Формирование структуры функциональных связей электротехнических устройств систем электроснабжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.3

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

В.М. Степанов, И.М. Базыль

Рассмотрены основные направления эффективностифункщюнирования электротехнических устройств систем электроснабжения. На основании анализа использования нейронной сети с применением соответствующего математического аппарата можно осуществлять моделирование режимов работы схемы восстановления провалов напряжения и компенсации реактивной мощности в комплексе.

Ключевые слова: нейронная сеть, электроснабжение, энергоэффективность, надежность систем электроснабжения, потери электрической энергии.

Для определения рациональнойструктуры функциональных связей

электротехнических устройств компенсации провалов напряжения и реактивной мощности на основе нейронных сетей, и, их параметров по критерию надежности установлены зависимости для расчета уровня показателей

надежности и условий её реализуемости.

Нейронная сеть в системе рационального управления энергетическими потокамина основе функции модели энергетического потокаи реак-цииего на изменение состояния анализируемой электропитающей сети при известной нагрузке позволило получить цифровую модель энергетического потока:

где V - вектор-функция небалансов мощности в узлах нагрузки, X и У векторы столбцы зависимых и независимых параметров режимов работы рис. 1.

Рис. 1. Структура нейронной сети для определения структуры и функциональных связей конструктивной схемы и расчета параметроврежимаработыраспределительной сети

У(Х,У) = о,

(1)

Задача формирования структуры функциональных связей конструк-тивнойсхемы и расчета установившегося режима сводилась к минимизации суммы квадратов невязок - небалансов узловых мощностей.

Z = Z(yi(X)-yi)2 —> min, (2)

г

где Z - целевая функция, отражающая сумму невязок мощностей на j-той итерации для системы, состоящей из j объектов.

На основании анализа использования нейронной сети с применением соответствующего математического аппарата можно осуществлять моделирование режимов работы схемы восстановления провалов напряжения и компенсации реактивной мощности в комплексе с использованием приложения MatLab Sim Power Systems.

На рис. 2 изображена структура функционирования электротехнической системы компенсации реактивной мощности и провалов напряжения в комплексе, с учетом резервирования. Функционирование системы основано на восстановлении полного объема напряжения.

Рис. 2. Структура электротехнической системы контроля и управленияформированием требуемого уровня компенсации реактивной мощности и провалов напряжения в комплексе: С1-С8-блоки конденсаторных батарей; К1-К4-магнитные пускатели; блок АРБК - автоматическое регулирование батарей конденсаторов; ()1-измерителъное устройство; УВН - устройство восстановления

напряжения 133

Рациональная структура функциональных связей конструктивной схемы (рис. 2) обеспечивает требуемый уровень разрешающей способности и ограничения провалов напряжения, а следовательно рациональный режим работы электропитающей системы, что также определяется рациональной мощностью и местами установки компенсирующих устройств.

Определение рациональных параметров электротехнической системы контроля и управления формированием требуемого уровня компенсации провалов напряжения и реактивной мощностью проводилось по критерию надежности (рис. 3).

Рис. 3. Рациональный режим работы электротехнической системы

Для установления условий реализуемости функциональной элек тротехнической системы определяется уровень ее надежности

Че

Ян

к

У

(3)

где чн и че - вероятностные отказы системы существующего и нового технического уровня; к - коэффициент технического уровня системы, равный

к у = !(-Пэ+), у 3 ПЭн 0пп л н

(4)

где Пэс Пэн - отношение существующих и новых потерь электрической энергии; 0пс, 0пп - потери электрической энергии при ее преобразовании в электропитающих системах существующего и нового технического уровня; ле, Лн - величина кпд существующего и нового технического уровня. Вероятность отказа выражается как:

Чн =

Чс

1 - Пэс , <2

+

^ 11ЭС

3 77эн ()пп Т|

ПС , Лс ^

Вероятность безотказной работы вычисляется как

Рн = 1 - <7„,

Чс

Рн =1

1 ' Пэс , б,

+

Требуемое время безотказной работы

ис , Л с ^

+

3 77ОХ1 Лн

(5)

(6)

(7)

(8)

где Хн - допустимая интенсивность отказов, которая может быть выражена как

=(9)

где Сн - затраты на надежность нового технического уровня; Сс - затраты на надежность существующего уровня.

£ =-

(10)

Коэффициент готовности, выраженный через вероятность отказа для нового технического уровня

где 1;дп - допустимое время простоя

£дп — Ч;Двн< (12)

где Твн - требуемое среднее время восстановления.

Коэффициент технического использования рассчитывается через коэффициент готовности, который устанавливает прямую взаимосвязь между функциональными возможностями электроприемников на основе амплитудно-временных параметров потоков электрической энергии, который имеет вид

1 + А7;

к =

ти.н

1 +

(1 + АГв)'

[0ТвЯ)2 + (оЛТВУ

1 + Я7;

1 + , л2истТвХ)2 + (стлТвУ (1 + Я7;) 1

чДв

^бн

Исходя из структуры взаимосвязанных элементов и устройств электротехнической системы контроля и управления формированием требуемого уровня компенсации реактивной мощности и провалов напряжения в комплексе и равной вероятности отказов по общеизвестным и установленным зависимостям структурной надежности определяется требуемая их вероятностьцнм = дн(Ф¿) и уровень показателей приведены в таблице.

Показатели надежности

Чнм Рнм ^ нм> 1/ч ÎHM, ч Тонм, 4 tqn> ч кгн ктИнм Py(t) кп Кн кт к0

0,007 0,992 0,0024 15,355 458,62 1,53 0,994 0,951 0,01 1,52 1,53 0,995 0,636

Здесь qнм - вероятность отказа; Рнм - вероятность безотказной работы; 1;нм -требуемое время безотказной работы; Хн - допустимая интенсивность отказов; Тонм - требуемое среднее время наработки на отказ; 1;дп - допустимое время простоя; кгн - коэффициент готовности; ктшш - требуемое значение коэффициента технического использования; кп - коэффициент перегрузки, учитывающий изменение нагрузки от номинальной; кн - коэффициент надежности (запаса) по конструкционному материалу; км - коэффициент условий работы, учитывающий изменение нагрузки; к0- коэффициент однородности конструкционных материалов изоляции обмотки, учитывающий изменение ее механических свойств.

Условия реализуемости конструкционной и функциональной надёжности системы

кП г2

П ^ Рн) (14)

"-м"- О

(15)

1ОН

где Fa - действующее усилие на элементы системы; ¥н нормативное значение усилия; Тос - среднее время наработки на отказ существующих систем.

Исходя из неравенств, функциональные параметры устройств коммутации и контроля качества электрической энергии определяется на основе их соответствия условиям эксплуатации и обеспечения требуемой величины Тон.

/к с акУ\1/(кУ+1)

_ I КуСсЧс \

Чнм - (16)

где Сс - затраты на обеспечение надежности устройств коммутации и контроля качества электрической энергии; Суд - допустимые затраты (потери -ущерб) от отказа устройств коммутации и контроля качества электрической энергии;

Судн=Ссдп^дп (17)

где Сдп - допустимые затраты в единицу времени от отказа устройств коммутации и контроля качества электрической энергии;

_ Сдпс _ куссдсУ _ Судн

917« ~ уд" ~ кунй-' 1дн ~ 7 1 ^

На основе анализа результатов исследования моделирования переходных процессов и их обобщения были определены исходные данные для расчета показателей надежности. С учетом закона распределения случайных величин нагрузок и общеизвестных формул теории вероятности и математической статистики установлен диапазон изменения кп и кн. На основе анализа результатов исследования моделирования переходных процессов и их обобщения определялись исходные данные для расчета показателей надежности.

Из законов распределения случайных величин и общеизвестных формул теории вероятности и математической статистики установлен диапазон измерений кп и кн. На основании норм трудоемкости и стоимостных показателей по зависимостям соответственно определялись значения Хнм и 1;дп, в данном случае ТВНМ = 1и1, устанавливались значения Тенм, к Гн и к Тинм, Ру<£> С учетом

С учетом условия

Топ Том, (19)

где Том - максимальное время до проведения ремонтных работ; определялось значение 1;мп.

Таким образом, определены закономерности формирования топологии и управляющих воздействий в электропитающих системах, а также условий реализуемости для расчета параметров электротехнической системы контроля и управления режимами работы ее элементов на основе нейронных сетей и закономерностей формирования требуемого уровня компенсации реактивной мощности и провалов напряжения в комплексе.

Список литературы

1. Степанов В.М., Горелов Ю.И., Каратеев П.Ю., Базыль И.М. Оптимизация энергетических потоков и разработка методов и средств повышения энерэффективности ЗАО "Алексинская энергосететевая компания". ФГБОУ ВПО "Тульский государственный университет". 2011.

2. Степанов В.М., Ершов C.B., Каратеев П.Ю., Базыль И.М. Определение рациональных параметров систем транспортировки и распределения энергии в условиях ОАО "Трансмаш" г. Белев и совершенствование методов повышения энергетической эффективности предприятия, а также средств их реализации / ФГБОУ ВПО "Тульский государственный университет". 2012.

137

3. Электроснабжение промышленных редприятий // Дирацу В.С. [и др.]. К.: Вища школа, 1974. 280 с.

4. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Т.1. Электроснабжение / под общ. ред. А. А. Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986. 568 с.

Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, зав. кафедрой, energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Базыль Илья Михайлович, канд. техн. наук, асс., energyatsu.rula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

FORMATIONOFFUNCTIONALSTRUCTURE CONNECTIONSELECTRICAL

DEVICESPOWER SYSTEMS

V.M. Stepanov, I.M. Bazyl

The main directions of the efficiency of electrotechnical systems of power supply systems. Based on the analysis of the use of a neural network using the appropriate mathematical apparatus can be carried out simulation modes recovery circuit voltage dips and reactive power compensation in the complex.

Key words: electricity, energy efficiency and reliability of electricity supply, loss of electrical power, voltage dips.

Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical science, professor, head the department, director of the training center «Energy efficiency», eneegg(ya, tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Bazyl Ilia Michailovich, candidate of technical science, assistant, [email protected], Russia, Tula, Tula State University