CC BY
43
Стенин В. А.
Доктор технических наук, Северный Арктический федеральный университет ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Аннотация
Для оценки эффективности сети электроснабжения предлагается использовать термодинамический критерий -коэффициент полезного действия (КПД). Аналитически величина КПД позволяет рассмотреть количественную и качественную сторону энергосберегающих мероприятий в процессах передачи и преобразования электроэнергии.
Ключевые слова: коэффициент полезного действия, передача и преобразование электроэнергии, энергосбережение.
Stenin V. A.
Doctor of technical sciences, North Arctic Federal University THERMODYNAMIC ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF THE ELECTRICITY GRID
Abstract
To evaluate the efficiency of the electricity network are encouraged to use the thermodynamic criterion-coefficient ofperformance. The analytic value coefficient of performance allows to consider the quantitative and qualitative aspect of energy-saving measures in power transmission and transformation processes.
Keywords: efficiency, energy conversion, transmission and energy saving.
Потери электроэнергии - один из важнейших экономических показателей электросетевого предприятия. Их величина отражает техническое состояние и уровень эксплуатации всех передаточных устройств, эффективность энергосбытовой деятельности. В международной практике принято считать, что относительные общие потери электроэнергии при ее передаче и распределении удовлетворительны, если они не превышают 4-5%. Потери электроэнергии на уровне 10% оценивают как максимально допустимые с точки зрения физики передачи по сетям.
В соответствии со стандартом [1] в качестве показателя эффективности передачи энергии для сети электроснабжения рекомендуется допустимый процент потерь энергии в сети. Однако для термодинамического анализа процесса передачи энергии в электрической сети целесообразно использовать величину коэффициента полезного действия (КПД), характеризующую совершенство процессов превращения, преобразования или передачи энергии.
Составим уравнение первого начала термодинамики для процесса передачи энергии в электрической сети с использованием характеристических функций [2]:
dW = dA + dL, (1)
где dW - энергия, потребляемая от источника, Дж; dA - энергия, отдаваемая в электрической сетью на передачу энергии, Дж.
Преобразуем уравнение (1) следующим образом:
dA Л dL dL
п =-----— 1-------— 1----------,
c dW dW dA + dL
нагрузку, Дж;
(2)
dL - работа, затраченная
где T]c - КПД электрической сети.
КПД Tc определяется величиной КПД каждого элемента электрической сети:
Tc = TT1 Тл Tt2 , (3)
где dr 1 ' ТЛ ' dr 2 - соответственно коэффициенты полезного действия повышающего трансформатора, линии электропередачи, понижающего трансформатора.
Статистические данные говорят о том, что более 40 % общих потерь в энергосистемах (исключая потребителей) приходится на распределительные трансформаторы. Остальное приходится на кабели и ЛЭП.
К энергетическим показателям трансформатора относятся КПД и коэффициент мощности [3]:
P S2H • (• cosф
Tr =-к = -
(4)
p S2H ' c°s^+ PK • ( + Px
где P - активная мощность, потребляемая из сети; P2 - мощность, отдаваемая в нагрузку; COsф - коэффициент мощности; ( коэффициент загрузки трансформатора; PK - мощность потерь короткого замыкания; Px - мощность потерь холостого хода;
S2н - номинальная мощность трансформатора.
Представим уравнение (4) в форме (2):
Tr =1 —
d[(Pk • (2 + Px) - t]
(5)
d[(S2H • c°S^ + PK • ( + Px ) • t]
где t - время работы трансформатора при переменных коэффициентах загрузки и мощности.
Потери активной мощности в ЛЭП делятся на потери холостого хода APxx (потери на корону) и нагрузочные потери (на нагрев проводов) APH :
S2
APx — АРхх +АРн = АРхх + Ц2 • RX ■-
(6)
где S - полная мощность; RЛ - активное сопротивление линии электропередачи; APЛ - потери активной мощности; U-напряжение ЛЭП.
В линиях потери реактивной мощности AQЛ тратятся на создание магнитного потока внутри и вокруг провода:
S2
AQл = цт • хл,
где Xл - реактивное сопротивление линии электропередачи.
(7)
85
Пренебрегая величиной AP^ ввиду ее малости, объединим уравнения (6) и (7) и представим их в форме КПД:
, d[S2 • R• (1 + tg4>)• t /U2]
ЛЛ = 1--------b^------------—-----------—r . (8)
d[(S • t + S2 • R• (1 + tgф)• t/U2]
Таким образом, передача электрической энергии от источников питания к потребителям связана с потерей части мощности и энергии в системе электроснабжения (трансформаторах, линиях, реакторах). Эти потери определяются током, протекающим по линии, и величиной передаваемого напряжения. Применение повышенного напряжения в электрических сетях, например 10 кВ (вместо 6 кВ), а также глубокого ввода напряжения 35 кВ и выше значительно снижает потери мощности и электроэнергии. Этому также способствует повышение коэффициента мощности. Следует подчеркнуть, что потери в трансформаторах определяются также числом часов их работы, поэтому одним из условий, обеспечивающих экономию электроэнергии в трансформаторах, является отключение их при малых загрузках.
Литература
1. ГОСТ Р51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав и классификация показателей. М.: Госстандарт России,1999.8с.
2. Исаев С.И. Термодинамика. М.:МГТУ, 2000. 416с.
3. Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения. М.:Энергоатомиздат,1990. 625с.
References
1.GOST R51541-99. Jenergosberezhenie. Jenergeticheskaja jeffektivnost'. Sostav i klassifikacija pokazatelej. M.: Gosstandart Rossii,1999.8s.
2.Isaev S.I. Termodinamika. M.:MGTU, 2000. 416s.
3.Barybin Ju.G. Spravochnik po proektirovaniju jelektrosnabzhenija. M.:Jenergoatomizdat,1990. 625s.
Стрельникова Л.В.1, Зотов К.Н.,2, Кузнецов И.В.3, Жданов Р.Р.3
1Студент, 2Кандидат технических наук, старший преподаватель, Уфимский государственный авиационный технический университет, 3Доктор технических наук, доцент, Уфимский государственный авиационный технический университет, 4Кандидат технических наук, доцент, Уфимский государственный авиационный технический университет ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ НЕЧЕТКОЙ КЛАСТЕРИЗАЦИИ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЛЕНИЯРЕСУРСАМИСОТОВОЙ СВЯЗИ
Аннотация
В рамках дано работы описывается необходимость кластеризации абонентов. Представлен оптимальный алгоритм кластеризации и результаты решения задачи по кластеризации большого числа абонентов с его применением.
Ключевые слова: алгоритм нечеткой кластеризации, Fuzzy C-Means, FCM алгоритм, узел спроса.
Strelnikva L.V.1, Zotov K.N2, Kuznetzov I.V. 3 , Zhdanov R.R. 3 'Student, 2Candidate of Technical Sciences, senior Lecturer, Ufa State Aviation Technical University, 3 PhD, Technical Sciences, Associate Professor, Ufa State Aviation Technical University, 4Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Ufa State Aviation
Technical University.
THE APPLICATION OF FUZZY CLUSTERING METHOD FOR EFFICIENT MANEGEMENT OF CELLULAR
RESOURCES.
Abstract
Within the scope of this work we the necessity of clustering for cellular subscribers is given. Optimal clustering algorithm and the way it solves the problem of big amount of subscribers are described in this work.
Keywords: fuzzy clustering algorithm , Fuzzy C-Means, FCM algorithm , the node demand.
The radio resources are subject to operational control because when subscribers move it can cause occasional congestions in mobile communication systems. The resources from less loaded parts can be used to solve this problem. [1].
Positioning function in MS mobile operator networks is an important problem of modern science. [2]
First step to provide efficient management of radio resources is the location of mobile stations (MS) with accuracy which help to find areas with high concentration of subscribers and identify nodes of demand inside each cluster.
The set of fuzzy areas of possible appearance of subscribers is to be clustered. The most appropriate fuzzy clustering algorithm for that is FCM.
The first data processing by change theory brings information about sufficient quantity of clusters for default variety of subscribers.[3] As a result we can clearly identify the nodes of demand on a region map.
The FCM algorithm’s features are:
Possibility to set the centers of future clusters in space by prior information about concentration of subscribers. Derivation of clustered areas of subscribers with assumptions about membership in particular cluster. Possibility to set quantity of clusters, and to derive the centre of mass of clusters.
The clustering algorithm based on FCM consists of the following steps:
Step 1. Location the centers (the point used for enumeration is not the center of cluster)
Step 2. Determination of necessary quantity of clusters. (from data obtained after the change theory application)
Step 3. Operation of algorithm. Minimization of sum of weighted distances where \\dk — Cj \1:
Sy=iSfe=i(^jfe)4 \\dk — Cj II ^ min:,
q - fixed parameter set before iterations. It is assumed for test set K of input vectors dk and N isolated clusters cj that every dk belongs to every cj with membership pjk to interval [0,1] where j - cluster number, k - input vector number, || || - matrix norm (Euclidean norm) and s - predetermined accuracy level.
The following terms of normalization for:
N
^■fc = l,V k = 1,..,K
7 = 1
N
0 <^Vjk < K,V j = 1,..,N
fc=l
86
