов в СЭС промышленных установок и горных машин в различных режимах работы. На рис. 4.1 представлена структура программного инструментария, а на рис. 4.2 показан интерфейс программы.
Синтез топологической схемы местности выполняется в визуальном «Редакторе топологии местности и расположения электрооборудования», где располагаются в пределах топологической схемы основные элементы системы из набора графических элементов (трансформатор, одиночный асинхронный двигатель или модуль) (рис. 4.2).
Параметры элементов задаются или выбираются из базы данных типовых элементов («База данных элементов») в «Редакторе свойств элементов» (тип трансформатора; марка кабеля трансформатора; тип двигателя; марка кабеля двигателя; время включения, выключения и режим работы двигателя и др.).
После синтеза топологической схемы, расположения электрооборудования и задания параметров элементов системы, настройки параметров генетического алгоритма и выбора критерия оптимальности выполняется расчет с помощью имитационной модели СЭС магистральной структуры с электродвига тельной нагрузкой, питающейся от источника ограниченной мощности.
«Трансформатор» Понижающий трансформатор цеха или передвижная участковая подземная подстанция - полная мощность трансформатора (SH), [кВ-А];- номинальное напряжение первичной обмоткитрансформатора (UeH), [В];- номинальное напряжение вторичной обмоткитрансформатора (UHH), [В];- приведенное активное сопротивление первичной обмотки трансформатора (Rj), [Ом];- приведенное индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора (Хі), [Ом];- активное сопротивление вторичной обмоткитрансформатора (Ri), [Ом];- индуктивное сопротивление вторичной обмоткитрансформатора (Хт), [Ом];- индуктивное сопротивление магнитной цепи(Хт), [Ом];- сечение кабеля {Сечение), [мм ];- удельное активное сопротивление кабеля (Ryd),[Ом/км];- удельное индуктивное сопротивление кабеля(Худ), [Ом/км].
Пользователю необходимо начать компоновку схемы с задания топологии местности (элемент «Топология»), а затем уже размещать в пределах заданной области электрооборудование в соответствии с заданными координатами (элементы «Модуль с АДкз» и «Трансформатор»).
Для добавления элемента «Топология» необходимо выполнить следующую последовательность действий: — выбрать элемент на панели инструментов или в меню; — переместить курсор в позицию, где должно располагаться начало первого участка первого канала топологической схемы, руководствуясь координатами курсора (рис. 4.5), и нажать правую кнопку мыши; — переместить курсор в позицию, где должен располагаться конец первого участка и начало второго участка первого канала топологической схемы и нажать правую кнопку мыши; — переместить курсор в позицию, где должен располагаться конец второго участка и начало третьего участка первого канала топологической схемы и нажать правую кнопку мыши и так далее; — для завершения непрерывного первого канала нажать среднюю кнопку мыши; — переместить курсор в позицию, где должно располагаться начало первого участка второго канала топологической схемы и нажать правую кнопку мыши; — переместить курсор в позицию, где должен располагаться конец первого участка и начало второго участка второго канала топологической схемы и нажать правую кнопку мыши и так далее. Координаты Y; J4G7 J Координаты курсора мыши Во время формирования топологической схемы расположения электрооборудования для более точного размещения элементов предусмотрены кнопки масштабирования «Масштаб +» и «Масштаб -». Масштаб также можно изменять нажатием левой кнопки мыши или в главном меню выбрать «Редактиро-ваниеМасштаб». Для добавления элементов «Модуль с АДкз» и «Трансформатор» необходимо выполнить следующую последовательность действий: — выбрать элемент на панели инструментов или в меню; - переместить курсор в позицию, где должен располагаться элемент, ру ководствуясь координатами курсора, в соответствии с заданной топологиче ской схемой и нажать правую кнопку мыши. После добавления элемента «Модуль с АДкз» появится дополнительная форма (рис. 4.6), в которой задаются параметры выбранного двигателя. Пользователь может самостоятельно задать параметры двигателя или выбрать его тип из имеющегося списка, что приведет к автоматическому изменению полей с параметрами.
