Введение к работе
Актуальность проблемы. Предприятия черной металлургии являются крупными потребителями электроэнергии СЭЭЗ. Отрасль в целом потребляет около 18 У. вырабатываемой в стране ЭЭ и является .наиболее энергоемкой отрасль!) промышленности. Эффективность ее использования составляет около 60%. Поэтому все исследования, направленные на повышение эффективности использования ЭЭ на этих предприятиях, позволяющие снизить их электропотребление, является актуальными и имеет важное народно-хозяйственное значение. Исследование удельных расходов электроэнергия Сид D для различных видов продукции выпускаемой металлургическими предприятиями СМП), показывает, что несмотря на значительное число публикаций об экономии ЭЭ на Щ, \l повышается. Прячем эти w в 1,5 - 2 раза выше, чем в ведущих странах ССША, Англия, Франция, Япония, Германия и др.З. Основными причинами низкой эффективности использования ЭЭ на МП является следугше:
-
Недостаточная теоретическая проработка проблемы.
-
Отсутствие научно-обоснованных методов расчета электрических нагрузок на всех уровнях системы электроснабжения и в первую очередь от реэкопеременных и пиковых, что приводит к большим погрешностям в расчете нагрузок и неправильному выбору элементов систем электроснабжения. Это обуславливает большие потери ЭЭ и резкое увеличение капитальных затрат на сооружение систем электроснабжения.
-
Ошибочная концепция о необходимости сооружения крупных металлургических яредеприятий. Это обосновывалось тек что на таких предприятиях удельные расходы всех видов энергоресурсов будут ниже. Проведенные исследования показывают, что на наших гигантах МП удельные расходы ЭЭ на выпуск 1 т металла в 1,5 - 2 раза выше, чем на минизаводах США, Германии и Японии.
-
Многие металлургические предприятия имеет большой срок эксплуатации, старую технологию в соответственно на 40 - 50% больший удельный расход, чем на новых предприятиях.
-
Отсутствие концепции выбора оптимальных мощностей и числа дуговых сталеплавильных печей СЛСГО, что приводит к усложнению и удорожанию систем электроснабжения из-за необходимости применения дорогостоящих компенсаторов реактивной давности.
-
Нет теоретически обоснованных методов построения снетеи
электроснабжения МП с учетом электромагнитной совместимости электроприемников.
7. Нет рекомендаций по выб чу оптимальных уровней напряжения на зажимах отдельных электроприемников и узлов нагрузки.
Актуальность проблемы исследования подтверждается тем, что она выполнялась в рамках следующих целевых программ: 1) "Провести исследование систем электроснабжения промышленных предприятий ССЭПГО и разработать принципы оптимального построения СЭШ1, -обеспечивающие повышение качества, надежности и эффективности этих СЭПП" (Постановление ГКІЇТ СССР от 2.13.80 г. N 326/260. Проблема 0.01.11. Тема ОЗ.Н13; 2) целевая «.««шлексная программа О.Ц. 003 (подпрограмма 0.01.13. Ц "Повышение качества электроэнергии по напряжение и снижение потерь в электрических сетях ЕЭС СССР"); 3) координационный план АН СССР по научному направлению 1.9.2 "Электрофизика и электроэнергетика". Проблема 1.9.2.2.1 "Дальнейшее развитие теории и методов расчета электромагнитных процессов в ЕЭС СССР (постановление N 110 - 494 - 1216 от -5.12.83 г.).
Цепь работы и задами исследования; Провести анализ и разра- . ботать теорив, методы расчета и проектирования систем электроснабжения предприятий черной металлургии," учитыэаваих. специфику режимов, работы электроприемников СЭГО и позволяющих повысить эффективность использования ЭЭ и ее качество. Исходя из указанной цели в работе решаются следующие научные задачи:
-
Проводится классификация всех действующих в стране металлургических предприятий по степени однородности технологических процессов, что позволит выявить причины нерациональных расходов ЭЭ и наметить мероприятия по экономии ЭЭ.
-
На основе анализа к синтеза режимов работы ЭП большой группы МП находятся обдае закономерности формирования индивидуальных и групповых графиков нагрузки, что позволит разработать новые методы расчета электрических нагрузок.
-
Разрабатывается теория и методы расчета электрических нагрузок МП с учетом специфики режимов работы ЭП и уровней СЭПП.
-
В связи с большой раэветвленностью систем электроснабжения Ш и большим многообразием ЗП и их режимов работы разрабатываются методы имитационного моделирования на ЭВМ.
-
Проведено экспериментальное исследование электромагнит
ных помех (ЭМИ), создаваемых различными ЭП, разработаны математические модели источников ЭМП и методи расчета ЭМП.
-
Разрабатываются экономические характеристики ЭП и узлов нагрузки в функции отклонений напряжения и рекомендации для выбора средств регулирования напряжения.
-
Впервые проводится исследование динамики расходов ЭЭ по МП, разрабатываются математические модели злектропотребления и основные направления по экономии ЭЭ.
8. Разрабатывается концепция построения оптимальных систек электроснабжения МП.
Методы исследований. Построение и анализ математических моделей индивидуальных и групповых графиков нагрузки выполнено с использованием основных положений теории случайных импульсных потоков и теории марковских процессов. Исследование энергетических характеристик проведено на основе вероятностного анализа. Теоретическое и экспериментальное исследование электромагнитных помех выполнено с использованием методов математической статистики, корреляционного и спектрального анализа.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждена экспериментальной их проверкой на действующих предприятиях, использовавших при проектировании, реконструкции и эксплуатации предлагаемые автором методы.
Научная новизна. Разработаны математические модели индивидуальных и групповых графиков нагрузки различных типов электро-приемников и металлургических предприятий, выявлены закономерности их формирования и получены аналитические выражения для определения характеристик случайных процессов, что послужило основой для разработки методов расчета эффективных и пиковых нагрузок дуговых сталеплавильных печей я прокатных станов.
Доказано, что импульсные нагрузки прокатных станов не оказывает влияния на перегрев электрических сетей и трансформаторов, и их выбор по нагреву следует производить по эффективной нагрузке.
Разработаны методы имитационного моделирования на ЭВМ электрических нагрузок на различных уровнях систем электроснабжения по удельным расходам электроэнергии, а также эффективных и пиковых нагрузок электроприемников с импульсным я резкопеременным
режимами работы.
Проведена классификация электромагнитных помех (ЭМП), создаваемых различными электроприемникаьш металлургических предприятий, разработаны математические модели основных видов ЭМП, что позволяет дать рекомендации по их расчету и снижению при проектировании МП.
Разработаны методы выбора оптимальной емкости ДСП в зависимости от производительности.
Разработаны методы определения оптимальных уровней напряжения для отдельных электроприемников и узлов нагрузки металлургических предприятий, что позволяет выбирать экономически целесообразные средства регулирования напряжения и снижения ЭМП.
Разработаны математические модели злектропотребления и основные направления экономии энергии на металлургических предприятиях.
Практическая ценность. Математические модели индивидуальных и групповых трафиков нагрузки, полученные в диссертации, позволяют повысить точность расчета электрических нагрузок; автоматизировать с помощью ЭВМ трудоемкие методы расчета; производить расчеты при неполной исходной информации и производить проектирование МП параллельно со строительством.
Разработанный в диссертации метод расчета доз колебаний напряжения позволяет снизить погрешности расчета колебаний напряжения, правильно выбирать устройства для снижения" колебаний напряжения от дуговых сталеплавильных печей и значительно снизить затраты на системы электроснабжения МП.
Методика выбора оптимальной емкости ДСП позволяет повысить эффективность их использования и в 2-4 раза снизить затраты на электрометаллургические производства.
Разработанные экономические характеристики электроприемников и узлов нагрузки позволяют: производить выбор экономически целесообразных средств регулирования напряжения и оптимально регулировать напряжение в различных точках систем электроснабжения МП.
Математические модели электропотребления позволяют производить прогнозирование расходов электроэнергии по всем классам металлургических предприятий и определять наиболее экономичные технологически схемы МП.
Внедрение результатов работы. Материалы диссертации исполь-
зовались ВНИИЭ при разработке проекта ГОСТ 13109 - 94 "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения " и "Правил присоединения потребителя к сети энер-госнабжаощей организации и электроприемников к сетям потребителей по условиям влияния на качество электроэнергии".
Математические модели элекгропотребления, математические модели источников высших гармоник и методы построения экономических характеристик использовались Институтом электродинамики АН Украины при разработке и внедрении источников питания для металлургических производств следующих предприятий: ПО "Радар" Сг. Киев); ГО "Киевтрактородеталь"; ПО "Куэлитмаш" Сг. Пинск); Предприятия фирмы LEMND СЮгославяя); ПО "Маяк" С г. Киев?; Завод "Авангард" (г. Москва).
При проектировании системы электроснабжения Исфаханского металлургического завода СИсламская республика Иран) для расчета электрических нагрузок, выбора схемы электроснабжения, устройств компенсации реактивной мощности и фильтров высших гармоник агрегатов "печь - ковш" использовались институтом ГИПРОМЕЗ материалы диссертации и программы расчета для ПЭВМ IBM PC.
Исследования электромагнитных помех в сетях металлургического производства Нижегородского машиностроительного завода позволили определить экономический ущерб от них. Экономические характеристики электроприемников и узлов нагрузки использовались при определении перерасходов электроэнергии на данном предприятии.
Методы расчета электрических нагрузок электрических печей были использованы АО "Русский мотор", что позволило снизить стоимость устанавливаемого электрооборудования литейных цехов.
Материалы диссертационной работы, изложенные в монографии "Повышение эффективности использования электроэнергии в системах электротехнояогии" и в учебном пособии "Моделирование в системах электроснабжения", испояъэувтся в учебном процессе пря чтения лекций и выполнении курсовых и дипломных проектов по специальности 10.04. "Электроснабжение""» Нижегородском государственном техническом университете.
Основные положения, выносимые на эдиктyt
1. Классификация металлургических предприятий по однородности технологических процессов.
-
Закономерности формирования индивидуальных и групповых графиков нагрузки и гх математические модели.
-
Теср::.-: зі методы расчета электрических нагрузок систем электроснабжения металлургических предприятий.
-
Методы имитационного моделирования графиков нагрузки электроприемников с резкопеременным режимом работы на ЭВМ.
-
Результаты исследования электромагнитных помех (ЭМП), создаваемых различными электроприемниками, математические модели источников ЭМП и методы расчета и прогнозирования ЭМП.
-
Экономические характеристики злектроприемников и узлов нагрузки в функции отклонений напряжения и рекомендации для выбора средств регулирования напряжения.
-
Динамика удельных расходов электроэнергии по металлургическим предприятиям и модели электропотребления.
-
Основные направления по экономии энергии.
-
Концепция построения оптимальных систем электроснабжения металлургических предприятий.
Апробация работы. Отдельные положения и разделы диссертации докладывались и обсуждались с 1985г. более, чем на 20-ти конференциях, научно-технических совещаниях и семинарах. В том числе на 8-й сессиях Всесоюзного научного семинара "Кибернетика электрических систем. Электроснабжение промышленных предприятии." Новочеркасск 1982, 1933, 1385, 1S3S, 1989, 1990, 1993 гг; на 2-х Всесоюзных конференциях по моделированию энергетических систем Баку 1982 г., Рига 1987 г.; на 7-ми научно-технических семинарах проводимых МДНТП г.Москва 1978, 1979, 1981, 1984, 1988, 1989, 1991 гг.; на 5-ти региональных конференциях "Актуальные проблемы электроэнергетики. " Н. Новгород 1989-93 гг..
Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 научных работ. Из них 3 коллективные монографии и одно учебное пособие. Государственную регистрацию во ВНТИЦентре имеют 8 отчетов по научно-исследовательской работе, связанных с тематикой диссертации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем диссертации 382 страницы, в том числе 84 рисунка, 42 таблицы, 232 наименования библиографии и приложений на 37 страницах.
8 . '
