Содержание к диссертации
Введение
I. Вероятностные методы расчета характеристик графиков электрической нагрузки. Цель и задачи диссертации 14
1.1. Современное состояние проблемы 14
1.2. Цель и задачи диссертации 40
II. Экспериментальная оценка нормированных корреляционных функций случайных графиков электрической нагрузки .43
2.1. Предварительное планирование эксперимента 43
2.2. Теоретическое обоснование выбора интервала дискретизации графика электрической нагрузки 48
2.3. Методическое и аппаратурное обеспечение проведения экспериментальных исследований нормированных корреляционных функций графиков электрической нагрузки.. 62
2.4. Определение вида и параметров нормированных корреляционных функций графиков электрической нагрузки.. 67
2.5. Выводы 75
III. Вероятностное моделирование статических и динамических характеристик графиков электрической нагрузки 77
3.1. Методы эквивалентирования различных по виду и параметрам корреляционных функций графиков электрической нагрузки 77
3.2. Методика расчета статических характеристик графиков электрической нагрузки 80
3.3. Методика расчета динамических характеристик графиков электрической нагрузки 81
3.4. Экспресс-оценка характеристик графиков электрической нагрузки 88
3.5. Моделирование реализаций графиков электрической нагрузки методом «элементных процессов» 95
3.6. Выводы 107
IV. Программный пакет расчета характеристик графиков электрической нагрузки иерархически-структурным методом 109
4.1. Иерархически-структурная модель системы электроснабжения... 109
4.2. Алгоритм программы расчета характеристик графиков электрической нагрузки иерархически-структурным методом 113
4.3. Описание программного пакета расчета характеристик графиков электрической нагрузки иерархически-структурным методом 121
4.4. Выводы 125
V. Использование характеристик графиков электрической нагрузки, полученных иерархически-структурным методом для решения прикладных задач электроснабжения 126
5.1. Определение расчетных потерь электроэнергии в промышленных электрических сетях 126
5.2. Оценка максимальных, минимальных потерь и отклонений напряжения, а также диапазона их изменения в системах электроснабжения 134
5.3. Использование характеристик выбросов и провалов графиков реактивной нагрузки для выбора оптимальной мощности и
числа ступеней конденсаторной установки 144
5.4. Выводы 155
Заключение 156
Библиографический список 158
- Современное состояние проблемы
- Теоретическое обоснование выбора интервала дискретизации графика электрической нагрузки
- Методы эквивалентирования различных по виду и параметрам корреляционных функций графиков электрической нагрузки
- Алгоритм программы расчета характеристик графиков электрической нагрузки иерархически-структурным методом
Введение к работе
Проблема совершенствования методов расчета характеристик графиков электрической нагрузки систем электроснабжения продолжает оставаться актуальной [1, 2]. Адекватность оценки расчетных значений характеристик графиков электрической нагрузки (ГЭН) фактическим значениям, в основном, определяет эффективность систем электроснабжения (СЭС) в условиях эксплуатации. Это объясняется тем, что совокупность расчетных характеристик ГЭН является информационным обеспечением решения большей части комплекса технико-экономических задач на стадии проектирования и эксплуатации СЭС промышленных предприятий.
Таким образом, вопросы достоверности оценки расчетных значений характеристик ГЭН достаточно актуальны при проектировании объектов, имеющих централизованное электроснабжение, но еще более актуальнее при создании автономных СЭС, которые в настоящее время находят все более широкое применение в нефтяной, газовой, строительной отраслях промышленности.
График электрической нагрузки объекта формируется из двух составляющих — детерминированной и случайной. При этом детерминированная составляющая определяется технологическим процессом, а случайная -влиянием ряда факторов, стохастических по самой своей природе, таких, как метеоусловия, человеческий фактор и т. п. В то же время реальное состояние самого технологического процесса также случайно, потому что его состояние определяется влиянием набора факторов, строгий учет и прогноз которых невозможны.
Используемые в проектировании вероятностные методы расчета: метод упорядоченных диаграмм и статистический позволяют определять лишь две расчетные характеристики графика: среднюю нагрузку и нагрузку по нагреву (пик нагрузки тридцатиминутной длительности) [3]. Это объясняется тем, что оба метода являются методами статического модели-
7 рования, в основу которых положена математическая модель с ограниченными возможностями - модель «случайная величина». Средняя нагрузка и нагрузка по нагреву по своему физическому смыслу могут быть использованы, как исходные данные, только для решения следующих двух практических задач: выбора сечения проводника по условию нагрева и экономической плотности тока; определения расхода электроэнергии.
Кроме того, как свидетельствует практика, использование в проектировании указанных методов приводит, в ряде случаев, к существенному завышению расчетных значений средней нагрузки и нагрузки по нагреву [4-6].
Для решения всего комплекса технико-экономических задач, возникающих при проектировании, эксплуатации и реконструкции СЭС, а также при перевооружении промышленного предприятия, знание только двух расчетных статических характеристик графика явно недостаточно. Необходимо располагать дополнительной информацией о таких характеристиках как: пиках и впадинах нагрузки различной длительности, среднего числа, средней длительности и средней амплитуды выбросах и провалах нагрузки относительно заданного уровня. Такая совокупность вышеуказанных характеристик ГЭН определяется иерархически-структурным методом [1,7, 8], в основу которого положена математическая модель «случайный процесс». Расчетные характеристики ГЭН, полученные иерархически-структурным методом (ИСМ), являются исходными данными для решения следующих технико-экономических задач в электроснабжении [1, 3, 9-12]: определение расчетных потерь мощности и электроэнергии в промышленных электрических сетях; оценка максимальных, минимальных потерь и отклонений напряжения, а также диапазона их изменения в системах электроснабжения; выбор оптимальной мощности и числа ступеней регулируемой конденсаторной установки низкого напряжения; оценка экономической эффективности регуляторов напряжения и мощности компенсирующих устройств, диапазона регулирования напряжения; проверка выбранных по пику температуры элементов систем электроснабжения по условию перегрузки при определении их функциональной надежности; вычисление недоотпуска электроэнергии, обусловленного ограничениями пропускной способностью отдельных элементов системы электроснабжения; выбор номинальных токов плавких вставок, уставок автоматических воздушных выключателей, уставок тока защиты от перегрузки и времени ее срабатывания; прогнозирование возможности превышения максимума нагрузки различной продолжительности над заявленной активной мощностью; - регулирование максимума нагрузки промышленного предприятия. Решение вышеуказанных задач обеспечивает создание эффективных
СЭС, соответствующих требованиям электромагнитной совместимости, минимума потерь мощности и электроэнергии, металлоемкости промышленной электрической сети.
Все указанные обстоятельства определяют необходимость использования новых методов расчета характеристик ГЭН для проектирования, эксплуатации, реконструкции и перевооружении СЭС промышленных предприятий.
Связь темы диссертации с государственными научными программами.
Работа выполнялась по научно-технической программе СамГТУ «Энергосбережение и управление энергоэффективностью в образовательных учреждениях» на 2001-2005 гг. (Решение ученого совета от 30.03.01, протокол №7) в рамках основных направлений программы «Энергосбере-
9 жение Минобразования России» на 1999-2005 гг.
Целью работы заключается в совершенствовании ИСМ метода расчета характеристик ГЭН, которые являются исходными данными для решения всего комплекса технико-экономических задач, составляющих основу энергосберегающей технологии в проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий.
Научная новизна работы заключается:
Обоснован выбор длительности интервала дискретизации исходных ГЭН для экспериментальной оценки видов и параметров их нормированных корреляционных функций (НКФ).
Предложено аналитическое выражение эквивалентной корреляционной функцией (КФ), позволяющее использовать для оценки динамических характеристик ГЭН вероятностную модель случайного стационарного ГЭН с КФ, относящейся к дифференцируемым случайным процессам.
Предложен метод оценки параметров эквивалентной КФ для расчета динамических характеристик ГЭН.
Разработана методика оценки динамических характеристик ГЭН с различными видами и параметрами НКФ, нормальным законом распределения ординат и законом, отличным от нормального коэффициентами асимметрии и эксцесса.
Основные положения, выносимые на защиту:
Теоретическое обоснование интервала дискретизации ГЭН для экспериментальной оценки видов и параметров их НКФ.
Упрощенные способы оценки параметра эквивалентной КФ при неавтоматизированных расчетах статических характеристик ГЭН.
Метод расчета параметров эквивалентной КФ ГЭН, использование которого позволяет получить эффективную оценку характеристик выбросов и провалов ГЭН.
Динамические модели и метод оценки характеристик выбросов и
10 провалов ГЭН с нормальным законом распределения ординат и законом, отличным от нормального коэффициентами асимметрии и эксцесса. 5. Алгоритм и пакет программ для оценки статических и динамических характеристик ГЭН иерархически-структурным методом на персональной ЭВМ. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: экспериментальными исследованиями в действующих СЭС и теоретическим анализом результатов эксперимента в рамках теории стационарных случайных процессов; обработкой результатов экспериментальных исследований на ЭВМ с помощью методов теории вероятностей и математической статистики; совпадением результатов моделирования ГЭН на ЭВМ и аналитических расчетов с результатами прямых экспериментальных исследований в действующих СЭС.
Методы научных исследований: Теоретическое обоснование интервала дискретизации исходного ГЭН для оценки видов и параметров их НКФ производилось с применением теории информации. Разработка методов эк-вивалентирования различных по виду и параметрам КФ ГЭН производилась с применением математического аппарата корреляционной теории. При разработке методов динамического моделирования характеристик выбросов и провалов ГЭН относительно заданного уровня использовались основные положения теории выбросов случайных стационарных процессов. Обработка экспериментальных ГЭН выполнена с использованием методов математической статистики.
Практическая ценность работы заключается:
1. Реализовано схемное, аппаратурное и методическое обеспечение измерений НКФ ГЭН в условиях действующих производств.
Экспериментально получена информация о видах и параметрах НКФ индивидуальных ГЭН общепромышленных ЭП, дополняющая новую информационную базу исходных данных.
Разработан алгоритм и программный пакет оценки статических и динамических характеристик ГЭН иерархически-структурным методом для персональной ЭВМ.
Разработана инженерная методика оценки статических характеристик ГЭН при неавтоматизированных расчетах.
Составлены таблицы значений динамических характеристик ГЭН в зависимости от заданного уровня нагрузки и коэффициентов асимметрии и эксцесса закона распределения вероятностей ординат ГЭН.
Разработаны уточненные методики решения прикладных задач электроснабжения, использующих в качестве исходных данных статические и динамические характеристики ГЭН.
Реализован в виде программного пакета метод «элементных процессов» для воспроизведения ГЭН с нормальным законом распределения вероятностей ординат и заданной НКФ с целью проверки адекватности результатов аналитических расчетов с результатами моделирования ГЭН.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в практику проектирования в ОАО «Волгаэнергопроект-Самара» (г. Самара), ЗАО Самарский центр «Проект-электро» (г. Самара), ООО «Спецэнергомонтаж» (г. Самара). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедр «Автоматизированные электроэнергетические системы» и «Электроснабжение промышленных предприятий» Самарского государственного технического университета, «Электроэнергетика и электроснабжение» Нижегородского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 19, 23 сессиях Всероссийского научного семинара РАН
12 «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» (г. Новочеркасск, 1997, 2001 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: Управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (г. Благовещенск, 1998 г.), на 6 и 7 международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2000, 2001 г.), на международном симпозиуме «Надежность и качество 2001» (г. Пенза, 2001 г.), на 11 межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2001 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано: 1 монография, 7 статьи и 4 тезиса докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 13 приложений, содержит 157 стр. основного текста, включая 60 рисунков и 3 таблицы, 11 стр. списка использованной литературы из 105 наименований, 97 стр. приложений.
В первой главе дан анализ методов расчета статических и динамических характеристик ГЭН, реализующих математическую модель случайного стационарного процесса. Показаны их возможности и области практического применения. Формулируется цель диссертационной работы, научные и практические задачи.
Во второй главе приведено схемное, аппаратурное и методическое обеспечение необходимое для экспериментальных измерений нормированных корреляционных функций ГЭН. Приведена методика оценки параметров и видов НКФ индивидуальных графиков нагрузки различных общепромышленных и специальных промышленных установок, а также рекомендации по выбору шага дискретизации и длительности реализации ГЭН.
В третьей главе приведено описание методов эквивалентирования различных по виду и параметрам КФ групповых ГЭН; описаны методики расчета статических и динамических характеристик ГЭН; приведена методика проведения экспресс-оценки статических и динамических характери-
13 стик ГЭН при неавтоматизированных расчетах. Излагается моделирование реализаций ГЭН по методу «элементных процессов».
В четвертой главе излагается описание ИСМ расчета характеристик ГЭН, приведено описание алгоритма и программного пакета для персональной ЭВМ.
В пятой главе приводятся методики решения ряда прикладных задач электроснабжения: определение расчетных потерь электроэнергии в промышленных электрических сетях, оценка максимальных, минимальных потерь и отклонений напряжения, а также диапазона их изменения в СЭС, выбора оптимальной мощности и числа ступеней регулируемой конденсаторной установки низкого напряжения. Все методики доведены до их практического применения и иллюстрируются конкретными примерами расчета.
В заключении изложены основные выводы и результаты работы.
В приложении показаны фрагменты реализаций исходных ГЭН обрабатывающих центров «Горизонт-3» и «Горизонт-24»; приведены параметры случайного процесса изменения электрической нагрузки общепромышленных и специальных промышленных установок; вывод формул для расчета характеристик выбросов и провалов ГЭН, закон распределения вероятностей ординат которого отличен от нормального закона коэффициентами асимметрии и эксцесса; таблицы и кривые для упрощенного определения коэффициента затухания эквивалентной КФ; таблицы для экспресс-оценки характеристик выбросов и провалов ГЭН; исходные тексты программ расчета характеристик ГЭН иерархически-структурным методом и моделирования реализаций ГЭН по методу «элементных процессов»; документы о внедрении результатов диссертационной работы.
Современное состояние проблемы
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: - экспериментальными исследованиями в действующих СЭС и теоретическим анализом результатов эксперимента в рамках теории стационарных случайных процессов; - обработкой результатов экспериментальных исследований на ЭВМ с помощью методов теории вероятностей и математической статистики; - совпадением результатов моделирования ГЭН на ЭВМ и аналитических расчетов с результатами прямых экспериментальных исследований в действующих СЭС. Методы научных исследований: Теоретическое обоснование интервала дискретизации исходного ГЭН для оценки видов и параметров их НКФ производилось с применением теории информации. Разработка методов эк-вивалентирования различных по виду и параметрам КФ ГЭН производилась с применением математического аппарата корреляционной теории. При разработке методов динамического моделирования характеристик выбросов и провалов ГЭН относительно заданного уровня использовались основные положения теории выбросов случайных стационарных процессов. Обработка экспериментальных ГЭН выполнена с использованием методов математической статистики. Практическая ценность работы заключается: 1. Реализовано схемное, аппаратурное и методическое обеспечение измерений НКФ ГЭН в условиях действующих производств. 2. Экспериментально получена информация о видах и параметрах НКФ индивидуальных ГЭН общепромышленных ЭП, дополняющая новую информационную базу исходных данных. 3. Разработан алгоритм и программный пакет оценки статических и динамических характеристик ГЭН иерархически-структурным методом для персональной ЭВМ. 4. Разработана инженерная методика оценки статических характеристик ГЭН при неавтоматизированных расчетах. 5. Составлены таблицы значений динамических характеристик ГЭН в зависимости от заданного уровня нагрузки и коэффициентов асимметрии и эксцесса закона распределения вероятностей ординат ГЭН. 6. Разработаны уточненные методики решения прикладных задач электроснабжения, использующих в качестве исходных данных статические и динамические характеристики ГЭН. 7. Реализован в виде программного пакета метод «элементных процессов» для воспроизведения ГЭН с нормальным законом распределения вероятностей ординат и заданной НКФ с целью проверки адекватности результатов аналитических расчетов с результатами моделирования ГЭН. Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в практику проектирования в ОАО «Волгаэнергопроект-Самара» (г. Самара), ЗАО Самарский центр «Проект-электро» (г. Самара), ООО «Спецэнергомонтаж» (г. Самара). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедр «Автоматизированные электроэнергетические системы» и «Электроснабжение промышленных предприятий» Самарского государственного технического университета, «Электроэнергетика и электроснабжение» Нижегородского государственного технического университета. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 19, 23 сессиях Всероссийского научного семинара РАН «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» (г. Новочеркасск, 1997, 2001 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: Управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (г. Благовещенск, 1998 г.), на 6 и 7 международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2000, 2001 г.), на международном симпозиуме «Надежность и качество 2001» (г. Пенза, 2001 г.), на 11 межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2001 г.). Публикации. По теме диссертации опубликовано: 1 монография, 7 статьи и 4 тезиса докладов. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 13 приложений, содержит 157 стр. основного текста, включая 60 рисунков и 3 таблицы, 11 стр. списка использованной литературы из 105 наименований, 97 стр. приложений. В первой главе дан анализ методов расчета статических и динамических характеристик ГЭН, реализующих математическую модель случайного стационарного процесса. Показаны их возможности и области практического применения. Формулируется цель диссертационной работы, научные и практические задачи.
Во второй главе приведено схемное, аппаратурное и методическое обеспечение необходимое для экспериментальных измерений нормированных корреляционных функций ГЭН. Приведена методика оценки параметров и видов НКФ индивидуальных графиков нагрузки различных общепромышленных и специальных промышленных установок, а также рекомендации по выбору шага дискретизации и длительности реализации ГЭН.
В третьей главе приведено описание методов эквивалентирования различных по виду и параметрам КФ групповых ГЭН; описаны методики расчета статических и динамических характеристик ГЭН; приведена методика проведения экспресс-оценки статических и динамических характери 13 стик ГЭН при неавтоматизированных расчетах. Излагается моделирование реализаций ГЭН по методу «элементных процессов».
Теоретическое обоснование выбора интервала дискретизации графика электрической нагрузки
Экспериментальные исследования вероятностных характеристик индивидуальных графиков нагрузки ЭП: коэффициентов использования ки и нормированных корреляционных функций (НКФ) Щт) в действующих СЭС проводятся с целью получения исходных данных, формирующих новую информационную базу для проектных расчетов [32]. В основу методики экспериментальной оценки НКФ положена методика экспериментальной оценки ки общепромышленных и специальных промышленных ЭП, которая достаточно широко апробирована и подробно изложена в работе [56] и методы измерения случайных процессов [57]. Поэтому в данном параграфе приводятся только особенности методики экспериментальной оценки НКФ ГЭН.
Методика экспериментальной оценки НКФ базируется на результатах экспериментальных исследований ГЭН и следующих исходных положениях: 1. Стационарность случайного процесса потребления электрической энергии в наиболее загруженную смену Тсм или за время полного комплексного технологического цикла Тц [9]. 2. Нормальность закона распределения вероятностей ординат случайного процесса изменения электрической нагрузки. 3. Независимость случайных процессов изменения электрической нагрузки отдельных ЭП, участвующих в формировании группового графика нагрузки. Результаты экспериментальных и теоретических исследований ГЭН общепромышленных и специальных промышленных ЭП свидетельствуют о том, что их экспериментальные НКФ аппроксимируются следующими функциями заданного вида [1, 18-28]: Аналогичные виды НКФ получены д. т. н., профессором Вагиным Г. Я. и д. т. н., профессором Лоскутовым А. Б. для автоматической контактной электросварки [21, 23-25]. В НКФ видов (2.1-2.4) параметр а характеризует затухание вероятностной взаимосвязи между ординатами исходных ГЭН, а параметр CQ0 - собственную частоту колебаний НКФ, обусловленную повторяемостью технологических операций. Вышеприведенные положения, а также результаты экспериментальных и теоретических исследований позволяют классифицировать случайный процесс изменения электрической нагрузки ЭП как эргодический случайный стационарный процесс [14, 15]. Необходимо подчеркнуть, что стационарность случайных процессов и свойство эргодичности необходимо при проведении экспериментальных исследований проверять и доказывать математически. В случае если ГЭН является нестационарным, то в нем находятся участки стационарности [9, 18]. Расчетные параметры, характеризующие этот ГЭН, оцениваются на этих участках. Экспериментальная оценка НКФ ГЭН ЭП может быть получена двумя способами: 1. С использованием коррелометра и самопишущего прибора Н3050; 2. С использованием аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и ЭВМ типа IBM PC. Процесс экспериментальной оценки НКФ условно разбит на следующие этапы: предварительного планирования эксперимента и обработки полученных данных. Этап предварительного планирования эксперимента является особенностью и составной частью обоих способов методики экспериментальной оценки НКФ [1]. В нем используется опыт экспериментальных исследований НКФ в различных отраслях науки и техники [57-62]. Основной целью этапа предварительного планирования эксперимента является получение дополнительной информации о случайных ГЭН и уменьшение трудоемкости экспериментальной оценки НКФ на последующих этапах. В результате данного этапа определяется приближенная экспресс-оценка необходимой продолжительности записи реализации Тр и интервала дискретизации At исходного ГЭН. Недостаточная по длительности запись Тр исходного графика электрической нагрузки не позволяет обеспечить требуемую точность оценки его статистических характеристик. Слишком продолжительная запись Тр исходного ГЭН может привести к нарушению стационарности. Аналогичные рассуждения справедливы и для интервала дискретизации At исходного ГЭН: уменьшение интервала дискретизации At приводит к избыточности, а его увеличение - к потере информации о случайном процессе изменения электрической нагрузки в статистическом смысле. Для обоснованного выбора продолжительности записи исходного ГЭН по известным из работ [38, 61] формулам необходимо знать статистические характеристики графика нагрузки. где т] - относительная среднеквадратическая погрешность вычисления НКФ при дискретизации случайного ГЭН. Однако последние представляют собой те самые характеристики, которые по этой записи исходного ГЭН вычисляются. Выход из этой ситуации заключается в том, чтобы выбрать необходимую продолжительность записи Тр исходного графика нагрузки по приближенной оценке времени корреляции Тк между ординатами исходного графика до вычисления его НКФ [60, 62]. Дополнительным источником априорной информации могут служить особые точки (нули, экстремумы и точки перегиба) случайного процесса изменения электрической нагрузки. Особые точки важны тем, что их характеристики могут быть получены независимо от НКФ и несут дополнительную информацию.
Поэтому на этапе предварительного планирования эксперимента необходимо использовать математический аппарат «особых точек» теории случайных процессов [39, 60, 62], который позволяет получить оценку средней скорости изменения ординат случайного графика нагрузки. Средняя скорость изменения ординат случайного графика нагрузки ЭП определяется через среднее число пересечений пс графиком нагрузки в единицу времени своей средней нагрузки Рс, Qc [39, 60, 62].
Методы эквивалентирования различных по виду и параметрам корреляционных функций графиков электрической нагрузки
Экспериментальная оценка НКФ графиков активной и реактивной нагрузки ЭП может быть осуществлена двумя способами.
В первом способе используется традиционная экспериментальная установка [22, 73, 74], которая реализована на базе серийно выпускаемых устройств и состоит из следующих элементов: датчиков активной и реактивной мощностей типа Е-849/2, коррелометра Х6-4 и пятиканального быстродействующего самопишущего прибора Н3050. Блок-схема описанной выше экспериментальной установки приведена на рис. 2.11.
Этап предварительного планирования эксперимента в первом способе экспериментальной оценки НКФ ГЭН рекомендуется выполнять в следующей последовательности [1, 70, 73]: 1. Составляют первичную документацию по эксперименту, включающую: наименование и характеристику общепромышленного (специального промышленного) технологического оборудования, сведения об установленном электрооборудовании, характеристику общепромышленного (специального промышленного) ЭП, схему питания общепромышленного (специального промышленного) ЭП. 2. Собирают схему экспериментальной установки в зависимости от напряжения питания ЭП. При напряжении питания ниже 1000 В определяется место подключения переносных трансформаторов тока и блока напряжения 380/100 В (блок 5) в схему питания исследуемого ЭП; при напряжении выше 1000 В для записи исходных ГЭН используются уже установленные трансформаторы тока и напряжения в ячейке распределительного устройства. Производят проверку собранной схемы и тестирование коррелометра Х6-4 согласно [75]. 3. На выбранном фидере производят первую пробную запись исходного графика нагрузки с целью приближенной экспресс-оценки средней активной и реактивной нагрузки Рс, Qc. Запись производят на минимальной скорости, например на Уд=0.2-0.5мм/с для пятиканального самопишущего прибора Н3050. Длительность первой пробной записи исходного графика электрической нагрузки принимают равной 5 мин. На этапе предварительного планирования эксперимента коррелометр не используется. 4. На диаграммную ленту первой пробной записи исходного графика электрической нагрузки наносят масштаб. По выражению (2.8) оценивают, а затем проводят на диаграммной ленте уровень средней активной и реактивной нагрузки Рс, Qc. 5. Производят вторую пробную запись Трпр исходного графика нагрузки. Скорость записи подбирают таким образом, чтобы можно было отделить следующие друг за другом пересечения пс исходным графиком электрической нагрузки уровня средней нагрузки Рс, Qc и осуществить прямой, визуальный подсчет числа пересечений пс. Вторая пробная запись Трмр. исходного графика электрической на грузки должна содержать не более 30 пересечений пс графиком уровня средней нагрузки [60]. 6. По выражениям (2.8, 2.10, 2.12, 2.14) находят приближенные экспресс-оценки уровня средней нагрузки Рс, Qc, времени корреляции Тк, интервала дискретизации At и необходимой продолжительности Тр записи исходных графиков электрической нагрузки. 7. Подключают коррелометр к датчикам, самопишущий прибор Н3050 подключают к гнезду «самописец» на коррелометре, устанавливают необходимый At, расчетное время усреднения на коррелометре. 8. Запускают коррелометр и производят нормирование результата. Вновь запускают коррелометр на время Тр, после этого останавливают коррелометр кнопкой «Стоп» и выводят результаты на самопишущий прибор Н3050, нажав кнопку «Вывод». Второй способ экспериментальной оценки НКФ ГЭН основан на использовании аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и ПЭВМ типа IBM PC. Идея второго способа заключается в том, что регистрируемый ГЭН через АЦП подается на вход ЭВМ для спектрально-корреляционного анализа. Для этого используется экспериментальная установка, блок-схема которой приведена на рис. 2.12. В этой установке в качестве АЦП используется электронная плата ЛА - 2М2 [76], произведенная в России, а в качестве ПЭВМ применяется персональный компьютер типа "Pentium" с тактовой частотой не ниже 166 МГц, объемом оперативной памяти не менее 16 Мб и емкостью жесткого диска не менее 2 Гб. Когда эксперимент проводится в сильно загрязненной среде (пыль, агрессивные пары и т.д.), то в качестве ПЭВМ необходимо применять компьютер промышленного исполнения. В данной схеме исходный график нагрузки ЭП поступает на вход АЦП, который соединен с ПЭВМ. АЦП осуществляет преобразование аналоговых сигналов, поступающих с датчиков активной и реактивной мощности, в цифровой формат данных, доступных для дальнейшей обработки на ПЭВМ. Применение АЦП с ПЭВМ позволяют снизить затраты труда и повысить точность получаемых данных при проведении эксперимента.
Алгоритм программы расчета характеристик графиков электрической нагрузки иерархически-структурным методом
Таким образом, для проведения мероприятий, связанных с компенсацией реактивной мощности, возникает задача построения УД графика реактивной нагрузки. Эта задача имеет два варианта решения в зависимости от способа задания исходных данных.
В первом случае, когда мероприятия, связанные с компенсацией реактивной мощности, проводятся в условиях эксплуатации, после реконструкции или перевооружения СЭС, график реактивной нагрузки Q(t) известен или может быть построен по экспериментальным данным (записям Q(t)). Построение УД Q(T) ПО известному графику Q(t) производится по методике, описанной в [3, 9]. Аналитически точно описать форму полученной УД сложно, поэтому для упрощения расчетов УД обычно аппроксимируют отрезками уравнений прямых линий, гиперболической, показательной и экспоненциальной функциями [103]. В качестве иллюстрации на рис. 5.10 приведены реализация графика Q(t) и его УД Q(r).
Во втором случае, на этапе проектирования график Q(t) неизвестен, поэтому построение УД Q(T) возможно только с использованием характеристик выбросов и провалов ГЭН: среднего числа, средней длительности и средней амплитуды выбросов и провалов за заданный уровень нагрузки.
В расчетах рассматривается безынерционное регулирование, когда выдержки времени на отключение и включение регулятора КУ намного меньше длительностей выбросов и провалов графика Q(t) за уровень настройки. Как правило, минимальная выдержка времени срабатывания регулятора мощности КУ составляет одну минуту, поэтому средние длительности выбросов и провалов графика Q(t) меньше одной минуты в расчетах не рассматривались.
Построение УД Q(r) с использованием характеристик выбросов и провалов нагрузки осуществляется в следующей последовательности [104]:Определяется диапазон изменения реактивной нагрузки, как разность между максимальным и минимальным значением реактивной нагрузки. Полученный диапазон разбивается на шесть частей, по три равные части вверх и вниз от средней реактивной нагрузки. 1. Сближение фактических АЖф и расчетных t±W потерь электроэнергии в промышленных электрических сетях достигается за счет увеличения объема исходной информации по действительным графикам электрической нагрузки I(t): вида нормированной корреляционной функции и ее параметров. 2. Максимальная и минимальная потери напряжения AU,a. также диапазон их изменения в проектируемой системе электроснабжения при нормальном законе распределения вероятностей ординат графика электрической нагрузки определяются соответственно по формулам (5.17, 5,18, 5.20), а при отличии закона распределения вероятностей ординат графика электрической нагрузки от нормального коэффициентами асимметрии и эксцесса- (5.21, 5.22, 5.23). 3. Число ступеней регулируемой конденсаторной установки низкого напряжения и их оптимальная мощность зависит от закона распределения ординат графика реактивной нагрузки и определяется численным решением уравнения (5.26). При стабильных значениях тарифов на активную и реактивную энергию, цен на конденсаторные установки число ступеней регулирования конденсаторной установки низкого напряжения не превышает трех. В диссертационной работе поставлена и решена задача совершенствования иерархически-структурного метода расчета характеристик графиков электрических нагрузок систем электроснабжения. Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем: 1. Разработано теоретическое обоснование и даны практические рекомендации по выбору интервала дискретизации исходного графика электрической нагрузки для экспериментальной оценки видов и параметров их нормированных корреляционных функций. 2. Предложено методическое обеспечение и современное аппаратурное для проведения экспериментальных измерений нормированных корреляционных функций графиков электрической нагрузки в условиях действующих предприятий. 3. Для неавтоматизированных расчетов пиков и впадин нагрузки различной длительности с различными видами и параметрами корреляционных функций, нормальным законом распределения ординат и отличным от нормального коэффициентами асимметрии и эксцесса разработаны упрощенные способы оценки параметров эквивалентной корреляционной функции. 4. Разработаны динамические модели и метод оценки характеристик выбросов и провалов графиков электрической нагрузки: среднего числа, средней длительности и средней амплитуды относительно заданного уровня для графиков с различными видами и параметрами нормированных корреляционных функций, нормальным законом распределения ординат и законом, отличным от нормального коэффициентами асимметрии и эксцесса. 5. Для оценки среднего числа, средней длительности и средней амплитуды выбросов и провалов нагрузки введено понятие и дано определение эквивалентной корреляционной функции, позволяющей учесть различие видов и параметров корреляционных функций индивидуальных графиков нагрузки электроприемников при их суммировании. 6. Предложено аналитическое выражение эквивалентной корреляционной функции, позволяющей использовать для оценки среднего числа, средней длительности и средней амплитуды выбросов и провалов нагрузки формулы теории выбросов случайных стационарных процессов. 7. Для оценки среднего числа, средней длительности и средней амплитуды выбросов и провалов графиков электрической нагрузки разработан метод расчета параметров эквивалентной корреляционной функции, заключающийся в равенстве значений суммарной и эквивалентной корреляционных функций при аргументах т=0 и v=At. 8. Разработан в среде «Delphi» программный пакет для оценки пиков и впадин нагрузки различной длительности, а также среднего числа, средней длительности и средней амплитуды выбросов и провалов графиков электрической нагрузки иерархически-структурным методом для персональной ЭВМ с операционной системой Windows 98/NT. 9. Разработаны уточненные методики решения следующих прикладных задач электроснабжения: определение расчетных потерь электроэнергии в промышленных электрических сетях; оценка максимальных, минимальных потерь и отклонений напряжения, а также диапазона их изменений в системах электроснабжения; выбор оптимальной мощности и числа ступеней регулируемой конденсаторной установки низкого напряжения.
