CC BY
9УДК 621.311:004.94(476)
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОГРАММЫ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕТЯГОВОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ВИТЕБСКОЙ И БАРАНОВИЧСКОЙ ДИСТАНЦИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Дробов A.B.
УО «Белорусский государственный университет транспорта», г.
Гомель, Республика Беларусь
Аннотация. В статье приведены результаты имитационного моделирования нетяговой системы электроснабжения витебской и барановичской дистанции электроснабжения. Идея данного метода заключается в оптимальном размещении трансформаторных подстанций (ТП) и низковольтных потребителей, подборе полных мощностей трансформаторов ТП, сечений кабелей и воздушных линий на основании технико-экономического сравнения различных вариантов схем электроснабжения, разыгрываемых с помощью процедуры Монте-Карло.
Ключевые слова: Имитационное моделирование, система электроснабжения, технико- экономическое сравнение, электрические сети, трансформаторные подстанции.
Введение. При проектировании установок и систем сельского электроснабжения необходимо обеспечить выбор наиболее целесообразного, то есть имеющего лучшие технико-экономические показатели, варианта [1,2]. Варианты могут отличаться как капитальными вложениями, так и текущими затратами (ежегодными издержками производства, эксплуатационными расходами). Если есть вариант, у которого наименьшие капитальные вложения и минимальные текущие затраты по сравнению с другими, естественно он будет наилучшим.
Однако, в большинстве случаев у одних вариантов существуют большие капитальные вложения, у других - повышенные текущие затраты. Для выбора целесообразного варианта в этом случае можно оценивать сравнительную экономическую эффективность дополнительных капитальных вложений.
Фрагмент системы нетягового электроснабжения Витебской дистанции электроснабжения изображен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Фрагмент системы нетягового электроснабжения Витебской дистанции электроснабжения
Основная часть. Достижение указанных целей невозможно без применения современных информационных технологий, что, в свою очередь, требует создания эффективных математических моделей и методов.
Разработка таких моделей и методов является сложной научно-технической проблемой, так как при учете электромагнитных и электромеханических переходных процессов система нетягового электроснабжения железной дороги переменного тока представляет собой многомерный нелинейный динамический объект [3].
Ввиду большой размерности, сложности и недостаточной информационной обеспеченности практическое использование динамических моделей систем нетягового электроснабжения на современном этапе не представляется возможным. Поэтому для определения режимов данных систем применяют имитационные методы.
С помощью процедуры Монте-Карло разыгрываются полные мощности трансформаторов и на основании таблицы связей
генерируются различные варианты схемы системы электроснабжения (СЭС).
На основании сказанного создается матрица связей ИП и ТП с учетом ограничений для розыгрыша различных вариантов схемы электроснабжения СЭС (рисунок 2)
Рисунок 2 - Матрица связей СЭС
Данная матрица предусматривает наличие нескольких связей для ТП первой категории от разных источников, наличие невозможных соединений и возможность заполнения вручную части обязательных связей.
Каждому варианту сгенерированной СЭС, включающий случайный розыгрыш связей между ТП и мощностей трансформаторов, удовлетворяющих вышеперечисленным условиям, в дальнейшем присваивают номер. Затем определяем издержки на эксплуатацию, включающие амортизационные отчисления, затраты на обслуживание и стоимость потерь электроэнергии; обобщенный показатель надежности СЭС, оценку влияния показателей качества электроэнергии (напряжение, несимметрия, несинусоидальность) на работу нетяговых железнодорожных потребителей [4,5].
Пример реализации имитационной модели для Барановичской и Витебской дистанции электроснабжения.
Исходными данными для имитационного моделирования являются: карта-схема расположения потребителей (рисунок 3); координаты точек расположения потребителей; сведения об источнике питания; области невозможного размещения.
У
тп1
тпЗ
ип
тп2~
О1-
_
Рисунок 3 - Карта-схема расположения потребителей (исходный вариант): ИП - источник питания; ТП - трансформаторные подстанции нетяговых и нетранспортных потребителей; координаты заданы в относительных единицах
Характеристика потребителей приведена в таблице 1.
№ Наименование потребителя Р , р ' кВт С0Ьфр Категории потребителей Т , ч м '
1 ТП1 2300 0.688 1,11,111 1500
2 ТП2 1800 0.74 11,111 1800
3 ТП3 2600 0.788 11,111 2000
На первом этапе осуществляется предварительное построение вариантов схемы электрической сети (рисунок 4).
тл1
ИГ (5
■
тлг
1тп1
ИП
■ 712
Рисунок 4 - Варианты схем электрической сети
По критерию минимальной суммарной длины трасс ЛЭП с учетом ограничения места на установку источника питания целевая функция будет иметь вид:
L = Z h
(1)
где Ь - сумма длины дуг сети; 1к - длина дуги к, выходящей из точки г и приходящей в точку у п - число дуг.
Необходимо с помощью метода Монте-Карло найти такое положение источника питания при котором суммарная длинна трасс линий электропередач от источника питания до потребителей имела минимальную длину.
Расстояния могут быть определены прямыми измерениями или на основании координат подстанций (таблица 2) по формуле:
Ь = ,/(х - х..)2 + (у - у..)2 (2)
где, Xi, Xj yi, y - соответственно координаты источника питания и потребителя.
Таблица 2 - Расстояние между подстанциями, км
ИП ТП1 ТП2 ТП3
ип 0 L01 = 2.82 L02 = 4.12 L03 = 6.71
ТП1 0 0 0
ТП2 0 l23 = 51
ТП3 0
:=1
Результаты расчетов суммарной длины по вариантам и расчетные формулы представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Суммарная длина трасс ЛЭП
№ варианта схемы Расчетная формула м
1 lE= l01 □ ц)2 □ 103 13,65
2 lE= l01^ Iö3^ L23 14,63
По критерию минимальной суммарной длины трасс ЛЭП для дальнейшего рассмотрения остаются варианты 1 и 2.
На подстанциях, питающих потребителей I и II категорий, устанавливается по два трансформатора, а для III категорий - одного трансформатора.
В случае однотрансформаторных подстанций выбор мощности трансформатора осуществляется по условию
SH > Sp, (3)
Для двухтрансформаторных подстанций используются следующие условия:
2SH > Sp, (4)
1,45н > Sp — SOTKn> (5)
где Sqtkh - мощность потребителей III категории, которые могут быть отключены при возникновении аварийного режима.
В качестве полных номинальных мощностей трансформаторов используются стандартные значения, соответствующие выпускаемым заводами, которым в дальнейшем присваиваются остальные номинальные данные, требующиеся для технико-экономического обоснования и расчета параметров схемы замещения (таблица 4).
Таблица 4 - Суммарная длина трасс ЛЭП
№ Наим. ТП pp' кВт qp. квар sp' кВА sht ' кВА норм k3 °откл кВА , ав k3
1 ТП1 2300 1224 2605 2x2500 0.521 0 1.042
2 ТП2 1800 738.3 1946 2x1600 0.608 0 1.216
3 ТП3 2600 834.4 2731 2x1600 0.853 531 1.375
Нагрузки на стороне 10 кВ определяются по величине нагрузок, приведенных в таблица 1, с добавлением потерь в трансформаторах (таблица 5).
Таблица 5 - Нагрузки на стороне 10 кВ
№ Наименова ние ТП Рр , Qp . APT , AQt , pbh , Р QBH, Р sbh , Р
кВт квар кВт квар кВт квар кВА
1 ТП1 2300 1224 22.77 275.54 2322.7 1499.54 2764.76
2 ТП2 1800 738.3 19.91 176.74 1819.9 915.04 2037.00
3 ТП3 2600 834.4 32.82 177.46 2632.8 1011.86 2820.57
Выбор оптимального варианта схемы сети производится на основе технико-экономического сравнения. Для этого выполняется упрощенный электрический расчет сети. На этом этапе сечения проводов упрощенно выбираются по критерию допустимого нагрева:
• К2 ■ Ьоп > 1Р ' (6)
где к1 и к2 - поправочные коэффициенты на условия прокладки Результаты сведены в таблице 6.
Таблица 6 - Выбор сечения проводников для одного из
вариантов
№ лэп ф Ф Ф Ф I доп Марка и
р р 8р I р сечение
1 ИП-ТП1 6773.00 3426.0 7590.19 417.85 432** 2хААБ-
0 3x120
2 ИП-ТП3 4451.00 1926.0 4849.83 266.99 275 ААБ-
0 3x150
3 ТП3-ТП2 4954.00 2511.0 5554.03 305.75 310 ААБ-
0 3x185
Для выбора оптимального варианта электрической сети осуществляется технико-экономическое сравнение по критерию приведенных затрат:
з =Рик ПИ
где р - коэффициент эффективности капитальных вложений;
И
К - капитальные затраты на сооружение сети;
И - издержки на эксплуатацию электрической сети.
Технико-экономическое сравнение вариантов представлены в таблице 7.
Таблица 7 - Технико-экономические результаты ва
Вариант схемы К, тыс. руб иа + и0 тыс. руб Сд, тыс. руб 3, тыс. руб
Вариант 1 6215.32 346.4598 1462.81 4916.93
Вариант 2 7638.36 438.3373 1032.45 5289.967
риантов схем
Выводы. По результатам технико-экономических расчетов к дальнейшему рассмотрению принимается вариант 1.
Основные научные результаты данной работы заключаются в следующем: 1) Предложен метод имитационного моделирования системы электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей. 2) Разработан программно-технологический комплекс имитационного моделирования, обеспечивающего реализацию метода. 3) Апробирована технология использования программно-технологического комплекса, обеспечивающая реализацию предложенного метода имитации функционирования СЭС. Практическое применение программного инструментария заключается в оптимизации технических решений по обеспечению надежности при
проектировании и эксплуатации сложных электрических систем.
Список использованных источников:
1. Зуев Э.Н. Технико - экономические основы проектирования электрических сетей. М: МЭЙ, 1988. - 213 с.
2. Жаднов, В. В. Современные проблемы автоматизации расчетов надежности / В. В. Жаднов, И. В. Жаднов, С. Н. Полесский // Надежность. - 2007. - № 2 (21). - С. 3-12.
3. Максимей, И. В. Имитационное моделирование на ЭВМ / И. В. Максимей. - М. : Радио и связь, 1988. - 232 с.
4. Основы имитационного и статистического моделирования: Уч. пособие / Ю.С. Харин [и др.]; под ред. Ю. С. Харина. - Мн.: Дизайн, 1997. - 288 с.
5.Щукин Б.Д., Лыков Ю.Ф. Применение ЭВМ для проектирования систем электроснабжения. - ГЛ.: Энергоиздат, 1982.176 с.
Дробов Андрей Владимирович, аспирант, Республика Беларусь, Гомель, УО «Белорусский государственный университет транспорта», electr [email protected]
RESULTS OF THE PROGRAM OF SIMULATION MODELLING OF NOT TRACTION POWER SUPPLY SYSTEMS OF VITEBSK AND BARANOVICHI DISTANCE POWER SUPPLY
A.V. Drobov
Abstract. The article gives the results of modeling not traction power supply system power supply of Vitebsk and Baranovichi distance system power supply. The idea of this method is the optimal placement of transformer substations (TP) and low-voltage consumers, the selection of the full capacity of TP transformers, cables and sections of overhead lines on the basis of technical and economic comparison of different options of power supply circuits, enacted by the Monte Carlo procedure.
Keywords: Simulation modeling, power system, technical and economic comparison, electrical networks, transformer substations.
Drobov A. V., graduate student, Republic of Belarus, Gomel, UO «Belarusian State Transport University», electr [email protected]
