CC BY
51
Энергосбережение
9 =
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рубрику ведет В. М. Аванесов,
заведующий кафедрой «Энергосбережение» НОУ ВПО МИЭЭ,
кандидат технических наук, доцент
Исследование структуры системы электроснабжения на ранних этапах энергоаудита промышленных предприятий
В. М. Аванесов,
заведующий кафедрой «Энергосбережение» НОУ ВПО МИЭЭ,
кандидат технических наук, доцент
Е.В. Садков,
адъюнкт Военной академии РВСН им. Петра Великого
На начальном этапе анализа эффективности применения энергосберегающих мероприятий для систем эле к т ро снаб -жения (СЭС) промышленных предприятий наиболее оптимальным является разработка совокупности структурных моделей качественного типа, ориентированных не на получение точного результата, а на ранжировку изучаемых режимов и энергосберегающих меро-при я тий по сте пе ни эф фек тив но с ти.
Цель — оптимизация анализа энергосберегающих ме ро при я тий на ос но ве по сле до ва тель но го уточнения изучаемых свойств объекта с помощью иерархии структурных моделей, с различной степе нью точ но с ти и пол но ты ото б ра жа ю щих эти свой ст ва, обес пе чи ва ю щие воз мож ность сре ди име ю щих ся ва ри ан тов энер го сбе ре га ю щих ме ро -при я тий вы брать на и бо лее пред по чти тель ные
Не от ли ча ясь боль шой точ но с тью, они да ют воз -мож ность вы явить на и бо лее об щие за ко но мер но с -ти функционирования анализируемой системы. С их по мо щью обес пе чи ва ет ся по лу че ние ин фор ма -ции о не о пре де лен ных фак то рах, а так же ее клас -сификация и упорядочивание. Результат — воз-мож ность на ме тить ра ци о наль ные спо со бы до сти -же ния эф фек та эко но мии эле к т ри че с кой энер гии в це лом.
Принципы моделирования структуры сложных си с тем эле к т ро снаб же ния не об хо ди мо рас сма т ри -вать в двух аспектах.
Первый — характеризуется реализацией соот-вет ст вия струк тур ной мо де ли мо де ли ру е мой си с те -
ме. При этом структур ная мо дель мо -жет от ра жать не толь ко то по ло ги че с -кую структуру СЭС, но и струк ту ру си с -те мы по сле ре а ли -за ции пред ла га е -мых энер го сбе ре га -ю щих ме ро при я тий по ее развитию или функционированию.
Второй, сравнительно новый аспект, свя зан с по ст ро е ни ем ие рар хи че с ко го ря да по сте пен но ус лож ня ю щих ся струк тур ных мо де лей СЭС. Этот под ход рас сма т ри ва ет ся как сред ст во раз ре ше ния из ве ст но го ме то до ло ги че с ко го про ти -во ре чия меж ду стрем ле ни ем уточ нить мо дель для обес пе че ния ее боль шей адек ват но с ти ре аль ной си -стеме и наращиванием сложности формируемой структурной модели. Изложенные соображения показывают принципиальную основополагающую роль структурных характеристик.
В основе выявления структуры системы лежит по ня тие эле мен тов, а так же их вза и мо дей ст вие меж ду со бой.
Для анализа энергосберегающих мероприятий це ле со об раз но при ме не ние не ко то рых ти по вых дей ст вий над струк ту рой СЭС, та ких как де ком по -зи ция, де та ли за ция, ото б ра же ние струк тур, ком -по зи ция, ко ор ди на ция, вы де ле ние ти по вых струк -тур или структурных элементов. Все эти типовые дей ст вия име ют це лью пре об ра зо ва ние струк ту ры си с те мы к ви ду, удоб но му для ана ли за энер го сбе -ре га ю щих ме ро при я тий.
Энергобезопасность в документах и фактах
Для кон крет ной ре а ли за ции на зван ных ти по -вых дей ст вий по пре об ра зо ва нию струк ту ры СЭС при ме ня ют со от вет ст ву ю щие ме то ды пре об -разования, в том числе на графах, посредством оты с ка ния пу тей и се че ний по ст ро е ния и уп ро -щения альтернативного графа, построения конденсации исходного графа (конденсация — граф, уз ла ми ко то ро го яв ля ют ся силь но свя зан ные под -системы исходного графа (бикомпоненты графа), а свя зя ми — сла бые свя зи меж ду эти ми под си с -те ма ми).
Де ком по зи ция свя за на с раз де ле ни ем СЭС на под си с те мы с ис поль зо ва ни ем сла бой вза и мо свя -занности подсистем. Отображение структуры СЭС свя за но с ее оп ре де ле ни ем на ос но ве ана ли за то по -ло ги че с ко го раз ме ще ния эле мен тов си с те мы и вза -и мо свя зей меж ду ни ми, а так же фор ми ро ва ни ем струк ту ры дру го го уров ня ие рар хии на ос но ве анализа заданной структуры. Композицией является со ставле ние струк ту ры СЭС из струк тур от -дель ных под си с тем. Вы де ле ние ти по вых струк тур или струк тур ных эле мен тов мо жет про из во дить -ся, например по степени централизации или включен но с ти эле мен та в СЭС с це лью ис поль зо ва ния для най ден ных ти пов струк тур на и бо лее при ем ле -мых ме то дов ис сле до ва ния.
Графы служат удобным средством задания связей между объектами, т.к. граф структуры СЭС может быть представлен в виде матрицы пхт, где п — число вершин, а т — число ребер (или дуг). Для ори ен ти ро ван но го гра фа струк ту ры СЭС эле -менты матрицы задаются так:
1, еслиу-я дуга выходит из г-й вершины;
если /-я л>ла чахолш в /-ю чершину.. (1)
О, иначе.
{1,ес
-1,«
п
Матрицу (а,{])(пхт), определяемую указанным обра зом, на зы ва ют ма т ри цей ин ци ден ций гра фа структуры СЭС. Граф-представление структуры СЭС — на гляд ное пред став ле ния ко неч ных би нар -ных от но ше ний меж ду эле мен та ми СЭС.
Для СЭС про мы ш лен ных пред при я тий уз лы графа отображают отдельные элементы схемы: транс фор ма то ры, ре ак то ры, ком пен са то ры, пре об -разователи, электродвигатели, электрические печи и т.д.
Ду ги гра фа иден ти фи ци ру ют по то ки эле к т ри -че с кой энер гии меж ду эле мен та ми СЭС.
На при мер, для обоб щен но го ана ли за ра бо чих ре жи мов слож ных ли ней ных схем за ме ще ния це -лесо об раз но поль зо вать ся пред став ле ни я ми из топологической теории графов, а для того, чтобы от изу ча е мой си с те мы пе рей ти к со от вет ст ву ю -щему ей направленному графу, можно применить раз лич ные ме то ды в со от вет ст вии с тем, что урав не ния для этих це пей мо гут быть за пи са ны ли бо на ос но ва нии за ко нов Кирх го фа, ли бо пу тем ис поль зо ва ния ме то да уз ло вых по тен ци а лов, ли -бо пу тем ис поль зо ва ния ме то да кон тур ных то ков и т.п.
Анализ эффективности функционирования сис-те мы эле к т ро снаб же ния ба зи ру ет ся на урав не ни ях
энер ге ти че с ко го ба лан са для про цес сов, эле мен тов и схемы в целом. Уравнения баланса получаются при ум но же нии век то ра по то ков эле к т ри че с кой энергии на матрицу инциденций графа структуры СЭС, отражающего структуру взаимосвязей между элементами.
Для ко ли че ст вен ной оцен ки струк тур ных свойств СЭС ис поль зу ют ся та кие ха рак те ри с ти ки, как связность структуры, структурная избыточность, струк тур ная ком пакт ность, сте пень цен т ра -лизации в структуре, сложность структуры, диаметр струк ту ры, струк тур ная не од но род ность, ранг эле мен тов, сте пень вклю чен но с ти эле мен тов в си с те му. Эти ха рак те ри с ти ки мо гут оце ни вать ся как на ос но ве чи с то струк тур ных (гра фо вых) по ка -зателей элементов и связей, так и с учетом числен ных зна че ний ве со вых ко эф фи ци ен тов этих эле мен тов и свя зей, оп ре де лен ных с уче том кон -крет ных па ра ме т ров си с те мы.
Введем показатель ю^, называемый коэффициентом связности узлов I и ] графа структуры СЭС. Ко эф фи ци ент связ но с ти яв ля ет ся не толь ко чис -ленной мерой «расстояния» между элементами СЭС, его мож но так же рас сма т ри вать как оцен ку вза и мо дей ст вия меж ду ни ми.
С этих по зи ций каж дый член ма т ри цы
(2)
характеризует величину взаимодействия соответ-ст ву ю щей па ры уз лов, а сум ма чле нов стро ки ве -ли чи ну вза и мо дей ст вия уз ла с си с те мой в це лом:
(3)
В качестве собственного параметра Юц в матрице коэффициентов связности принимается номинальная мощность генератора электрической энергии, соответствующего і узлу граф-представления структуры СЭС:
(4)
Так как матрица, составленная из коэффици-ен тов связ но с ти, ха рак те ри зу ет об мен ные воз -мож но с ти уз лов по от но ше нию друг к дру гу и си с -те ме, она мо жет ис поль зо вать ся для оцен ки их вза им ных свойств.
Оцен ка связ но с ти учи ты ва ет не толь ко то по ло -ги че с кие ха рак те ри с ти ки струк ту ры ис сле ду е мой СЭС, но и силу связей. Величина (3) приблизительно соответствует понятиям «ранг элемента», «степень вклю чен но с ти эле мен та в си с те му».
Пу тем изу че ния ко ли че ст вен но го со от но ше -ния меж ду соб ст вен ны ми и вза им ны ми струк тур -ны ми свой ст ва ми СЭС, оп ре де ля е мы ми по ка за те -лями ю^, определяется возможность перехода от традиционной схемы замещения, составленной для расчетов установившихся режимов, к иерархи че с кой струк тур ной мо де ли СЭС по связ но с ти, от ра жа ю щей на ли чие под си с тем (би ком по нен ты
иивиди
Энергосбережение
11 =
граф-представления структуры СЭС), содержащих концентрированные узлы, и сравнительно слабых связей между ними. Результат этой опера ции слу жит ос но ва ни ем для вы бо ра спо со ба эк -ви ва лен ти ро ва ния схе мы и про ве де ния ана ли за по частям без потери главных свойств исследуемой си с те мы.
В зависимости от долевого участия элементов в формировании структурной модели СЭС решает ся за да ча вы де ле ния под мно жеств эле мен тов, для ко то рых мо гут быть ре ко мен до ва ны од но тип -ные при емы ана ли за ус та но вив ших ся и пе ре ход -ных ре жи мов.
Критерии группировки основываются на ана-ли зе со от но ше ний меж ду от дель ны ми со став ля ю -щими мощности узлов:
где Рй — собственная мощность узла;
юоп{, юоЫ — составляющие мощности, которые мо гут быть ре а ли зо ва ны вну т ри и вне под си с те мы.
Аналогичные составляющие можно рассматривать для под си с те мы, ес ли она яв ля ет ся ча с тью под си с те мы бо лее вы со ко го уров ня.
Вве дем по ня тия трех ти пов уз лов.
1. Локальные (од но уровневые), для ко торых:
Эти узлы могут исследоваться в составе эквивалентных двухмашинных схем, второй машиной в которых является эквивалент остальной части СЭС.
2. Внутренние (двухуровневые), для которых:
WB,^Pn+Wonn ™obi
0.
(7)
Эти уз лы мо гут ис сле до вать ся в со ста ве той под си с те мы, к ко то рой они от но сят ся, не учитывая ос таль ную ча с ть си с те мы.
3. Сис темные (многоуровневые), для но торых:
W ■ = Р + W ■ + W . :
сі ч от obi
(8)
Узлы данного типа необходимо изучать в со-ста ве по дроб но пред став ля е мой под си с те мы и во взаимосвязи с другими подсистемами, с которыми рас сма т ри ва е мый узел име ет зна чи мые свя зи.
Эф фек тив ность ис сле до ва ния при из ло жен ном подходе намного возрастает, поскольку автомати-зи ру ет ся на и бо лее важ ный и тру до ем кий этап ана ли за ис ход ных дан ных.
РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
Уважаемые читатели!
Вашему вниманию предлагается книга: Ка-либерда И.В. Оценка параметров внешних воздействий природного и техногенного происхождения. Безопасность объек тов использования атомной энергии. — М.: Логос. — 2002. — 544 с.
ЯВИ 5-94010-173-9 Книга написана автором, много лет работающим в Научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности. Не будет преувеличением сказать, что данное издание, по существу, является энцикло-пе ди ей внеш них воз дей ст вий. В нем да на ха рак те ри с -тика внешних воздействий со стороны как самой природной среды, так и развивающейся техногенной сферы: заводов, предприятий, шахт, речных и морских портов, гидросооружений, аэропортов, магистраль ных тру бо про во дов неф ти и га за или дру гих энер го но си те лей и пр. В кни ге опи са ны все внеш ние события, которые могут оказать негативное воздействие на объекты промышленной сферы. Особое внимание уде ля ет ся во про су обес пе че ния ус той чи во с ти и бе зо пас но с ти при внеш них воз дей ст ви ях при род но го
и техногенного происхождения объектов использования атом ной энер гии, как на и бо лее по тен ци аль но опасных для населения и окружающей среды, если на них про изой дет ава рия. Мно гих про блем мож но из бе -жать, если уметь правильно выявлять процессы, яв-ле ния и фак то ры при род но го и тех но ген но го про ис -хождения и учитывать их влияние на объект при проектировании, а также на любом другом этапе его жизненного цикла. Изложены научные основы системного подхода к учету внешних воздействий, методы оп ре де ле ния чис лен ных зна че ний па ра ме т ров этих воз дей ст вий, ин фор ма ци он но-ме то ди че с кие ма -те ри а лы, ре ко мен да ции для оцен ки ус той чи во с ти и безопасности объектов.
Книга окажет существенную информационную под держ ку при про гно зи ро ва нии ве ро ят но с ти ава -рий, оцен ке ри с ков и ущер бов, стра хо ва нии объ ек тов. Она представляет интерес для широкого круга специалистов атомной и других отраслей промышленности.
Ди рек тор На уч но-тех ни че с ко го цен т ра по ядер ной и ра ди а ци он ной бе зо пас но с ти Б.Г. Гордон, проф., доктор техн. наук
Книгу можно приобрести по адресу: 125124, Москва, а/я 5; тел./факс: (095) 257-5604, 257-5619; e-mail: [email protected]
