CC BY
53
14. Krasnov I.N., Miroshnikova V.V. Malaya molochnaya ferma modulnogo tipa [Modular small dairy farm], Selskiy me-khanizator, 2012, No 6, pp. 24-25. (In Russian)
15. Barsuk V.A., Gubin N.M. Matematicheskie metody planirovaniya i upravleniya v khozyajstve svyazi [Mathematical methods of planning and management in the communications economy], M.: Svyaz', 1974, 336 p. (In Russian)
Сведения об авторах
Поцелуев Александр Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-928-150-64-33. E-mail: potseluev.a @ mail.ru.
Грищенко Ирина Анатольевна - магистр, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-988-551-99-36. E-mail: 1995 [email protected].
Information about the authors
Potseluyev Alexander Aleksandrovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Technology and mechanization of the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-150-64-33. E-mail: potseluev.a @ mail.ru.
Grishchenko Irina Anatolyevna - master student, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-988-551-99-36. E-mail: 1995 [email protected].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 621.31
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
СЕЛЬСКИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
© 2019 г. А.В. Виноградов, В.Е. Большев, А.В. Виноградова, М.В. Бородин, А.В. Букреев
Внедрение в сельские электрические сети средств мониторинга надёжности электроснабжения и качества электроэнергии, позволяющих получать значения времени перерывов в электроснабжении, времени несоответствия качества электроэнергии и времени осуществления технологических присоединений, позволит перейти к следующему шагу - реализации технико-экономических способов, механизмов стимулирования энергоснабжающих организаций и сельских потребителей к осуществлению мероприятий по повышению эффективности систем электроснабжения. Целью данной статьи является разработка технико-экономических способов стимулирования энергоснабжающих организаций и потребителей к повышению надёжности электроснабжения и качества электроэнергии. В статье рассмотрены существующие и предлагаемые технико-экономические способы стимулирования энергоснабжающих организаций и потребителей к повышению надёжности электроснабжения сельских потребителей и качества поставляемой им электроэнергии, а также система мониторинга надёжности электроснабжения и качества электроэнергии, позволяющая их реализовывать. Внедрение технико-экономических способов стимулирования энергоснабжающих организаций и сельских потребителей к повышению эффективности систем электроснабжения невозможно без применения в сельских электрических сетях систем мониторинга надёжности электроснабжения сельских потребителей и качества поставляемой им электроэнергии. Данные системы позволяют получать фактические значения количества и продолжительности перерывов в электроснабжении сельских потребителей и времени несоответствия качества поставляемой им электроэнергии действующим нормам. Это, в свою очередь, даёт возможность обеспечить реальное функционирование указанных выше способов стимулирования повышения эффективности систем электроснабжения. Такие способы стимулирования потребителей к повышению эффективности систем электроснабжения реализуются следующим образом: задаются значения нормируемых интервалов времени за заданный промежуток времени, в том числе допустимое время перерывов в электроснабжении сельских потребителей за год, допустимое время несоответствия качества электроэнергии за год, далее фиксируются фактические их значения, сравниваются с заданными. Если фактические значения времени больше нормируемых (допустимых), то осуществляются те или иные экономические санкции к нарушителю, будь то энергоснабжающая организация или сельский потребитель.
Ключевые слова: надежность электроснабжения, качество электроэнергии, технико-экономические механизмы, электроснабжение, системы мониторинга, перерывы в электроснабжении, отклонение напряжения.
Implementation of means of monitoring the reliability of power supply and the quality of electric power in rural electric networks that allows to obtain values of the time interruptions in power supply, the time of mismatch of the quality of electricity and the time of technological connections, will allow to proceed to the next step. The next step is the implementation of technical and economic methods, incentive mechanisms for energy supplying organizations and rural consumers to acceptance of measures to improve the efficiency of power supply systems. The purpose of this article is to develop technical and economic methods of stimulating energy supplying organizations and consumers to increase the reliability of electricity supply and the quality of electricity. In the article it is discussed the existing and proposed technical and economic ways of stimulating energy supplying organizations and consumers to increase the reliability of electricity supply to rural consumers and the quality of electricity supplied to them, as well as a monitoring system for the
reliability of electricity supply and the quality of electricity that allows them to be implemented. The implementation of technical and economic methods of stimulating energy supplying organizations and rural consumers to increase the efficiency of power supply systems is impossible without the use of rural power networks to monitor the reliability of power supply to rural consumers and the quality of electricity supplied to them. These systems allow to get the actual values of the number and duration of interruptions in the power supply to rural consumers and the time of non-compliance of the quality of electricity supplied to them with current standards. This, in turn, makes it possible to ensure the real functioning of the above-mentioned methods of stimulating the increase in the efficiency of power supply systems. Such methods of stimulating consumers to increase the efficiency of power supply systems are implemented as follows. The values of the normalized time intervals for a given period of time are set, including the allowable time of interruptions in the power supply of rural consumers for a year, the allowable time of non-compliance of the quality of electricity for a year, then their actual values are recorded and compared with the given. If the actual values of time are longer than normalized (permissible), then certain economic sanctions are applied to the violator, whether it is an energy supplying organization or a rural consumer.
Keywords: Keliability of power supply, quality of electricity, technical and economic mechanisms, power supply, monitoring systems, interruptions in power supply, voltage deviation.
Введение. Повышение эффективности систем электроснабжения сельских потребителей требует осуществления мероприятий по повышению надёжности электроснабжения и качества электроэнергии, по повышению качества услуг по технологическому присоединению. Для этого необходимо осуществлять затраты средств на перевооружение электрических сетей, внедрение нового оборудования. Как показывает практика, решение о реконструкции электрических сетей требует законодательных или экономических стимулов.
В [1, 2, 3, 4] показано, что время перерывов в электроснабжении сельских потребителей и время несоответствия качества поставляемой им электроэнергии лучше всего характеризуют эффективность систем электроснабжения сельского хозяйства с точки зрения надёжности электроснабжения и качества электроэнергии, а время осуществления техприсоединений - с точки зрения развития и доступности электрических сетей. Знание фактических значений данных временных интервалов позволяет оценить состояние системы электроснабжения сельских потребителей и принять правильные решения о направлениях повышения её эффективности. Получить же объективную информа-циюи об этих значениях затруднительно без оснащения электрической сети системами мониторинга надёжности электроснабжения и качества электроэнергии, а также постоянного мониторинга сроков осуществления технологических присоединений. Вариант такой системы для сельских электрических сетей приведен в [5]. В [6] рассмотрены другие системы мониторинга.
Методика исследований. Внедрение средств, позволяющих получать значения времени перерывов в электроснабжении сельских потребителей, времени несоответствия качества электроэнергии и времени осуществления технологических присоединений сельских потребителей к электрическим сетям позволит перейти к следующему шагу - реализации технико-экономических способов, механизмов стимулирования электросетевой организации и потребителей к осуществлению мероприятий по повышению эффективности систем электроснабжения. Суть осуществления технико-экономических способов стимулирования энерго-снабжающих организаций и сельских потребителей к повышению эффективности систем электроснабжения заключается в следующем: нормируются значения
соответствующих интервалов времени за заданный промежуток времени, например допустимое время перерывов в электроснабжении за год, допустимое время несоответствия качества электроэнергии за год, фиксируются фактические их значения, сравниваются с допустимыми. В случае, если фактические значения больше допустимых, то осуществляются экономические санкции к нарушителю, будь то энергоснабжаю-щая организация или потребитель. Есть ряд особенностей для способов стимулирования к повышению надёжности электроснабжения сельских потребителей и качества поставляемой им электроэнергии.
В случае надёжности электроснабжения существуют следующие варианты стимулирования. По существу, это способ компенсации стоимости электроэнергии в случае превышения нормированного времени перерывов в электроснабжении. Способ заключается в предоставлении потребителю без оплаты определённого объёма электроэнергии или в выплате потребителю определённой суммы компенсации.
Сумма, выплаченная в виде компенсации, или сумма средств, равнозначная переданной бесплатно электроэнергии будет являться для электросетевой организации или потребителя (если отключение произошло по его вине) издержками на компенсацию отключений за заданный интервал времени Хикомп откл ^1..Л2). В качестве такого интервала можно принимать год, месяц в зависимости от установленного норматива на время перерывов в электроснабжении. Обычно принимается в качестве контрольного интервала времени год. Так, Постановлением Правительства РФ № 442 от 04.05.2012 допустимая продолжительность перерыва в электроснабжении всех категорий потребителей определена в 72 ч/год [7].
Что касается качества электроэнергии, то в [8] выполнен обзор решений, предлагаемых в нормативных документах СССР, таких как «Правила пользования электрической энергией» (Приказ Минэнерго СССР № 310 от 06.12.1981 г. (в ред. Приказа Минтопэнерго № 2 от 10.01.2000) [9], Постановление Совета Министров СССР № 929 от 30.07.1988 г. [10] и др. Суть этих решений сводится к тому, что осуществляются выплаты потребителем или энероснабжающей организацией за несоответствующее качество электроэнергии в размере 25% стоимости электроэнергии пониженного качества. Также Госкомцен СССР ввел с 1 января 1984 г. дополнительный прейскурант № 09-01-1980/11,
в котором были установлены скидки с тарифа за снижение по вине энергоснабжающей организации качества электроэнергии и надбавки к тарифу за снижение качества электроэнергии по вине потребителей.
Скидка или надбавка к тарифу по каждому ПКЭ определялась так (в %) [8]:
пн
(1)
где Пф - фактическое значение показателей качества электроэнергии (ПКЭ) в точке ее реализации; Пд - значение ПКЭ, установленное в договоре за пользование электроэнергией; Пн - нормированное значение ПКЭ, определенное в соответствии с ГОСТ 1310967 (ГОСТ 13109-97), по которому нормировались следующие ПКЭ: отклонение частоты; отклонения напряжения; колебания частоты; колебания напряжения; несинусоидальность формы кривой напряжения; несимметрия напряжений основной частоты; d - отношение количества электроэнергии, потребленной при отклонении от договорных условий, к общему потреблению электроэнергии за расчетный период. Значения Пд, Пн, d определялись энергоснабжающей организацией по методике, утвержденной Минэнерго СССР.
В [11] определены и рекомендованы скидки (надбавки) в размере 12% к тарифу на электроэнергию за несоблюдение ПКЭ, которые могут прописываться в договорах электроснабжения. Также предусмотрена выплата единовременного штрафа за отпущенную (потребленную) электроэнергию с несоблюдением ПКЭ в сумме 10% от стоимости отпущенной (потребленной) электроэнергии с показателями, не соответствующими ГОСТ на качество электроэнергии. Однако оба эти решения могут фактически исполняться только в системах электроснабжения, где имеется мониторинг качества электроэнергии, например в электрических сетях 220 кВ и выше и не применяются в сельских электрических сетях ввиду отсутствия там соответствующих средств контроля качества электроэнергии.
В [12, 13] предложена методика корректировки стоимости электроэнергии в зависимости от её качества, суть которой заключается в применении скидок/надбавок к стоимости электроэнергии в зависимости от источника и уровня искажений ПКЭ. Согласно данной методике стоимость потреблённой электроэнергии с учётом поправочных коэффициентов, если искажения вносит одна сторона, потребитель или энергоснабжаю-щая организация, должна определяться следующим образом:
Спээ = Тисх • Кп • КПээ> (2)
где Спээ - стоимость потребленной электроэнергии, руб.; Тисх - исходный тариф на электроэнергию; Кп - поправочный коэффициент; Кпээ - количество потребленной электроэнергии.
В случае, когда искажения в ПКЭ вносят совместно и потребитель, и энергоснабжающая организация, то Спээ необходимо рассчитывать по формуле
С_ -г Кпэс+Кпэп !/■ 1о\
ПЭЭ - 1ИСХ--;--^ПЭЭ< (3)
где Кпэс - поправочный коэффициент для энергоснабжающей организации; Кпэп - поправочный коэффициент для потребителя.
Учёт факта отклонения ПКЭ от норм с последующим возвратом в нормативное значение осуществляется следующим образом. СПЭЭ в этом случае определяется так:
Спээ - Тисх' X.71 Кп • КПээ ■ йь,
(4)
где Кп - п-й поправочный коэффициент для определенного уровня отклонения ПКЭ в определенный момент времени и определенного ПКЭ;
11 п+т х '
1^=1Кг - сумма поправочных коэффициентов для энергоснабжающей организации; К/ - сумма поправочных коэффициентов для потребителя; п - количество значений Ю; т - количество значений К
Кпэс^Л, (6)
Кпэп = К/- (7)
Если искажения качества электроэнергии нет, тогда корректировка стоимости не осуществляется, то есть поправочный коэффициент Кп=1.
Определены поправочные коэффициенты к стоимости электроэнергии [12], учтены особенности нового стандарта, регламентирующего качество электроэнергии [13]. Также разработан ряд технических решений по реализации методики. Необходимо отметить, что реализация данной методики требует использования прибора учёта (ПУ) электроэнергии в качестве элемента системы мониторинга качества электроэнергии и наличия реализованной системы связи с ПУ для получения данных о количестве и качестве потреблённой электроэнергии в точке его установки и обновления тарифов, поправочных коэффициентов. В большинстве современных ПУ функции контроля ПКЭ есть, но каналы связи используются только для передачи данных о количестве потреблённой электроэнергии, что не позволяет выполнить мониторинг качества электроэнергии. Также ПУ не могут осуществлять контроль количества и продолжительности отключений, хотя в них и заложена функция учёта отсутствия напряжения. Дело в том, что они установлены после вводного коммутационного аппарата и не могут определять причину отсутствия напряжения, выявить, исчезло ли оно в питающей линии или только во внутренней сети потребителя.
Разработанная система мониторинга, предназначенная для применения в сельских электрических сетях, [5] позволяет осуществлять как контроль количества и продолжительности отключений сельских потребителей, так и контроль количества и продолжительности отклонения напряжения более установленного значения. Это даёт возможность выполнить способ стимулирования к повышению надёжности электроснабжения сельских потребителей и качества электроэнергии, а фактически - механизм компенсации за превышение времени отключений выше допустимого и за превышение времени отклонения напряжения выше допустимого.
Если осуществлять компенсацию только за отключения, то издержки, которые понесёт энергоснаб-жающая компания или потребитель вследствие необ-
ходимости выплаты компенсации, можно определить следующим образом:
Ей
КОМП ОШ1 i(tl...t2)
где Кснад - удельная компенсационная сумма выплат, руб./ч (или стоимость отпущенной бесплатно электроэнергии, или разница в стоимости электроэнергии); Е?Тпер - суммарное время перерывов в электроснабжении, ч; X? ТПер.доп - допустимое суммарное время перерывов в электроснабжении, ч.
Таким образом, при превышении допустимого времени перерывов в электроснабжении (отключений) определяется разница между фактическим временем перерывов и допустимым. Полученное значение умножается на удельную сумму выплат Кснад, что позволяет получить сумму компенсации за отчётный период 2 Икомп 01ХЛ ¡(н...^).
Удельная компенсационная сумма выплат Кснад определяется из выражения
Кснад = Ккнад ' Рср ' Фср.взв, (9)
где Ккнад - коэффициент, характеризующий значимость перерывов в электроснабжении для данного типа потребителей или для энергоснабжающей сети в случае, если отключение сети произошло по вине потребителя, безразмерная величина; Рср - средняя потребляемая мощность данного потребителя, кВт или потребителей, электроснабжение которых было прервано от отключения сети, произошедшего по вине одного из потребителей (в этом случае Рср представляет собой суммарную мощность подключенных к рассматривае-
— КсНяд ' diTnep 2iTnep.flon),
(8)
мой сети потребителей за исключением виновника отключения); Фср.взв - средневзвешенный тариф, который можно определить так:
Фсовзв = „П ^гп —--, руб./кВтч, (10)
ср.взв ' п < \ I
где Фi, Ф] - значения тарифов на электроэнергию для разных интервалов времени отчётного периода, руб./кВтч; Wi, W] - объём потребления электроэнергии потребителями при соответствующем тарифе Фi или Ф].
Средняя мощность определяется следующим образом:
(11)
р _ ^шч.пер
гср - т ,
1 отч.пер
где Wотч.пер - суммарный объём потреблённой электроэнергии за отчётный период, кВт-ч; Тотч.пер - значение времени отчётного периода, ч, например год, в часах.
Компенсация может осуществляться в следующих вариантах:
1. Выплачивается потребителю сумма, равная расчитанному значению ^Икомп откл ¡(М..Л2);
2. Предоставляется без оплаты определённый объём электроэнергии Wкомп (кВт-ч), который можно определить следующим образом, используя уже известные из предыдущих расчётов значения:
W|<OMn над — Ккнад ' ^ср
d.1 Тпер 21 ТПер.доп) ■
(12)
Если же осуществлять компенсацию как за отключения, так и за несоответствие качества электроэнергии, то есть, например, за отклонение напряжения,
то издержки, которые понесёт энергоснабжающая компания или потребитель вследствие компенсации, можно определить:
Ti Икомг i(tl...t2) — Yi Икомп откл i(tl...t2) + Е HKoMnHei<a433i(ti...t2) _ Кснад ' (Xi ТПер Zi ТПер.доп) + КсСТээ,
(El ТнекачЭЭ _ Hi ТНекачЭЭ.доп),
(13)
где Ксстээ - удельная компенсационная сумма выплат потребителю в случае несоответствия качества электроэнергии по вине энергоснабжающей организации, руб./ч (или стоимость отпущенной бесплатно электроэнергии, или разница в стоимости электроэнергии);
5л ТнекачЭЭ - фактическое суммарное время несоответствия качества электроэнергии, ч;
Е? ТнекачЭЭ.доп - допустимое суммарное время несоответствия качества электроэнергии, ч.
Значения составляющих ^Икомп откл i(t1...t2) определяются так же, как это было показано выше. Удельная компенсационная сумма выплат на некачественную электроэнергию Ксстээ определяется из выражения
КсстЭЭ = КкПКЭ • Рср • Фсрл» (14)
где Ккпкэ - коэффициент, характеризующий значимость искажения ПКЭ (в нашем случае отклонения напряжения) для данного типа потребителей или для энерго-снабжающей организации в случае, если искажение ПКЭ произошло по вине потребителя, безразмерная величина; Рср - средняя потребляемая мощность данного потребителя, кВт или потребителей, электроснабжение которых осуществлялось с искажением ПКЭ, произошедшим по вине одного из потребителей (в этом случае Рср представляет собой суммарную мощность подключенных к рассматриваемой сети потребителей за исключением виновника искажения).
Средняя мощность определяется по выражению 10, а средневзвешенный тариф по выражению 11.
Компенсация также может осуществляться в следующих вариантах:
1. Выплачивается потребителю сумма, равная рассчитанному значению ^Икомп ^1..Л2).
2. Предоставляется без оплаты определённый объём электроэнергии Wкомп (кВт-ч), который можно определить следующим образом, используя уже известные из предыдущих расчётов значения:
W,
компнад _ ^кнад ' ^ср ' (Н?Тпер Hi Тпердоп) "l" ^кПКЭ ' ^ср ' (Н^ТнекачЭЭ Hi ТНекачЭЭ.доп). (15)
К _ Ууд ^кнад - ф
Результаты исследований и их обсуждение. Таким образом, при наличии средств мониторинга надёжности электроснабжения сельских потребителей и качества поставляемой им электроэнергии (отклонения напряжения в самом простом случае), позволяющих фиксировать и вести учёт времени отключений за заданный отчётный период, времени отклонения ПКЭ за этот же период, можно реализовывать способы стимулирования как потребителей, так и энергоснаб-жающей организации к повышению надёжности электроснабжения и качества электроэнергии.
Значения коэффициентов Ккнад и Ккпкэ требуют проведения дополнительных исследований, но можно определить их средние значения следующим образом. Пользуясь данными [11], где обоснованы значения скидок/надбавок к стоимости электроэнергии при искажении ПКЭ, можно принять значение Ккпкэ равным 0,12.
Ккнад можно определить для разных потребителей, зная значение удельного ущерба для них от перерывов в электроснабжении. В этом случае
У"л (16) '•'ср.взв
где Ууд - значение удельного ущерба от перерывов в электроснабжении данной группы потребителей или конкретного потребителя, руб./кВтч (определяется из справочных данных или на основании расчёта для данного потребителя по известным методикам); Фср.взв - средневзвешенный тариф за отчётный период, руб./кВтч (определяется как было показано ранее).
Например, при значении удельного ущерба для данной группы потребителей 72 руб./кВтч [14] и средневзвешенном тарифе на электроэнергию 6 руб Ккнад составит 12, а при удельном ущербе 18 руб./кВтч [15] Ккнад = 3.
Структурная схема системы мониторинга надежности электроснабжения и качества электрической энергии (СМНиК) показана на рисунке. Система адаптирована для использования в сельских электрических сетях. При её реализации важно рационально выбрать канал связи для передачи данных, поскольку все датчики системы должны быть связаны с устройствами сбора и передачи данных УСПД. Произведено обоснование каналов связи между компонентами всей системы, которое показало, что в качестве сетей связи СМНиК, в случае применения её в сельских электрических сетях, возможно использование только технологий GSM, NB-IoT и LoRa. Причем GSM, NB-IoT технологии возможно использовать только там, где это позволяет покрытие операторов связи, что в сельской местности не всегда обеспечивается. В свою очередь, тех-
нология LoRa позволяет объединить все компоненты СМНиК между собой без помощи сторонних операторов, однако она требует использования базовой станции в качестве УСПД, что увеличивает стоимость развертывания СМНиК. При выборе технологии LoRaWPLAN [16] СМНиК будет иметь иерархическую структуру, на верхнем уровне которой находится центр обработки данных, расположенный в диспетчерской энергоснабжающей компании (ДЭК), а на нижнем -комплекс устройств контроля количества и продолжительности отключений и отклонения напряжений (УККПОиОН), расположенных на участках контролируемой сети в зависимости от цели мониторинга. В структурной схеме СМНиК, показанной на рисунке, используется LoRa в качестве технологии передачи данных.
Устройства УККПОиОН предлагается устанавливать на вводах сельских потребителей, а также на шинах низкого напряжения ТП и на отходящих от неё ЛЭП. Вся информация об аварийных режимах с УККПОиОН по беспроводным информационным каналам передается в пункт агрегирования - устройство сбора и передачи данных (УСПД), расположенное на трансформаторной подстанции. Далее эта информация через основную информационную магистраль передается в центр обработки данных диспетчерской электросетевой компании, где с помощью описанного выше алгоритма информация обрабатывается и выводится в нужной форме для оперативного персонала, а если в алгоритме предусмотрены автоматические действия, то он может запускать определенный порядок действий для защиты системы от возникших аварийных ситуаций, например, применение средств секционирования, что позволяет повысить надёжность электроснабжения и технических устройств повышения качества электроэнергии.
При использовании технологий передачи данных NB-IoT и GSM система СМНиК будет построена аналогично как при использовании LoRa, только в качестве УСПД будет выступать базовая станция общедоступной сотовой связи и магистральную передачу данных будет производить сам оператор сотовой связи.
СМНиК предназначена, естественно, не только для реализации механизмов стимулирования потребителей и энергоснабжающих организаций к повышению эффективности, но, в первую очередь, обеспечивает возможность сокращения времени перерывов в электроснабжении сельских потребителей и времени несоответствия качества поставляемой им электроэнергии.
Структурная схема системы мониторинга надежности электроснабжения и качества электрической энергии
при технологии передачи данных LoRa WPLAN
Специалисты, обслуживающие систему электроснабжения, в которой установлена СМНиК, получают инструмент для более быстрого реагирования на ситуации отключений и искажения ПКЭ, таким образом сокращается ущерб от недоотпуска электроэнергии и некачественной электроэнергии. Более подробно описание СМНиК приведено в [5]. При внедрении системы также следует решать вопросы кибербезопасности, актуальные для всех умных сетей [17, 18, 19, 20].
Механизм использования информации, получаемой от СМНиК для экономического стимулирования, следующий. Данные по превышению времени перерывов в электроснабжении и времени несоответствия качества электроэнергии для каждого потребителя используются для автоматического расчёта объёма компенсации, которую необходимо осуществить. В случае, если виновником является энергоснабжаю-щая организация, то в следующий отчётный период потребителю выставляются счета на электроэнергию с нулевой (или пониженной) стоимостью в объёме компенсации. В случае вины потребителя ему в следующий учётный период выставляются счета за электроэнергию с увеличенной стоимостью на сумму компенсации.
Выводы
1. Внедрение в сельские электрические сети систем мониторинга надежности электроснабжения и качества электрической энергии позволяет осуществ-
лять технико-экономические способы стимулирования энергоснабжающих организаций и потребителей к повышению эффективности систем электроснабжения, в частности, к повышению надёжности электроснабжения сельских потребителей и качества поставляемой им электроэнергии. Это достигается за счёт получения фактических значений количества и продолжительности перерывов в электроснабжении сельских потребителей и времени несоответствия качества поставляемой им электроэнергии действующим нормам.
2. Суть осуществления технико-экономических способов стимулирования энергоснабжающих организаций и сельских потребителей к повышению эффективности систем электроснабжения заключается в следующем: нормируются значения соответствующих интервалов времени за заданный промежуток времени, например допустимое время перерывов в электроснабжении сельских потребителей за год, допустимое время несоответствия качества электроэнергии за год, фиксируются фактические их значения, сравниваются с допустимыми. В случае, если фактические значения больше допустимых, то осуществляются экономические санкции к нарушителю, будь то энергоснабжаю-щая организация или сельский потребитель.
Литература
1. Time factor for determination of power supply system efficiency of rural consumers / V.E. Bolshev, A.N. Vasilev, A.V. Vinogradov, A.E. Semenov, M.V. Borodin // Handbook of
Research on Renewable Energy and Electric Resources for Sustainable Rural Development. Ser. «Advances in Environmental Engineering and Green Technologies». - Hershey, Pennsylvania, 2018. - С. 394-420.
2. Лукутин, Б.В. Повышение надежности и качества электроснабжения потребителей / Б.В. Лукутин, Р.А. Вайн-штейн, Ю.В. Хрущев // Известия Томского политехнического университета. - 2003. - Т. 306. - № 1. - С. 144-148.
3. Trojanowska, M. Analiza statystyczna ciqgtosci dos-taw energii elektrycznej odbiorcom z terenow wiejskich wo-jewodztwa matopolskiego / М. Trojanowska // Problemy Inzynierii Rolniczej. - 2007. - 3 (57). - Р. 43-48.
4. Категории надежности электроснабжения: требования электроприемников потребителей к источникам энергоснабжения [Электронный ресурс]. Заголовок с экрана. Режим доступа: https://www.energo-konsultant.ru/sovets/ elektrosnabgenie/yuridicheskim_licam/prochie_voprosi_energos nabgeniya/kategorii_nadegnosti_elektrosnabgeniya. - Дата обращения 02.09.2019 г.
5. Виноградов, А.В. Устройства и система мониторинга надежности электроснабжения и отклонения напряжения в электрических сетях 0,38 кВ / А.В. Виноградов, А.В. Виноградова, В.Е. Большев // Вестник НГИЭИ. - 2017. -№ 11 (78). - С. 69-81.
6. Самарин, А.В. Современные технологии мониторинга воздушных электросетей ЛЭП / А.В. Самарин, Д.Б. Рыгалин, А.А. Шкляев // Естественные и технические науки. - 2012. - № 2 (58). - С. 341-347.
7. Постановление Правительства РФ от 04.05.2012 № 442 (ред. от 02.03.2019) «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии» (вместе с «Основными положениями функционирования розничных рынков электрической энергии», «Правилами полного и (или) частичного ограничения режима потребления электрической энергии») (с изм. и доп., вступ. в силу с 19.03.2019) [Электронный ресурс]. Заголовок с экрана. Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/ cons_doc_LAW_130498/. - Дата обращения 02.09.2019.
8. Овсейчук, В.А Надежность и качество электроснабжения потребителей. Обоснование нормирования / В.А Овсейчук // Новости электротехники: информационно-справочное издание / учредитель ЗАО «Новости Электротехники», СПб, 2013. - № 3 (81). - С. 50-53.
9. Приказ Минэнерго СССР от 06.12.81 № 310 «Об утверждении правил пользования электрической и тепловой энергией» [Электронный ресурс]. Заголовок с экрана. Режим доступа: https://zakonbase.ru/content/base/22809. - Дата обращения 02.09.2019.
10. Постановление Правительства СССР от 30.07.88 N 929 «Об упорядочении системы экономических (имущественных) санкций, применяемых к предприятиям, объединениям и организациям» [Электронный ресурс]. Заголовок с экрана. Режим доступа: https://normativ.kontur.ru/document? moduleId=1 &documentId=97307. - Дата обращения 02.09.2019.
11. Оптимизация надежности электрических сетей 110-35-10(6) кВ ОАО «Ленэнерго» на период до 2010-2015 гг. с расчетом тарифов по методике RAB / Отчет ЗАО ПФК «СКАФ». - М., 2009. - 249 с.
12. Improving the Power Quality of Rural Consumers by Means of Electricity Cost Adjustment / A. Vinogradov, M. Borodin, V. Bolshev, N. Makhiyanova, N. Hruntovich // Renewable Energy and Power Supply Challenges for Rural Regions. -С. 312-341.
13. Бородин, М.В. Редакция методики корректировки стоимости потребленной электроэнергии в зависимости от
её качества и алгоритм её реализации в соответствии с ГОСТ на качество электроэнергии / М.В. Бородин, А.В. Виноградов // Вестник НГИЭИ. - 2018. - № 4 (83). - С. 54-64.
14. Лесных, В.В. Проблемы оценки экономического ущерба, вызванного перерывами в электроснабжении /
B.В. Лесных, Т.Б. Тимофеева, В.С. Петров // Экономика региона. - 2017. - Т. 13. - Вып. 3. - С. 847-858.
15. Технико-экономическая оценка недоотпуска электроэнергии потребителям [Электронный ресурс]. Заголовок с экрана. Режим доступа: https://studopedia.ru/6_65056_ tehnikoekonomicheskaya-otsenka-nedootpuska-elektroenergii-potrebitelyam.html. - Дата обращения 26.04.2019.
16. Yasin Kabalci. A survey on smart metering and smart grid communication // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2016. - Vol. 57. - P. 302-318.
17. Cleveland, F.M. Cyber security issues for advanced metering infrastructure (AMI) / F.M. Cleveland // In IEEE power and energy society general meeting: conversion and delivery of electrical energy in the 21st century. - 2008. - P. 1-6.
18. Rhodes, Tom. Chapter 13. Security. Part III. System Administration // FreeBSD Handbook. Retrieved from: https://www.freebsd.org/doc/en/books/handbook/security.html. -Дата обращения. 26.04.2019.
19. Chuhrov, A.A. Smart grid in the energetics: survey of possible non-technical losses / A.A. Chuhrov, A.A. Minzov // CEUR Workshop Proceedings 7. Сер. «GRID 2016 - Selected Papers of the 7th International Conference Distributed Computing and Gridtechnologies in Science and Education», 2016. -
C. 161-166.
20. Tsydenov, E.A. Methods of energy system statical stability improvement / E.A. Tsydenov, Yu.A. Zeremskaya, A.V. Chimrov // Journal of Economics and Social Sciences. -
2017. - № 10 (10). - С. 53-55.
References
1. Bolshev V.E., Vasilev A.N., Vinogradov A.V., Seme-nov A.E., Borodin M.V. Time factor for determination of power supply system efficiency of rural consumers. Handbook of Research on Renewable Energy and Electric Resources for Sustainable Rural Development, Ser. «Advances in Environmental Engineering and Green Technologies», Hershey, Pennsylvania,
2018, рр. 394-420.
2. Lukutin B.V., Vajnshtejn R.A., Khrushhev Yu.V. Povy-shenie nadezhnosti i kachestva elektrosnabzheniya potrebiteley [Improving the reliability and quality of power supply to consumers], Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2003, t. 306, No 1, pp. 144-148. (In Russian)
3. Trojanowska M. Analiza statystyczna ciqgtosci dostaw energii elektrycznej odbiorcom z terenow wiejskich wojewodztwa matopolskiego. Problemy Inzynierii Rolniczej, 2007, No 3 (57), pp. 43-48.
4. Kategorii nadezhnosti elektrosnabzheniya: trebova-niya elektropriemnikov potrebitelej k istochnikam energosnab-zheniya [Reliability categories of power supply: requirements of consumers' power consumers to power supply sources], Elek-tronnyj resurs. Zagolovok s ekrana. Rezhim dostu-pa:https://www.energo-konsultant.ru/sovets/elektrosnabgenie/ yuridicheskim_liam/prochie_voprosi_energosnabgeniya/ katego-rii_nadegnosti_elektrosnabgeniya/ Data obrashheniya 02.09.2019 g. (In Russian)
5. Vinogradov A.V., Vinogradova A.V., Bol'shev V.E. Ustrojstva i sistema monitoringa nadezhnosti elektrosnabzhe-niyai otkloneniya napryazheniya v elektricheskikh setyakh 0,38 kV [Devices and system for monitoring the reliability of power supply and voltage deviation in electric networks 0,38 kV], Vestnik NGIEI, 2017, No 11 (78), pp. 69-81. (In Russian)
6. Samarin A.V., Rygalin D.B., Shklyaev A.A. Sovre-mennye tekhnologii monitoringa vozdushnykh elektrosetej LEP [Modern technologies for monitoring overhead electric power lines], Estestvennye i tekhnicheskie nauki, 2012, No 2 (58), pp. 341-347. (In Russian)
7. Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 04.05.2012 No 442 (red. ot 02.03.2019) «O funkcionirovanii roznichnykh rynkov elektricheskoj energii, polnom i (ili) chastichnom ogranichenii rezhima potrebleniya elektricheskoj energii» (vmeste s «Osnov-nymi polozheniyami funkcionirovaniya roznichnykh rynkov elek-tricheskoj energii», «Pravilami polnogo i (ili) chastichnogo ogra-nicheniya rezhima potrebleniya elektricheskojenergii») (s izm. i dop., vstup. v silu s 19.03.2019) [Decree of the Government of the Russian Federation of 04.05.2012 No 442 (as amended on 03/02/2019) «On the functioning of retail electric energy markets, full and (or) partial limitation of the regime of electric energy con-sumption» (together with the «Basic Provisions for the Functioning of Retail Electricity Markets», «The rules for the full and (or) partial restriction of the regime of electric energy consumption») (as amended and additional, entered into force on 03/19/2019)], SPS «Konsul'tantPlyus». (In Russian)
8. Ovsejchuk V.A. Nadezhnost' i kachestvo elektro-snabzheniya potrebitelej. Obosnovanie normirovaniya [Reliability and quality of power supply to consumers. Rationale of standar-tization], Novosti elektrotekhniki: informacionno-spravochnoe izdanie, uchreditel' ZAO «Novosti Elektrotekhniki», SPb., 2013, No 3 (81), pp. 50-53. (In Russian)
9. Prikaz Minenergo SSSR ot 06.12.81 N 310 «Ob ut-verzhdenii pravil pol'zovaniya elektricheskoj i teplovoj energiej» [Order of the USSR Ministry of Energy dated 06.12.81 No 310 «On approval of the rules for the use of electric and thermal energy»], SPS «Konsul'tantPlyus». (In Russian)
10. Postanovlenie Pravitel'stva SSSR ot 30.07.88 No 929 «Ob uporyadochenii sistemy ekonomicheskikh (imush-chestvennykh) sankcij, primenyaemykh k predpriyatiyam, ob"edineniyam i organizaciyam» [Decree of the Government of the USSR of 30.07.88 No 929 «On streamlining the system of economic (property) sanctions applicable to enterprises, associations and organizations»], SPS «Konsul'tantPlyus». (In Russian)
11. Optimizaciya nadezhnosti elektricheskikh setej 110-35-10(6) kV OAO «Lenenergo» na period do 2010-2015 gg. s raschetom tarifov po metodike RAB [Optimization of the reliability of electric networks 110-35-10 (6) kV of JSC Lenenergo for the period until 2010-2015 with tariff calculation according to the RAB method], Otchet ZAO PFK «SKAF», M., 2009, 249 p. (In Russian)
12. Vinogradov A., Borodin M., Bolshev V., Makhiyano-va N., Hruntovich N. Improving the Power Quality of Rural Consumers by Means of Electricity Cost Adjustment. Renewable Energy and Power Supply Challenges for Rural Regions, pp. 312-341. (In Russian)
13. Borodin M.V., Borodin M.V., Vinogradov A.V. Re-dakciya metodik i korrektirovki stoimosti potreblennoj elektroe-nergii v zavisimosti ot eyo kachestva i algoritm eyo realizacii v sootvetstvii s GOST na kachestvo elektroenergii [The editors of the methodology for adjusting the cost of electricity consumed depending on its quality and the algorithm for its implementation in accordance with GOST on the quality of electricity], Vestnik NGIEI, 2018, No 4 (83), pp. 54-64. (In Russian)
14. Lesnykh V.V., Timofeeva T.B., Petrov V.S. Problemy otsenki ekonomicheskogo ushherba, vyzvannogo pereryvami v elektrosnabzhenii [Problems assessing economic damage caused by interruptions in power supply], Ekonomika regiona, 2017, t. 13, vyp. 3, pp. 847-858.
15. Tekhniko-ekonomicheskaya ocenka nedootpuska elektroenergii potrebitelyam [Technical and economic assessment of electricity shortages to consumers], Elektronnyj resurs. Zagolovok s ekrana. Rezhim dostupa: https://studopedia.ru/6_ 65056-tehniko-ekonomicheskaya-otsenka-nedootpuska-elektro-energii-potrebitelyam.html. Data obrashcheniya 26.04.2019. (In Russian)
16. Yasin Kabalci. A survey on smart metering and smart grid communication, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, Vol. 57, pp. 302-318.
17. Cleveland F.M. Cyber security issues for advanced metering infrastructure (AMI). In IEEE power and energy society general meeting: conversion and delivery of electrical energy in the 21st century, 2008, pp. 1-6.
18. Rhodes Tom. Chapter 13. Security. Part III. System Administration. FreeBSD Handbook. Retrieved from: https://www.freebsd.org/doc/en/books/handbook/security.html Data obrashcheniya 26.04.2019.
19. Chuhrov A.A., Minzov A.A. Smart grid in the energetics: survey of possible non-technical losses. CEUR Workshop Proceedings 7. Ser. «GRID 2016 - Selected Papers of the 7th International Conference Distributed Computing and Gridtech-nologies in Science and Education», 2016, pp. 161-166.
20. Tsydenov E.A., Zeremskaya Yu.A., Chimrov A.V. Methods of energy system statical stability improvement. Journal of Economics and Social Sciences, 2017, No 10 (10), pp. 53-55.
Сведения об авторах
Виноградов Александр Владимирович - кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: +7-920-287-90-24. E-mail: [email protected].
Большев Вадим Евгеньевич - научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: +7-980-368-96-05. E-mail: [email protected].
Виноградова Алина Васильевна - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: +7-920-807-94-24. E-mail:[email protected].
Бородин Максим Владимирович - кандидат технических наук, и.о. заведующего кафедрой «Электроснабжение», ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет» (г. Орёл, Российская Федерация). Тел.: +7-920-801-41-90. E-mail: [email protected].
Букреев Алексей Валерьевич - аспирант, ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет» (г. Орёл, Российская Федерация). Тел.: +7-953-624-06-39. E-mail: [email protected].
Information about the authors Vinogradov Alexander Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor, leading researcher, Federal Scientific Agroengineering Center VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-920-287-90-24. E-mail: [email protected].
Bolshev Vadim Evgenevich - researcher, Federal Scientific Agroengineering Center VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-980-368-96-05. E-mail: [email protected].
Vinogradova Alina Vasilievna - Candidate of Technical Sciences, associate professor, senior researcher, Federal Scientific Agroengineering Center VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-920-807-94-24. E-mail: [email protected].
Borodin Maksim Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, acting head of the Power supply department, FSBEI HE «Orel State Agrarian University» (Orel, Russian Federation). Phone: +7-920-801-41-90. E-mail: [email protected].
Bukreev Aleksey Valerevich - postgraduate student of Power supply department, FSBEI HE «Orel State Agrarian University» (Orel, Russian Federation). Phone: +7-953-624-06-39. E-mail: [email protected].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.372
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗГОНА МТА С РАЗЛИЧНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ ВКЛЮЧЕНИЯ
ТРАНСМИССИИ ТРАКТОРА КЛАССА 5
© 2019 г. В.А. Кравченко
Целью работы является подтверждение возможности улучшения показателей разгона МТА за счёт использования уп-ругодемпфирующего механизма в трансмиссии, как механизма включения силовой передачи трактора. Одним из направлений повышения эффективности сельского хозяйства является формирование агрегатов для проведения различных операций на базе скоростных энергонасыщенных тракторов. Однако при повышении скоростей движения МТА возникают значительные динамические нагрузки в структурных элементах агрегатов, что оказывает негативное влияние на показатели разгона. Это обстоятельство заставляет исследователей искать другие способы включения трансмиссии при разгоне агрегата. Анализ работ показал, что на показатели разгона МТА большое влияние оказывают жёсткость и демпфирующие свойства механизмов включения трансмиссии энергетических средств. Предложено для улучшения показателей разгона агрегата использовать в качестве механизма включения силовой передачи трактора УДМ. В результате исследований УДМ как механизма включения трансмиссии трактора при разгоне агрегата на заданной передаче установлено: при разгоне МТА с УДМ в трансмиссии трактора уменьшается относительное время подфазы натяга системы на 14-43%, увеличивается относительное время первой фазы на 18-77%; повышается минимальная частота вращения коленчатого вала на 4-11%; уменьшается среднее значение ведущего момента на 7-27%, снижается значение максимального момента на 15-20%; увеличивается удельная полезная работа механизма включения трансмиссии на 18-40%, уменьшается удельная суммарная работа трения по сравнению с работой трения фрикциона на 10-45% и увеличивается КПД на 15-17%. Показатели разгона МТА при включении силовой передачи трактора с помощью УДМ превосходят показатели серийного варианта. Доказано, что применение в качестве механизма включения трансмиссии трактора упругодемпфирующего механизма способствует улучшению показателей разгона.
Ключевые слова: машинно-тракторный агрегат, трактор, упругодемпфирующий механизм, жёсткость трансмиссии, разгон, время разгона, ведущий момент, работа трения муфты сцепления.
The purpose of the article is to confirm the possibility of improving the MTA acceleration indices due to the use of the elastic-damping mechanism in the transmission as the mechanism for the tractor power train inclusion. One of the ways to improve the efficiency of agriculture is the formation of aggregates for various operations on the basis of the high-speed energy-saturated tractors. However, when the MTA speeds of motion increase, significant dynamic loads appear in the structural elements of the aggregates, that has a negative effect on the acceleration indices. This circumstance causes investigators to search for other ways of the transmission inclusion during the aggregate acceleration. The analysis of the published articles has shown that the stiffness and damping properties of the mechanisms for the transmission inclusion of power means have a profound influence on the MTA acceleration indices. It has been offered to use the EDM as the mechanism for inclusion of the tractor power train to improve the aggregate acceleration indices. As a result of the EDM studies as the mechanism for inclusion in the tractor transmission during the aggregate acceleration on the predetermined drive, it has been established that when the MTA is accelerated with the EDM in the tractor transmission, the relative time of the sub-phase of the system tension reduces from 14 to 43%, the relative time of the first phase increases from 18 to 77%; the minimum rotation frequency of the crankshaft increases from 4 to 11 %; the average value of the torque decreases from 7 to 27%, the value of the maximum torque reduces from 15 to 20%; the specific useful work of the mechanism for the transmission inclusion increases from 18 to 40%, the specific total friction work compared to the friction work of clutch reduces from 10 to 45% and the efficiency rises from 15 to 17%. When the power tractor is switched on with the help of EDM the MTA acceleration indices surpass the parameters of the serial version. It has been proved that the use of an elastic-damping mechanism as the mechanism for the transmission inclusion in a tractor, contributes to the improvement of the acceleration indices.
Keywords: machine-tractor aggregate, tractor, elastic-damping mechanism, transmission stiffness, acceleration, acceleration time, driving torque, friction work of clutch.
Введение. Для обеспечения продовольственной безопасности страны и конкурентоспособности сельскохозяйственного производства требуется снижение себестоимости продукции, главным фактором которого является увеличение производительности машинно-тракторных агрегатов (МТА). Одним из на-
правлений повышения эффективности сельского хозяйства является формирование агрегатов для проведения различных операций на базе скоростных энергонасыщенных тракторов [1, 2, 3, 4]. Однако при повышении скоростей движения МТА возникают значительные динамические нагрузки в элементах тракторов и
