CC BY
25
омского предприятия ООО ПФ «Октан». Работа на таких котлах, вырабатывающих необходимое количество тепловой энергии с меньшим потреблением топлива, позволила сэкономить в течение 4-х лет более 150 млн рублей;
- за счет замены изношенных трубопроводов снизился износ тепловых сетей с 72 % до 60 % и водопроводных - с 73 % до 61 %; в период с 2001 по 2003 год заменено 645 км изношенных участков теплотрасс и 252 км водопроводных сетей;
- оптимальные технико-экономические решения в указанном направлении позволяют научно-обоснованно подойти к достижению практически значимых результатов.
Библиографический список
1. Комплексные исследования ТЭС с новыми технологиями: Монография / П. А. Щинников, Г. В. Ноэдренко, В. Г. Томи-лов и др. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. 528 с.
2. Томилов В. Г. Проблемы теплообеспечения жилищно-коммунального комплекса// Энергосистемы, электростанции и их агрегаты: сб. науч. тр. / Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. Вып. 8. с. 249-261.
3. Пономаренко И. С. Газоанализатор «ТОПАЗ-01» - топ-ливосберегающий и природоохранный измерительный прибор / И. С. Пономаренко, И. А. Серова // Промышленная энергетика, 2003, № 6, №6. С. 13 - 16.
ВЕДРУЧЕНКО Виктор Родионович, профессор, д.т.н., кафедра «Теплоэнергетика».
КРАЙНОВ Василий Васильевич, доцент, к.т.н., кафедра «Теплоэнергетика».
КОКШАРОВ Максим Валерьевич, ст. преподаватель, кафедра «Теплоэнергетика».
РУДЮК Сергей Сергеевич, аспирант, кафедра «Теплоэнергетика.
Дата поступления статьи в редакцию: 23.06.2006 г. © Ведрученко В.Р., Крайнов В.В., Кокшаров М.В., Рудюк С.С.
УДК 621.331: 621.311.031 в.Д. АВИЛОВ,
Е.А. ТРЕТЬЯКОВ, Ю.В. МОСКАЛЕВ
Омский государственный университет путей сообщемм
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ НА СИНУСОИДАЛЬНОСТЬ РЕЖИМА - ОСНОВА ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ_
На основе проведенных теоретических и экспериментальных иссяедований разработана имитационная модель, позволяющая на этапе проектирования и эксплуатации электрооборудования предприятия прогнозировать гармонический спектр напряжения при вариации состава электроприемников, определять вклад отдельных групп электроприемников в искажение синусоидальности напряжения. Предложена методика оценки совокупного влияния состава технологического оборудования потребителей электрической энергии на синусоидальность питающих напряжений, содержащая порядок проведения теоретических и экспериментальных исследований при энергетическом обследовании предприятия с целью выработки рекомендации по улучшению качества электрической энергии.
При проведении натурных экспериментов неоднократно наблюдалась связь несинусоидальности режимов с составом технологического оборудования. При изменении состава электрооборудования следует ожидать изменения качества электроэнергии в узле питания, в том числе и по несинусоидальным параметрам режима. Это связано с тем, что каждый тип элек-тропримеников (ЭП) оказываете разной степени влияние на гармонический состав тока и напряжения. Из
опыта известно, что даже при одной и той же мощности нагрузки изменение состава оборудования приводит к изменению гармонического спектра потребляемых токов и напряжений в интересующих узлах. Причем необходимо учитывать тот факт, что нагрузки меняются случайно. В этой связи оказалось целесообразным провести более детальные исследования.
Улучшения качества электроэнергии (КЭ) в электрических сетях предприятий можно достичь за счет
реализации комплексных мероприятий, разработанных на основе исследований, посвященных оценке совокупного влияния технологического оборудования предприятий на синусоидальность питающих напряжений. Задача управления КЭ пассивными методами по улучшению коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения представляется наиболее сложной.
При решении задачи определения влияния состава электрооборудования на коэффициент искажения синусоидальности кривой питающего напряжения необходимо использовать специальный метод расчета электрических цепей в условиях несинусоидальности токов и напряжений исходя из наличия исходной информации, требуемой точности и др.
При случайном характере изменения нагрузки с помощью известных детерминистических методов расчета можно получить лишь приближенное решение. Считаем, что задачу по определению влияния состава электрооборудования на гармонический состав питающего напряжения целесообразно решать аппаратом имитационного моделирования, позволяющим учитывать стохас-тичность влияющих факторов. Основным методом получения результатов с помощью имитационных моделей таких стохастических систем является метод Монте-Карло (метод статистических испытаний). Имитационная модель, которую необхо-
С
Начало
3
Задание исход ных данных
Генерирование законов распределения
Определение распределения тока на у-й гармонике
Определение проводимости групп ЭП, сети и суммарной
Получение распределения напряжения на высших гармониках
Расчет коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения
димо синтезировать, должна решать несколько частных задач, главная из которых состоит в прогнозировании несинусоидальности режимов в рассматриваемой точке питания электрической сети при вариации состава токоприемников. Все электроприемники (ЭП) сгруппированы в группы (освещение, электропривод, электротермия, преобразователи, сварочное оборудование) по условию влияния на качество электроэнергии. Вариации подвергаются доли участия групп ЭП в расчетной нагрузке, которая оценивается вероятностно-статистическими методами по графику нагрузки. Рассмотрим вопрос синтеза такой имитационной модели на основе метода статистических испытаний.
В качестве выходных величин имитационной модели принимаются гармонический состав напряжения и рассчитанный на его основе коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. В самом общем виде структурными частями модели будут блок входной информации, генерации случайных величин, вычислительный и выходной информации (рис. 1).
При практическом использовании модели разрабатывались планы экспериментов, в которых закреплялись некоторые факторы, варьировались в определенных пределах другие и наблюдались отклики системы. Для более глубокого понимания сущности затронутой проблемы и причинно-следственных связей модель позволяет рассмотреть множество частных задач. Анализ данных, полученных в результате имитационного моделирования, позволяет сделать вывод о том, что мощность к.з. узла оказывает наибольшее влияние на режим несинусоидальности параметров режима (особенно в автономных системах). Было также показано, что величина расчетной нагрузки оказывает существенное влияние на гармонический спектр напряжений, определяющим критерием степени влияния при всех прочих равных условиях является соотношение расчетной нагрузки и мощности к.з. питающей сети в заданной точке электрической сети.
Удельный вес групп ЭП в несинусоидальность режима оценивался по плану однофакторного машинного эксперимента и на основании математических соотношений в соответствии с принятой схемой замещения. В первом случае удельный вес определялся отдельно для каждой группы ЭП, доля участия в расчетной нагрузке которой изменялась в определенных пределах, при фиксированных прочих условиях. Сила проявления варьированного фактора оценивалась по скорости нарастания коэффициента искажения синусоидальности напряжения. В соответствии со вторым планом все доли участия групп ЭП в расчетной нагрузке задавались равными, на основании математических соотношений рассматривался в клад отдельных групп в коэф-
Рис.1. Блок-схема имитационной модели 1 - блок входной информации; - блок генерирования законов распределения; 3 - вычислительный блок; 4 - выходной блок
10 %
6
Ки 4
и! и л
щ
\
л.
-ч-чл/^ и 44
0,30 о.е 0,18 Р 0,12 0,06 0
_т
О
10.00
11.30
13.00
14.30
16.00 чес.мин 17 30
%
V
Рис. 2. Графин изменения значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения по вводу № 1 ТП 3406
фициент искажения синусоидальности кривой напряжения в узле питания.
Наиболее существенное влияние на изменение несинусоидальности режима оказывают такие группы ЭП, как преобразователи и сварочное оборудование. Это подтверждается и первым и вторым планом экспериментов.
Имитационная модель использована для исследования реальных стационарных ж.д. предприятий (вагонных, локомотивных депо и др.) и показала свою адекватность, в том числе и при сопоставлении с результатами натурных экспериментов. Результаты использования модели могут быть полезны при проектировании предприятий и их эксплуатации.
С целью подтверждения достоверности теоретических выводов путем сопоставления результатов экспериментальных данных и имитационного моделирования в рассматриваемой точке электрической сети был проведен натурный эксперимент
Изменение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в период измерений и его распределение, полученное с помощью имитационного моделирования в рассматриваемой точке электрической сети показано на рис. 2а и б соответственно.
Результаты проведенных исследований позволили разработать методику оценки совокупного влияния состава технологического оборудования потребителей на синусоидальность питающих напряжений.
Основные положения методики можно представить в следующем виде:
1. состав технологического оборудования
а) осуществляется агрегирование всего оборудования в группы по условию влияния на искажение синусоидальности напряжения с последующим определением долей участия групп ЭП в суммарной нагрузке по расчетной установленной мощности. Результаты данного анализа позволяют оценить состав, долю каждого типа технологического оборудования по установленной и расчетной мощностям;
б) выполняется построение гиперболических ранговых распределений технологического оборудования по установленной мощности для проверки соответствия распределения номенклатуры видов идеализированной кривой в соответствии с ценоло-гической теорией.
2. График нагрузки предприятия. Анализ графиков нагрузки предприятия (цеха, участка) по результатам натурных измерений позволяет определить вероятностно-статистическими методами величину расчетного тока.
3. Имитационное моделирование степени влияния учитываемых факторов на искажение синусоидальности напряжения.
С использованием аппарата имитационного моделирования решаются задачи:
а) определение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в узле питания при любых значениях учитываемых переменных. Рассматриваемая величина представляется в виде функции плотности распределения с вероятностными оценками;
б) определение вклада отдельных групп ЭП в искажение синусоидальности напряжения. Решение такой задачи позволяет в относительных значениях определить степень влияния рассматриваемых групп ЭП на искажение синусоидальности напряжения, а следовательно, косвенно выделить наиболее искажающие нагрузки, в том числе при вариации их состава;
в) исследование влияния мощности к.з., величины расчетной нагрузки на гармонический спектр питающего напряжения. Имитационное моделирование указанных вопросов позволяет оценить гармонический спектр напряжения при изменении параметров внешних электрических сетей (конфигурации сетей, дополнительные присоединения и т.п), а также при изменении величины нагрузки самого предприятия.
4. Анализ результатов исследований и разработка мероприятий, связанных с улучшением качества электрической энергии по синусоидальности напряжения.
Реализация выше изложенных мероприятий по улучшению КЭ позволяет уменьшить потери мощности в электрических сетях и нагрузках, а также повысить энергоэффективность использования технологического оборудования предприятий.
Разработанная имитационная модель и методика оценки влияния состава технологического оборудования предприятий на синусоидальность питающих напряжений на основе метода статистических испытаний, причем в ней предложено оценивать влияние на искажение синусоидальности напряжения не только отдельных типов электроприемников предприятий, но и совокупности электрооборудования. Указанная методика содержит порядок проведения теоретических и экспериментальных исследований при энергетическом обследовании предприятий с целью выработки рекомендации по улучшению качества электрической энергии.
Она использовалась при энергообследовании в вагонном депо Московка и передана к использованию в структурное подразделение «Энергосбыт» ЗападноСибирской, Южно-Уральской железных дорог.
Представленные исследования охватывают предприятия в границах общего присоединения. Остается открытым вопрос вклада отдельных потребителей в ухудшение качества электрической энергии на границе раздела балансовой принадлежности, определения виновников вносимых искажений. Существующие методики далеко не совершенны, проблема требует новых подходов.
Совместно с обоснованными управляющими воздействиями возможно дополнительно применение технических средств, корректирующих режимы работы системы без нарушения технологического процесса оборудования. Их параметры, места включения также требуют обоснования в зависимости от типа устройств и принципа его работы.
На основании полученных результатов представляется возможным в рассматриваемой области разрабатывать и решать указанные выше, а также более сложные многофакторные оптимизационные задачи, связанные с поддержанием требуемых параметров КЭ активными и пассивными средствами.
Книжная полка
Библиографический список
1. Жежеленко И В. Методы вероятностного моделирования в расчетах характеристик электрических нагрузок потребителей. - М.: 1990.234с.
2. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. — М.: Электроатомиздат, 1984.160с.
3. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М., 1973.
4. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем. Искусство и наука. М.,1978. 524с.
АВИЛОВ Валерий Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Электрические машины и общая электротехника». ТРЕТЬЯКОВ Евгений Александрович, преподаватель. МОСКАЛЕВ Юрий Владимирович, преподаватель.
Дата поступления статьи в редакцию: 20.02.2006 г. © Авилов В.Д., Третьяков Е.А., Москалев Ю.В.
Попов В.П. Основы теории цепей. Учебник для вузов. - 5-е изд. - М.: Высшая школа, 2005. - 575 с.
В книге изложены основы теории линейных электрических цепей с сосредоточенными и распределенными параметрами в установившемся и переходном режимах, а также основы анализа нелинейных резистив-ных цепей на постоянном токе и при гармоническом воздействии. Рассмотрены цепи с управляемыми источниками, невзаимные четырехполюсники, идеальные операционные усилители, преобразователи сопротивления и активные фильтры.
Проектирование электрических машин. Учебник для вузов / Копылов И.П., ред. - 4-е изд. - М.: Высшая школа, 2005. - 767 с.
Рассмотрены электромагнитные, тепловые, вентиляционные и механические расчеты асинхронных, синхронных машин и машин постоянного тока. Приведены примеры расчетов электрических машин новых серий. Даны необходимые справочные материалы для выполнения курсовых и дипломных проектов. В четвертом издании (3-е - 2002 г.) приведены материалы по новым сериям электродвигателей.
Для студентов электротехнических и энергетических специальностей. Может быть полезен инженерам, специализирующимся в области проектирования и эксплуатации электрических машин.
Сборник задач по курсу «Теоретические основы электротехники». Учебное пособие / Бекетова И.О., ред. - Ростов н-Д.: Феникс, 2005. - 187 с.
Задачник включает примеры расчета линейных схем по разделам: «Переходные процессы»; «Расчет схем со взаимоиндуктивными связями», «Четырехполюсники и фильтры». В свою очередь раздел «Переходные процессы» представлен четырьмя методами расчета: классическим, операторным, с помощью интеграла Дюамеля, переменных состояния.
Задачник предназначен для самостоятельной работы студентов специальностей 1813,1811,1808.
Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. Учебник для вузов. - М.: Академия, 2005.-300 с.
Изложены принципы построения дискретных систем управления электроприводов на основе классической и фаззилогики. Рассмотрены способы оптимального управления по динамическим и точностным показателям электроприводов постоянного и переменного тока. Даны методы синтеза регуляторов в типовых структурах непрерывных и цифровых систем управления. Приведены примеры систем адаптивного и фаззи-управления в электроприводе.
Для студентов высших учебных заведений
Алиев И.И. Справочник по электротехнике в электрооборудованию. Учебное пособие. - 4-е изд. - М.:
Высшая школа, 2005. - 255 с.
В книге приводятся основные понятия и законы электротехники, уравнения и формулы, применяемые для расчета цепей постоянного и переменного тока, основные и технические данные об электротехнических материалах, электрических аппаратах, электрических машинах постоянного и переменного тока общепромышленного применения, включая новейшие серии машин, элементах систем электроснабжения, автономных возобновляемых и невозобновляемых источниках электроэнергии, о силовых электрических аккумуляторах, силовых полупроводниковых приборах и т.д. Приведены также сведения об электроприводах. Рассмотрены вопросы электробезопасности.
Для студентов неэлектротехнических специальностей вузов. Может быть полезна студентам техникумов, а также широкому кругу работников, связанных с проектированием, эксплуатацией и ремонтом электрооборудования и электроустановок.
