CC BY
82
УДК 531.73
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКА НА РАЗБАЛАНС ОБЪЕМОВ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕСУРСА ПРИ СХЕМЕ «ОДИН ПОСТАВЩИК - НЕСКОЛЬКО ПОТРЕБИТЕЛЕЙ»
Д.Б. Белов
Рассмотрена методика определения допуска на разбаланс объемов энергетического ресурса, когда имеются один поставщик и несколько потребителей.
Ключевые слова: энергетический ресурс, разбаланс объемов, допуск, постав -щик, потребители.
Рассмотрим наиболее распространенную в настоящее время схему распределения какого-либо энергетического ресурса (природного газа, электрической энергии, тепла и др.), которая изображена на рис. 1.
Рис. 1. Схема распределения энергоресурса
При данной схеме, как правило, имеется поставщик ресурса и его потребители. При этом в качестве потребителей могут выступать как промышленные предприятия, так и коммунально-бытовые потребители (население). Естественно, что количество потребителей на одной ветке подачи ресурса может быть различным и достигает нескольких тысяч.
Теперь более подробно исследуем процесс учета объемов (количества) поставляемого и потребляемого ресурса. При этом будем рассматривать ситуацию, когда у каждого потребителя имеются приборы учета ресурса, по показаниям которых и происходит оплата за потребленный ресурс.
Объем поставляемого ресурса Упост регистрируется с помощью
прибора учета (измерительного комплекса, счетчика), у которого в паспортных данных регламентирована относительная погрешность (неопределенность) измерения и которую будем обозначать и'приб .
Упост
Объем потребленного ресурса Употр является суммой всех объемов, зарегистрированных приборами учета каждого потребителя:
п
Употр = X Употр 1, (1)
1=1
где Употр 1 — объем потребленного ресурса, зарегистрированный прибором учета 1 -го потребителя; п — количество потребителей в системе распределения ресурса.
На практике объемы поставленного Упост и потребленного (оплаченного) Употр ресурса практически никогда не совпадают. Такое несовпадение при коммерческом учете ресурса принято называть разбалансом, объем которого Уразб определяется следующим образом [1, 2]:
Уразб = Употр — Упост , (2)
Из формулы (2) нетрудно заметить, что объем разбаланса может иметь как отрицательные (при Упост > Употр), так и положительные (при
Упост < Употр) величины, что, как следствие, приводит либо к неполному
расчету потребителей с поставщиком (в случае отрицательного разбаланса), либо, наоборот, к переплате ими средств поставщику за поставленный энергоресурс (в случае положительного разбаланса). Следовательно, разбаланс ресурса можно отнести к одному из важнейших показателей качества любого процесса энергоснабжения, т.к. от его возникновения и величины напрямую зависит экономическая эффективность работы компаний, поставляющих и реализующих энергетические ресурсы потребителям.
В идеальном случае при равенстве Употр = Упост величина разбаланса будет иметь нулевое значение (Уразб = 0), и именно это значение
является целевым уровнем, к которому необходимо стремится при реализации процесса поставки-потребления любого энергетического ресурса.
Но, поскольку нулевого значения разбаланса достичь практически невозможно, то чрезвычайно важной является задача по разработке методики определения допуска на величину разбаланса. Если фактическое значение разбаланса, определенное по формуле (2), будет лежать в пределах допуска, то можно считать, что величина Уразб является приемлемой при
зарегистрированных значениях объемов Употр и Упост, и, как будет показано далее, при неопределенностях учета этих объемов.
Для решения поставленной задачи рассмотрим вопрос оценивания неопределенности учета суммарного объема потребленного ресурса, т.к. от нее и от неопределенности учета объема поставленного ресурса будет зависеть неопределенность объема разбаланса и допуск на него.
Для этого сначала необходимо определить дисперсию величины Употр, которая будет являться суммой дисперсий результатов измерений
Употр 1 [3]-
4 _ Ъ2у ., (3)
употр употр 1
2 2 где БУ — дисперсия величины объема Употр; БУ — дисперсия
Употр Употр 1
результатов измерений объемов Употр \.
При одном и том же законе распределения вероятности параметров У потр, Употр 1 и одном и том же уровне доверия (вероятности охвата) величина коэффициента охвата кр будет одинакова для распределений этих
2
величин. Если умножить обе части уравнения (3) на величину кр, то получим:
(кр% )2 _ X (крБу . )2, (4)
У употр ~^ У употр 1
где БУ — стандартное отклонение величины Употп; БУ — стан-
употр пишу употр 1
дартные отклонения величин Употр \.
Величины кр5У и крБУ в уравнении (4) являются не чем
У употр У употр 1 ^1 х у
иным, как расширенными неопределенностями (в соответствие с [4])
иУ и иУ измерения объемов Употр и Употр соответственно.
потр потр 1 потр потр
Поэтому, если известны погрешности (неопределенности) приборов
учета иУприб. каждого потребителя, суммарную неопределенность и^
Употр 1 потр
объема потребленного ресурса по приборам учета из выражения (4) можно определить следующим образом:
иУ _ /и2 . (5)
Употр \ Употр 1
Расширенная неопределенность иУ объема потребленного ре-
потр 1
сурса 1 -м потребителем определяется по следующей зависимости:
иУпотр 1 _ Употр 1 • иуприб , (6)
^ потр1
где и приб — относительная погрешность (неопределенность) измерения
Уп потр 1
объема потребленного ресурса 1 -м потребителем, которая регламентирована паспортными данными прибора учета.
При нормально распределенной вероятности результатов измерений объемов Употр 1 потребленного ресурса распределение вероятности
суммарного объема Упо^тр, зафиксированного приборами учета потребителей также будет нормальным в соответствии с центральной предельной теоремой теории вероятности [3].
Аналогично нормальным будем считать распределение вероятности объема Упост, зафиксированного прибором учета поставщика, поскольку известно, что при использовании исправного прибора учета обеспечивается получение результатов измерений именно по нормальному закону.
Неопределенность (расширенная) Цуразб объема разбаланса при
условии того, что неопределенности измерения объема ресурса потребителями и поставщиком имеют нормальный закон распределения вероятности и записаны с одним и тем же уровнем доверия, можно рассчитать следующим образом:
иУразб =Л Н + и1 , (7)
раж у ^потр *пост
где иУпост — расширенная неопределенность измерения объема поставленного ресурса, которая в свою очередь определяется как:
ЦУпост = У'пост ' иуприб , (8)
пост упост
где и'приб — относительная погрешность (неопределенность) измерения
упост
объема поставленного ресурса, определяемая из паспортных данных прибора учета поставщика.
Следует отметить, что неопределенность Цу объема потреб-
1 употр 1
ленного ресурса в силу вероятностного суммирования отдельных ее составляющих будет меньше неопределенности Цу объема поставленно-
1 упост
го ресурса, поскольку неопределенность прибора учета поставщика приходится сразу на весь объем поставки. Из этого можно сделать вывод о том, что точность измерения объема потребленного ресурса будет выше точно-
Цу
сти измерения объема поставленного ресурса в —ч^ж. раз.
Цупотр
В итоге, если учитывать погрешности (неопределенности) измерения объемов поставленного и потребленного ресурса, величина разбаланса должна иметь любое значение в интервале [ - Цуразб ; + Цуразб ] (здесь
Цу б — неопределенность оценки величины разбаланса, рассчитываемая
по формуле (7)). В противном случае величина разбаланса является непри-
емлемой и следует выявлять причины, вследствие которых объем Уразб
имеет значение, выходящее за указанный интервал. Следует отметить, что величину 2Цу
разб ТУразб
можно иначе на-
звать аналогом допуска на разбаланс объемов энергоресурса. Это проиллюстрировано на рис. 2. В отличие от технологического допуска на какой-либо размер машиностроительной детали, допуск на разбаланс не будет являться постоянной величиной вследствие непрерывно изменяющихся объемов потребления и поставки ресурса. Например, объемы потребленного и поставленного любого энергоресурса очень зависят от температуры окружающего воздуха, от потребностей в нем в рабочие и выходные дни, от начала и окончания отопительного сезона и т.п. [5].
Рис. 2. Иллюстрация понятия допуска на величину разбаланса
В качестве примера рассмотрим ситуацию по распределению природного газа между поставщиком, которым является газораспределительная станция (ГРС), и пятью потребителями в одном из регионов РФ (таблица).
По формуле (1) определим суммарный объем потребленного газа: Употр = 22796,000 + 500,027 + 423,679 + 46658,000 + 628,465 = 71006,171 м3.
Тогда объем разбаланса будет равен (формула (2)):
Уразб = 71006,171 - 72038,885 = -1032,714 м3.
Данное значение свидетельствует о том, что потребители не полностью оплатят зафиксированный поставщиком объем газа, т.е. величина разбаланса получилась не в «пользу» поставщика.
По формуле (5) определим суммарную неопределенность объема потребленного газа:
Цу =л/569,92 +10,0012 + 8,4742 +1166,452 +12,5692 = 1298,353 м3
употр *
Расширенная неопределенность объема разбаланса составит:
' 2 , ЮЛЛ^2 ^ЛЮС „3
, = ЛI 1/98 ЛТ 3 ■ ■»'■■■■■■<> — ...... , ,
разб
Цу , = л/1298,353^ +1800,972 = 2220,185 м
Зарегистрированные объемы поставленного и потребленного газа, а также погрешности (неопределенности) их учета
Поставленный газ
Объем газа упост, м3 Относительная по- Расширенная неопреде-
Поставщик грешность (неопределенность) Ууприб , % упост ленность ЦУпост = Упост ' иуприб , пост упост м3
ГРС 72038,885 ±2,5 1800,972
Потребленный газ
Потребители Объем Относительная по- Расширенная неопреде-
газа Употр 1, м3 грешность (неопределенность) Мумриб , % употр 1 ленность ЦУпотр 1 = употр 1 • иуприб г потр1 , м3
Потребитель 1 22796,000 ±2,5 ±569,900
Потребитель 2 500,027 ±2 ±10,001
Потребитель 3 423,679 ±2 ±8,474
Потребитель 4 46658,000 ±2,5 ±1166,450
Потребитель 5 628,465 ±2 ±12,569
3
В данной ситуации величина разбаланса газа Уразб = -1032,714 м входит в интервал, характеризуемый границами его неопределенности (от
33
-2220,185 м до +2220,185 м ), т.е. находится в пределах допуска. Таким образом, применительно к рассматриваемому случаю можно сделать вывод, что величина получившегося разбаланса объемов газа обусловлена прежде всего погрешностями (неопределенностями) учета объемов поставки и потребления.
В заключение следует отметить, что определение допускаемого интервала (или просто допуска) на величину разбаланса является чрезвычайно важным при оценке значимости разбаланса объемов поставки и потреб-
ления энергоресурсов, при выявлении причин, приведших к его возникновению, при анализе статистической управляемости процесса ресурсоснаб-жения по разбалансу и т.п.
Список литературы
1. Белов Д.Б., Игнатьев А. А., Соловьев С.И. Проблема погрешности измерений при коммерческом учете ресурса (на примере поставки природного газа) // Методы оценки соответствия. 2012. № 9. С. 20-24.
2. Белов Д.Б., Соловьев С.И. Определение значимости различий в результатах наблюдений объемов потребленного и поставленного ресурса статистическими методами // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 11. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. С. 110-115.
3. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством: Учеб. для вузов / Под ред. Н.С. Соломенко. M.: Изд-во стандартов, 1990. 342 с.
4. ГОСТ Р 54500.3-2011 / Руководство ИСО/МЭК 98-3:2008. Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения. Введ. 2012-10-01. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2012. 107 с.
5. Белов Д.Б. Анализ влияния температуры природного газа в трубопроводе на его объем // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 6. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. С. 25-31.
Белов Дмитрий Борисович, канд. техн. наук, доц, imsbelov@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
ADMISSION DEFINITION ON THE IMBALANCE OF VOLUMES OF THE ENERGY
RESOURCE A T THE SCHEME «ONE SUPPLIER - SOME CONSUMERS»
D.B. Belov
The technique of definition of the admission on an imbalance of volumes of an energy resource when there is one supplier and some consumers is considered.
Key words: energy resource, imbalance of volumes, admission, supplier, consumers.
Belov Dmitry Borisovich, candidate of tehnical science, docent, imsbelov@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
