CC BY
28
- в процесі визначення недоврахованого обсягу ЕЕ у мережах ВН доцільно застосовувати обґрунтовані значення Ккор для будь-яких типів ЛЕ незалежно від схеми підключення;
- забезпечення захисту інтересів споживачів ЕЕ в процесі визначення недоврахованого обсягу ЕЕ можливе лише за умови застосування обґрунтованих розрахунків, а не на основі абстрактного поняття «середньодобовий обсяг ЕЕ».
Література
1. Закон України «Про метрологію та метрологічну діяльність». Постанова 113/98 ВР, м.Київ, №1765-ГУ від 15.06.2004р.
2. Правила користування електричною енергією. Постанова
НКРЕ №28 від 31.07.96р (у редакції постанови НКРЕ від 17.10.2005р. №910).
3. В.В. Момот. Удосконалення порядку визначення обсягу
електроенергії у разі порушення розрахункового обліку не з вини споживача// Коммунальное хозяйство городов: научно-технический сборник. - Киев: Техніка, 2009. -№86. - С.251-260.
4. Момот В.В., Рой В.Ф. Визначення дійсного значення
спожитої активної електроенергії у разі порушення системи обліку в мережах напругою понад 1000 В// Міжнародний науково-технічний журнал «Світлотехніка та електроенергетика». - Харків, 2008. - №3(15).
- С.57-61.
5. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоато-
миздат, 1986.-646 с.
6. Правила технічної експлуатації електроустановок спожи-
вачів - К.: ДП НТУКЦ «АсЕлЕнерго». - 2007. - 304 с.
7. Рощин В.А. Схемы включения счетчиков электрической
энергии. - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2002, 62 с.
-------------------□ □-----------------------
Запропоновано підтримувати насосний та турбінний режими на основі узгодженої взаємодії динамічної підсистеми - насос-турбіни і блоків заряду, розряду, зміни режимних умов функціонування у складі експертної системи
Ключові слова: насос-турбіна, експертна система, прийняття рішень
□------------------------------------□
Предложено поддерживать насосный и турбинный режимы на основе согласованного взаимодействия динамической подсистемы - насос-турбины и блоков заряда, разряда, изменения режимных условий функционирования в составе экспертной системы
Ключевые слова: насос-турбина, экспертная система, принятие решений
□------------------------------------□
It is offered to support pump and turbine modes on the basis of the co-ordinated interaction of a dynamic subsystem - the pump-tur-bine and blocks of a charge, the category, change of regime operating conditions as a part of expert system
Keywords: the pump-turbine, expert system, decision-making -------------------□ □-----------------------
УДК 621.182.2.001.57
ПІДТРИМКА ГІДРОАКУМУЛЮВАННЯ ТА ВИРОБНИЦТВА ЕНЕРГІЇ НА РІВНІ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ
Є.Є. Чай ковська
Кандидат технічних наук, доцент, старший науковий
співробітник
Кафедра теоретичної, загальної та нетрадиційної
енергетики
Енергетичний інститут Одеського національного політехнічного університету пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044 Контактний тел.: (048) 758-47-67 Е-mail: [email protected]
1. Вступ
У зв’язку із нерівномірністю споживання електроенергії та неможливістю швидкої зміни робочої
потужності теплових та атомних електростанцій, а також при аварійних ситуаціях в енергосистемі використання маневрених ГАЕС є актуальним [1]. В умовах енергозбереження на діючих ГАЕС виникає
Е
необхідність підвищення ефективності систем гідроакумулювання та виробництва енергії щодо відношення енергії розряду до енергії заряду.
2. Постановка задачі
Існуючі системи управління на гідроелектростанціях, регулюючи витрату води через гідротурбіни, що обумовлена зміною навантаження, не можуть бути використані на ГАЕС для підтримки процесу заряду в насосному режимі та розряду в турбінному режимі в умовах термінового відключення чи включення навантаження.
В даному випадку процеси заряду та розряду мають визначений часовий термін і інше ЕЗ = призначення - збільшення напору з наступним його використанням. В даних умовах не навантаження, а зміна напору є тим параметром, що визначає швидкість пропуску води через водоводи. Більш того, необхідно ураховувати значну інерційність водоводів при середній температурі води у водоводах до 180С та довжині більш 300м.
Але, зміна витрати води через напірні водоводи при зміні напору як в насосному, так і турбінному режимах має коливальний характер. Такий сигнал не може бути регулюючим в традиційних системах управління.
Не може бути регулюючим і сигнал за зміною рівня води в водосховищах, що також має не достовірний характер у зв’язку із значним коливанням води у водосховищах та запізненням за часом у порівнянні з оцінкою зміни витрати води.
Тому підтримка гідроакумулювання та виробництва енергії потребує особливого інтелектуального підходу щодо здобуття та використання діагностичної інформації про зміну витрати води через водоводи при зміні напору при урахуванні теплової ємності води, що акумулює в повній мірі.
З цією ціллю запропонована експертна система, архітектура якої заснована на синергетичному принципі.
3. Архітектура експертної системи
Запропоновано підтримувати функціонування енергетичних систем на основі діагностичної інформації з використанням архітектури експертних систем, основою яких є динамічна система, що відбиває через характер реакцій на збурювання особливості функціонування енергетичних систем, (її назва в експертній системі - динамічна підсистема). Іншими модулями, що входять до складу експертної системи, можуть бути блоки діагностування ситуації, ефективності, надійності й ін. з відповідним математичним описом і подальшим їх нарощуванням [2-4]. В даному випадку, запропоновано використання блоків заряду щодо насосного режиму, розряду щодо турбінного режиму та блоку зміни режимних умов функціонування енергетичної системи щодо переводу насос-турбіни у режим синхронного компенсатора.
Рис. 1. Архітектура експертної системи: 1- динамічна підсистема (оборотна насос-турбіна та водоводи);
2 - модуль заряду; 3-модуль зміни режимних умов функціонування; 4 - модуль розряду
Математичне обгрунтування архітектури експертної системи [2]:
D(P(т)(xo(т),Xl(т),x2(т),f(т),K(т),y(т),d(т)),R(т),P(т)),
К(т),(Р,(тХх1(т),^(т),К1(т),у1(т^),
де ES - експертна система; D - динамічна підсистема; Р- властивості елементів експертної системи; х - впливи; f - параметри, що діагностуються; К- коефіцієнти математичного опису; у - вихідні параметри; d - динамічні параметри; R- логічні відносини в ES; і-час, с. Індекси: і - число елементів експертної системи;
0, 1, 2 - початковий стаціонарний режим, зовнішній, внутрішній характер впливів.
4. Математичне моделювання динамічної підсистеми як основи експертної системи
Використано обґрунтування математичного моделювання динамічної підсистеми щодо обраного на основі експертних знань істотного параметра, що діагностується, - параметра порядку з використанням опису динамічних процесів, що протікають в енергетичній системі, за допомогою рівнянь нерівновагої термодинаміки [2-4]. В даному випадку система диференціальних рівнянь включає рівняння стану як оцінку фізичної моделі системи, рівняння сплошності, рівняння енергії передавального і сприймаючого середовищ, рівняння теплового балансу стінки. Відмінною рисою такої системи є використання рівняння сплош-ності щодо істотного параметра, що діагностується,-витрати води на виході із водоводу із представленням її зміни не тільки в часі, але й уздовж просторової координати осі водоводу, що збігає з напрямком руху потоку середовища. Саме це рівняння містить член, що відбиває вплив, що обурює - зміну напору у насосному та турбінному режимах. Система диференціальних рівнянь має такий вид:
Рівняння стану:
р = ^р, Н,^
Рівняння сплошності:
ЭG ^, т) ЭЛр ЭЛt
~ЇГ-Х-~Х'1Г0,
гдН гдо
ДЄХ, = - х = -*.
З
Рівняння енергії передавального середовища: ь дД (г’т) + Т — + ТКр ^ - К ДG = ДЄ-Д; ,
- в Эт в р Эт в в ’
де
дд
ь = . т = . gвCв
Ив0^в0 Ив0^в0
к =_ді/ії.к = п (9о -°о)
Р V Эt. в Gво ’
Рівняння енергії сприймаючого середовища:
Д°^з + і) - ДО* + КзДЕ = де>
де ^ = -^;К = т (60-°0 ) .
“зО^зО ^^з0
Рівняння теплового балансу стінки: до
Т — = К ДG +єДо-Дб(і +є) + Дt-К ДG ,
м дт з з V / в в"
Кв0^в0 а вО^вО
У =
т
(TBS + 1)Р-1
LBP '
Р = TмS + е* +1; є* = є(1^з*) .Ь * =
.. (TвS + 1)Р-1. е_ 7
71 = в ’ ^_ Lв’
причинно-наслідкових зв язків динамічної підсистеми як онови експертної системи (рис. 2.) [2-4].
СТі
ст2
2са
ст3
2сз
СТЛ
Дм
СГ5
£їс
2сс „ Б'Т2
£Г3
&Т4
§Т5
^55
де р - тиск робочого тіла, МПа. Н - напір, м. р -щільність робочого тіла, кг/м3. і — ентальпія робочого тіла, кДж/ кг. а - коефіцієнт тепловіддачі, кВт/ м2К. С
- питома теплоємність, кДж /кгК. G - витрата речовини, кг/с. V— ємність водосховища, м3. g — питома маса речовини, кг/м. Ь — питома поверхня, м2/м. f - перетин для проходу робочого тіла, м2. ^ 0, о — температура робочого тіла, розподільної стінки, речовини, що нагрівається, К. z — координата довжини теплообмінника, м. Тв, Тм — постійні часу, що характеризують теплову здатність робочого тіла, металу, що акумулюють, с. т, п — показники залежності коефіцієнта тепловіддачі від витрати. і - час, с. Індекси: - вихідний стаціонарний режим. 1 - вхід в теплообмінник. в - внутрішній потік. м - металева стінка. з - зовнішній потік.
Основою для здобуття діагностичної інформації як еталонної, так і функціональної є передатна функція за каналом «витрата води - напір», здобута в результаті рішення системи нелінійних диференційних рівнянь.
WG_H1 =Х^ (1 - є-■15) ,
де 8 - параметр перетворення Лапласа.
5. Логічне моделювання розпізнання ситуації зміни заряду та розряду
Для підтримки функціонування енергетичних систем щодо контролю їх працездатності та ідентифікації стану запропоновано використання метода графа
^55
Рис. 2. Граф причинно-наслідкових зв’язків динамічної підсистеми
СТ — контроль події; Z — логічні відносини;
ST — ідентифікація події.
Індекси: 1 — впливи; 2 — внутрішні параметри, що діагностуються; 3 — коефіцієнти рівнянь динаміки;
4 — істотні параметри, що діагностуються; 5 — динамічні параметри; с — контроль працездатності; s — стан При використанні оборотної насос-турбіни та водоводів у якості динамічної підсистеми блок контролю впливів СТ1 здобуває повідомлення щодо зміни початкових умов функціонування енергетичної системи, обумовлених появою впливів, що обурюють - зміни напору у насосному чи турбінному режимах.
Ця інформація, що поступає від блоку контролю СТ1 є причиною здобуття інформації від блоку контролю СТ2 щодо зміни внутрішнього параметра, що діагностується - похідної dH/dV. Інформація, здобута від блоку СТ2 щодо зміни похідної dH/dV є наслідком здобуття попередньої інформації, що надходить з блоку контролю СТ1. Інформаційне повідомлення з блоку контролю СТ2 щодо зміни похідної є причиною здобуття інформації від блоку контролю СТ3 щодо зміни коефіцієнта передатної функції хр , тобто ця генерована блоком СТ3 інформація є наслідком попереднього інформаційного повідомлення від блоку контролю СТ2. Інформаційне повідомлення з блоку контролю СТ3 щодо зміни коефіцієнта передатної функції хр є причиною здобуття інформації від блоку контролю СТ4 щодо стану істотного параметра, що діагностується - витрати води. Здобуття інформації від блоку контролю СТ5 щодо зміни динамічних параметрів є наслідком здобуття попередньої інформації. Інформація від блоку контролю СТ5 є причиною для здобуття результуючої інформації від блоку контролю СТс щодо відповідного прийняття рішень - зміни рівня розряду чи заряду в насосному чи турбінному режимах відповідно, чи переводу насос-турбіни у режим синхронного компенсатора. Процес функціонального діагностування оборотної насос-турбіни завершує ідентифікація її нового стану після прийняття відповідних рішень з використанням ідентифікаційної частини графа причинно-наслідко-вих зв’язків. Згідно логічній моделі відбувається іден-
1
€
тифікація параметрів, контрольованих згідно першій частині графу причинно-наслідкових зв’язків новим режимам гідроакумулювання чи виробництва енергії.
Ситуація зміни рівня заряду чи розряду розпізнається таким чином:
ES = ((Б(Р(т)(СТ11(т)І(Хо(т)Іх1(т)(С{т)(0))І x2(т)(p(т)(+)(-)IH(т)(+)(-))))IZC1(т)I
^(тМ^тХ^^тХ+Х-)))^^),
(СТз(т),(Хр(тХ-Х+))^сз(т),
{CTi{т),{y{т){G{т){-){+))),Zc4{т),
{CT5{т),{d{т){AG{т)/ AGMаKC.p0зp.вepI{т){-){+)),Zc5{т),
AGмaкc. poзp.вepx (т) AGMaKc.poap.Bepx
AGмaкc. poзp.вepx (т) ^ма» ^^х
(РМ^^Х-)^)))^^),
(т)),
часу при безперервному вимірюванні тиску на виході із водоводу на основі контролю працездатності оборотної насос-турбіни згідно запропонованій логічній моделі розпізнання ситуації зміни заряду чи розряду.
Для здобуття як еталонної діагностичної інформації, так і функціональної з використанням передатної функції за каналом “ витрата води
- напір ”, здобуті дані режимно-конструктивної реалізації оборотної насос-турбіни типу РОНТ 115/851-В-630.
Встановлено рівні напору в насосному режимі - 80,3 м, 86,1м, 88,6м та рівні подачі води - 235 м3/с , 212 м3/с, 204 м3/с відповідно.
Для реалізації передатної функції визначені
постійні часу та коефіцієнти, що входять до її
(т)), складу (табл. 1)
Таблиця 1
(Стс(т),(АС(т)/АСмакс.розрверх(т) < АСрозр.(т)/АСмакс.розрверх(т) < °), Значення постійних часу і коефіцієнтів передатної
(СТс(Т),(АС(Х)/АС макс. розр.верх (т) >АЧозр.(т)/АЕакс .розр.верх (т) > Д функцИ для різних рівнів функціонування в
(Р(т)^(т)(0Х0)))Лс(т), насосному режимі
Процес функціонального діагностування насос-турбіни завершує ідентифікація нового рівня її функціонування з використанням наступних взаємовідносин знань:
^ад^Н^(т)=dHdV (т)»^(т),
/ нов.рів.
^Т3(г)(і(г) = %нов.рів.(т))),252(т),
^Т4(тХу(тХр(т) = Рнов.р,в.(т)))Л4(т),
^(тХ^ХАОД/АСїі[ір^ріері(т) = АЕов.р,вХТ)/AGмaкс.розр.вepx (т) )),Zs5(т),
^Т(тХР(т) новий рівень функціонування)).
Підтверджувальні повідомлення, що здобуті від блоків заряду, розряду та зміни режимних умов функціонування мають таке розпізнання відповідно:
R(т)(P3(т)(х1(т)(H(т) = Ннов.рів.(т)))),
К(т)(Рро3.(т)(х1(т)(Н (т) = Нноврів.(х))))
^(Т)(Р3МІНИ режимів (т)(ЕІ(т)(Н(т) = Нст.(т))))
де нов. рів. - новий рівень функціонування; макс. розр. верх. - максимальне значення зміни параметра верхнього рівня функціонування; з, роз., зміни режимів - блоки заряду, розряду, зміни режимних умов функціонування.
Рівні функціо- нування Тв, с Тм, с X є* с Ц, м
Верхній 0=235 м3/с. Н=80,3 м 1381,85 42,90 2173,27 0,001 0,036 8442,37
Середній 0=212 м3/с. Н=86,1 м 1500,54 46,59 1057,79 0,001 0,036 8270,24
Низький 0=204 м3/с. Н=88,6 м 1547,44 48,04 576,97 0,001 0,036 8206,86
Встановлено рівні напору в турбінному режимі -73,5 м, 71,5 м, 66,6 м та рівні подачі води - 279 м3/с , 290 м3/с, 322 м3/с відповідно.
Для реалізації передатної функції також визначені постійні часу та коефіцієнти, що входять до її складу (табл. 2).
Таблиця 2
Значення постійних часу і коефіцієнтів передатної функції для різних рівнів функціонування в турбінному режимі
Рівні функціо- нування Тв, с Т с м X є* Z Ьв, м
Верхній 0=322 м3/с. Н=66,6 м 1074,07 33,35 1950,18 0,00079 0,036 8991,29
Середній 0= 290м3/с. Н=71,5м 1167,88 36,26 1007,78 0,00085 0,036 8805,02
Низький 0=279м3/с. Н=73,5 м 1204,57 37,40 623,13 0,00082 0,036 8737,19
6. Управління насосним та турбінним режимами
Управління зарядом та розрядом на рівні прийняття рішень виконують у фіксований інтервал
Так, здобуття результуючої інформації щодо контролю працездатності оборотної насос-турбіни:
3
(Сс(т),(ЛС(т)/ЛG
макс.розр.верх
(т) < ЛСр (т)/ЛС
макс.розр.верх
представляє можливість приймати рішення щодо підтримки заряду шляхом переходу на меншу витрату води:
(Р(х)^(тХ-)))^сс(т),
Так, наприклад, заряд ємності водосховища, що потребує прийняття рішень та їх ідентифікацію про зменшення витрати води за рахунок прикриття направляючого апарату оборотної насос-турбіни щодо переходу з верхнього рівня функціонування до середнього відбувається так: (рис. 3).
(т)), Так, завершення процесу акумулювання у насо-
сному режимі, чи виробництва енергії в турбінному режимі. що потребують прийняття рішень на перевід енергетичної системи в режим синхронного компенсатора відбувається так: (рис. 5).
/А в (г)
макс.розр.верх' '
Рис. 3. Підтримка процесу заряду на рівні прийняття рішень
1,4 - допуски верхнього та середнього рівнів функціонування, відповідно; 2,3 - заряд та ідентифікація заряду при переході з верхнього на середній рівень функціонування
Здобуття ж результуючої інформації щодо контролю працездатності оборотної насос-турбіни:
Рис. 4. Підтримка процесу розряду на рівні прийняття рішень
1,4 - допуски для низького, середнього рівнів функціонування, відповідно;
2,3 - розряд та ідентифікація розряду при переході з низького на середній рівень функціонування
(Сс(т),ДО(т)/ДG
макс.розр.верх
(т) ^рГт)/ДG
макс.розр.верх
(т)),
представляє можливість приймати рішення щодо підтримки розряду шляхом переходу на більшу витрату води:
(Р(т)^(тХ+)))Лс(т),
Так, наприклад, розряд ємності водосховища, що потребує прийняття рішень та їх ідентифікацію про збільшення витрати води за рахунок відкриття направляючого апарату оборотної насос-турбіни щодо переходу, наприклад, з низького рівня функціонування до середнього відбувається так (рис. 4).
Здобуття ж результуючої інформації:
(Сс(т),ДО(т)/ЛG
макс.розр.верх
(т) <ЛG
макс.розр.верх
(т)/ЛG
макс.розр.
(СС(т),(Л^т)/^ макс.розр.верх (Т) > ЛGpoзр. (т) / ЛЕакс .розр.верх (т)
представляє можливість переводу енергетичної системи в режим синхронного компенсатора із насосного режиму та турбінного режиму, відповідно.
(Р(х)^(тХ0)(0)))^сс(т),
Рис. 5. Управління на рівні прийняття рішень 1,3 - допуски для низького насосного, верхнього турбінного рівнів відповідно;
2,4 - перехід до режиму СК із насосного та турбінного режимів відповідно
верх(т) < °)> > 1),
Інтегрована за часом система підтримки процесу заряду (табл. 3, рис. 6) дозволяє оцінити скорочення терміну заряду на 0,2 часу.
Інтегрована за часом система підтримки процесу розряду (табл. 4, рис. 6) дозволяє оцінити збільшення використання корисного об’єму водосховища щодо додаткового виробництва електроенергії.
Таблиця 3
Підтримка процесу заряду
Час, т, с 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Пуск G=235 м3/с; Н=80,3 м 0,6287
Заряд G= 235м3/с; Н=87,5м 0,2405
Прийняття рішення G=212м3/с; Н=87,5 м 0,1999
Заряд G=212 м3/с; Н=89 м 0,1327
Прийняття рішення G= 204м3/с; Н=89м 0,1239
Заряд G=204м3/с; Н=91,9 м 0,0025
Прийняття рішення Перехід до СК G=204м3/с; Н=92 м -0,0017
Таблиця 4
Рис. 6. Інтегрована система підтримки процесу заряду та розряду
5. Висновки
Підтримка гідроакумулювання та виробництва енергії на рівні прийняття рішень дозволяє:
1. Зменшити витрати електроенергії при заряді на 30%.
2. Здобути додаткове вироблення енергії при розряді на 5%.
3. Підвищити ефективності ГАЕС на 10-13%.
4. Здобути грошову економію приблизно 200 тис. грн. за 15 найбільш навантажених днів грудня.
5. Заощадити додатково до 20% умовного палива.
Підтримка процесу розряду
Час, т, с 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Пуск G=279 м3/с; Н=73,5 м 0,1695
Розряд G= 279м3/с; Н=73м 0,1957
Прийняття рішення G=290 м3/с; Н=73 м 0,2096
Розряд G=290 м3/с; Н=71 м 0,3217
Прийняття рішення G= 322м3/с; Н=71м 0,3556
Розряд G=322 м3/с; Н=67 м 0,6033
Прийняття рішення Перехід до СК G=322 м3/с; Н=66 м 0,6654
Література
1. Васильев Ю.С. Возобновляемые источники энергии и гидроаккумулирование / Ю.С. Васильев, В.В. Елистра-тов, М.М. Мухаммадиев, Г.А. Претро - СПб.: СПбГТУ, 1996. - 102 с.
2. Чайковська Є.Є. Інтелектуальне управління функціонуванням енергетичних систем на основі контролю їх працездатності // Восточно - Европейский журнал передовых технологий , 2006. - №3/2(21).- С. 48-52.
3. Чайковская Е.Е. Поддержание функционирования энергетических систем на основе интеллектуального управления тепломассобменными процессами /Труды 6-го Минского Международного Форума по тепломас-собмену.- ИТМО им. А.В.Лыкова НАНБ, 8-05, 2008.-С. 1-10.
4. Чайковська Є.Є., Стефанюк В.В., Єрошова Т.В. Управління енергопостачанням на основі синергетичної інформації // Тези доповідей 16 Міжнародної конференції з автоматичного управління: Автоматика -2009, Чернівці, 2009.-С. 396-397.
