Вопрос 1. Существующие способы оптимизации систем электроснабжения. Оптимизация электроснабжения

33. Оптимизация систем электроснабжения

Сводится к отысканию минимума хозяйственных затрат на сооружение, а также минимум потерь при эксплуатации.

Анализ, исследование и построение оптимальных систем разбивается на 2 этапа:

1 – анализ системы – изучение поведения и свойств системы, если заданы основные характеристики, структура и характеристики системы электроснабжения. Иногда задача анализа сводится к расчету численных значений показателей их эффективности.

2 – синтез системы – выбор оптимальных структур системы и ее внутренних параметров при заданных характеристиках источников питания с учетом ограничений, накладываемых на СЭС. Иногда задача синтеза сводится к отысканию структуры системы или ее внутренних параметров, определяющих заданное значение критерия эффективности.

Этапы исследования системы электроснабжения:

1. формулирование задачи, раскрывая главную цель и основные условия, с учетом которых решается данная задача.

2. содержательное описание и точная постановка задачи. Выясняется цель и назначение рассматриваемой системы, информация об учитываемых параметрах источника питания, уровень допущений. Происходит оценка критериев эффективности.

3. формализация задачи: разработка модели электроснабжения, аналитическое представление выбранного критерия эффективности.

Разработанная модель СЭС должна обладать:

- независимостью результата решения задачи

- содержательностью – способностью отражать существенные свойства процессов в реальной системе

- дедуктивностью – возможностью конструктивного использования модели для получения результатов с использованием средств и методов той области, в терминах которой формализована решаемая задача.

При разработке модели необходимо:

- выяснить факторы, оказывающие влияние на ход реальных процессов или их результатов

- выбрать те из них, которые поддаются формализованному представлению

- объединить выявленные факторы по общим признакам и по возможности сократить их перечень

- установить количественное соотношение между данными факторами.

4. исследование разрешимости самой задачи, которое включает в себя:

- исследование разрешимости

- выбор метода решения

- исследование технической осуществимости и целесообразности решения задачи, нахождение оптимальной системы выбранным методом. Выбор метода зависит от того, является ли модель детерминированной или стохастической

Детерминированная модель – информация о состоянии и поведении системы не некотором этапе или интервале позволяет полностью описать поведение самой системы вне этого интервала. Если это невозможно по причине появления случайных факторов – модель стохастическая.

Выбор метода решения задачи связан с его технической осуществимостью, которая зависит от технической оснащенности вычислительного процесса. Если количество операций слишком большое, следует вернуться к более раннему этапу решения задачи.

5. разработка алгоритма решения задачи по строению оптимальной системы. Алгоритм – конечный упорядоченный набор правил, указывающих, какие действия и в каком порядке необходимо выполнить, чтобы после конечного числа шагов получить искомый результат.

studfiles.net

Вопрос 1. Существующие способы оптимизации систем электроснабжения.

Оптимизация работы системы электроснабжения

Эффективность функционирования современного предприятия в значительной степени определяется надежностью и оптимальностью использования системы электроснабжения.

Как правило, электроэнергия составляет существенную долю от всех потребленных энергетических ресурсов предприятия. Неэффективное использование электроэнергии приводит не только к росту себестоимости продукции, но и к уменьшению ресурса эксплуатации оборудования.

Проведение качественного анализа дает возможность оптимизировать режимы эксплуатации оборудования, существенно повысить КПД технологических установок, уменьшить потери в оборудовании и в электрических сетях.

Задачи, решаемые при анализе эффективности системы электроснабжения:

Определение необходимых уровней электропотребления в технологических процессах и установках;
Формирование требований к совершенствованию учета электроэнергии;
Оптимизация существующих графиков энергопотребления;

Подбор оптимального состава электрооборудования;
Анализ качества электроэнергии;
Проведение тепловизионного обследования с целью выявление дефектов электрооборудования;
Анализ уровней реактивной мощности и оценка эффективности компенсирующих устройств;
Анализ эффективности системы внутреннего и внешнего освещения;
Оценка фактического энергопотребления (удельных расходов), выяснение причин появления и определения значений потерь электроэнергии;
Выявление потенциала экономии электроэнергии;
Разработка мероприятий и технических решений, направленных на экономию электроэнергии.

Основные измерения, проводимые при проведении энергоаудита:

Измерения основных показателей качества (ПКЭ) по ГОСТ 13109-97 и EN 50160;
Измерения основных параметров в электрических сетях: действующих значений токов и напряжений; полной электрической мощности, а так же реактивной и активной составляющих;
Контроль уровней освещенности;
Снятие суточных графиков энергопотребления.

Важным этапом оптимизации систем электроснабжения является регистрация суточных графиков энергопотребления. Измеренные в ходе измерений значения потребляемой мощности сопоставляются с расчетными графиками, что позволяет выявить места со значительным нерациональным энергопотреблением. Часто, такие отклонения ликвидируются организационными мероприятиями, не требующих больших материальных затрат. Например, своевременно включать и отключать оборудование, скорректировать режимы эксплуатации и т.д.

Вопрос 2. Назначение и область применения ОПН.

Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН)-электрические аппараты, предназначенные для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. Основным элементом ОПН является нелинейный резистор – варистор ( varistor, от англ. Vari(able) (Resi)stor – переменное, изменяющееся сопротивление).

Область применения ОПН:

ограничитель перенапряжения (ОПН) применяется для защиты:

Электрооборудования подстанций открытого и закрытого типа;
Кабельных сетей;
Воздушных линий электропередач;
Генераторов, синхронных компенсаторов и электродвигателей сетей собственных нужд электростанций и промышленных предприятий;

Батарей статических конденсаторов и фазокомпенсирующих устройств;
Оборудования электроподвижного состава;
Контактной сети переменного и постоянного тока электрифицированных железных дорог;
Устройств электроснабженияэлектрифицированных железных дорог;
Электрооборудования специализированных промышленных предприятий (химической, нефтяной, газовой и др. промышленности).

ограничитель перенапряжения (ОПН) предназначен для работы в сетях:

Общего назначения, работающих в режиме эффективного заземления нейтрали;
Распределительных, работающих в режиме изолированной, компенсированной и резестивно заземленной нейтралью;
Генераторного напряжения:
Собственных нужд электростанций;
Распределительных промышленных предприятий, имеющих специфику производства.

Вопрос 3. Схемы выпрямителей постоянного тока

На рисунке изображена схема и временная диаграмма выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.

Из рисунка видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна.

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = Umax / π = 0,318 Umax

где: π - константа равная 3,14.

Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток. Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная. Рассмотрим мостовую схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и его работу.

Если ток вторичной обмотки трансформатора течёт по направлению от точки «А» к точке «В», то далее от точки «В» ток течёт через диод VD3 (диод VD1 его не пропускает), нагрузку Rн, диод VD2 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «А». Когда направление тока вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположное, то вышедший из точки «А», ток течёт через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «В». Таким образом, практически отсутствует промежуток времени, когда напряжение на выходе выпрямителя равно нулю. Рассмотрим балансную схему однофазного двухполупериодного выпрямителя.

По своей сути это два однополупериодных выпрямителя, подключенных параллельно в противофазе, при этом начало второй обмотки соединено с концом первой вторичной обмотки. Если в мостовой схеме во время действия обоих полупериодов сетевого напряжения используется одна вторичная обмотка трансформатора, то в балансной схеме две вторичных обмотки (2 и 3) используются поочерёдно. Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = 2*Umax / π = 0,636 Umax

где: π - константа равная 3,14.

Представляет интерес сочетание мостовой и балансной схемы выпрямления, в результате которого, получается двухполярный мостовой выпрямитель, у которого один провод является общим для двух выходных напряжений (для первого выходного напряжения, он отрицательный, а для второго - положительный):

Трёхфазные выпрямители

Трёхфазные выпрямители обладают лучшей характеристикой выпрямления переменного тока – меньшим коэффициентом пульсаций выходного напряжения по сравнению с однофазными выпрямителями. Связано это с тем, что в трёхфазном электрическом токе синусоиды разных фаз «перекрывают» друг друга. После выпрямления такого напряжения, сложения амплитуд различных фаз не происходит, а выделяется максимальная амплитуда из значений всех трёх фаз входного напряжения.

На следующем рисунке представлена схема трёхфазного однополупериодного выпрямителя и его выходное напряжение (красным цветом), образованное на «вершинах» трёхфазного напряжения.

За счёт «перекрытия» фаз напряжения, выходное напряжение трёхфазного однополупериодного выпрямителя имеет меньшую глубину пульсации. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы только по схеме подключения «звезда», с «нулевым» выводом от трансформатора. На следующем рисунке представлена схема трёхфазного двухполупериодного мостового выпрямителя (схема Ларионова) и его выходное напряжение (красным цветом).

Вопрос 1. Существующие способы оптимизации систем электроснабжения.

lektsia.com

Оптимизация работы системы электроснабжения

Задачи, решаемые при анализе эффективности системы электроснабжения:

Определение необходимых уровней электропотребления в технологических процессах и установках;
Формирование требований к совершенствованию учета электроэнергии;
Оптимизация существующих графиков энергопотребления;
Подбор оптимального состава электрооборудования;
Анализ качества электроэнергии;
Проведение тепловизионного обследования с целью выявление дефектов электрооборудования;

Анализ уровней реактивной мощности и оценка эффективности компенсирующих устройств;
Анализ эффективности системы внутреннего и внешнего освещения;
Оценка фактического энергопотребления (удельных расходов), выяснение причин появления и определения значений потерь электроэнергии;
Выявление потенциала экономии электроэнергии;
Разработка мероприятий и технических решений, направленных на экономию электроэнергии.

Основные измерения, проводимые при проведении энергоаудита:

Измерения основных показателей качества (ПКЭ) по ГОСТ 13109-97 и EN 50160;
Измерения основных параметров в электрических сетях: действующих значений токов и напряжений; полной электрической мощности, а так же реактивной и активной составляющих;
Контроль уровней освещенности;
Снятие суточных графиков энергопотребления.

Вопрос 2. Назначение и область применения ОПН.

Область применения ОПН:

ограничитель перенапряжения (ОПН) применяется для защиты:

Электрооборудования подстанций открытого и закрытого типа;
Кабельных сетей;
Воздушных линий электропередач;
Генераторов, синхронных компенсаторов и электродвигателей сетей собственных нужд электростанций и промышленных предприятий;
Батарей статических конденсаторов и фазокомпенсирующих устройств;
Оборудования электроподвижного состава;
Контактной сети переменного и постоянного тока электрифицированных железных дорог;
Устройств электроснабженияэлектрифицированных железных дорог;
Электрооборудования специализированных промышленных предприятий (химической, нефтяной, газовой и др. промышленности).

ограничитель перенапряжения (ОПН) предназначен для работы в сетях:

Общего назначения, работающих в режиме эффективного заземления нейтрали;
Распределительных, работающих в режиме изолированной, компенсированной и резестивно заземленной нейтралью;
Генераторного напряжения:
Собственных нужд электростанций;
Распределительных промышленных предприятий, имеющих специфику производства.

Вопрос 3. Схемы выпрямителей постоянного тока

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = Umax / π = 0,318 Umax

где: π - константа равная 3,14.

Uср = 2*Umax / π = 0,636 Umax

где: π - константа равная 3,14.

Трёхфазные выпрямители

lektsia.com

Оптимизация развивающихся систем электроснабжения

Новочеркасск 2015г.

ПРОГРАММА

вступительных испытаний в магистратуру по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»

(блок ««Электроэнергетика»)

Целью вступительных испытаний (ВИ) является объективная (экспертная) оценка уровня теоретической подготовки выпускников и соответствие этого уровня требованиям Федерального государственного образовательного стандарта подготовки бакалавров по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника».

Состав учебных дисциплин, включенных в перечень ВИ, утверждается Ученым советом ЭнФ и определяется требованиями Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС ВПО) подготовки бакалавров по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника».

Подготовка и организация вступительных испытаний

2. Для проведения ВИ приказом ректора утверждается Комиссия по приему вступительных испытаний в магистратуру. Возглавляет комиссию председатель. Членами комиссии являются ведущие преподаватели энергетического факультета ЮРГПУ(НПИ).

3. Решением Ученого совета ЭнФ вступительные испытания проводятся в рамках собеседования в письменно-устной форме.

4. В программу ВИ включено восемь дисциплин: «Теоретические основы электротехники», «Системы электроснабжения», «Электроэнергетические системы и сети», «Электрическая часть электростанций», «Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения», «Электротехническое материаловедение», «Электрические машины» и «Электрический привод». Экзаменационный билет содержит один вопрос по обязательной дисциплине - «Теоретические основы электротехники» и два вопроса по выбору из предложенного списка.

2. Перечень тем и вопросов по дисциплинам, включенных в программу вступительных испытаний

Теоретические основы электротехники

1. Двухполюсные элементы схем замещения электрических цепей и их параметры.

2. Связь между напряжениями и токами двухполюсных элементов схем замещения электрических цепей.

3. Законы Кирхгофа и их применение в расчетах электрических цепей.

4. Комплексный (символический) метод расчета установившихся режимов линейных электрических цепей с гармоническими (синусоидальными) напряжениями и токами.

5. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме.

6. Активная, реактивная и полная мощности при гармонических (синусоидальных) напряжениях и токах. Коэффициент мощности.

7. Метод контурных токов.

8. Метод узловых потенциалов (напряжений).

9. Метод наложения.

10. Метод эквивалентного генератора (источника, активного двухполюсника).

11. Эквивалентные преобразования линейных цепей.

12. Индуктивно связанные элементы (катушки), их согласное и встречное включение и одноименные зажимы.

13. Особенности записи второго закона Кирхгофа в линейных цепях с индуктивно связанными элементами для мгновенных и комплексных значений напряжений и токов. Схема и уравнения трансформатора в линейном режиме.

14. Резонансные явления в линейных электрических цепях.

15. Симметричный режим линейных трехфазных цепей с гармоническими (синусоидальными) напряжениями и токами при соединении нагрузки звездой и треугольником.

16. Понятие о методе симметричных составляющих в трехфазных цепях. Составляющие напряжений и токов прямой, обратной и нулевой последовательности.

17. Представление периодических негармонических (несинусоидальных) напряжений и токов в виде тригонометрического ряда Фурье. Действующие значения периодических напряжений и токов.

18. Активная, реактивная и полная мощности при периодических негармонических (несинусоидальных) напряжениях и токах. Коэффициент мощности.

19. Высшие гармоники в трехфазных цепях.

20. Четырехполюсники в линейном режиме и их уравнения в форме А.

21. Возникновение переходных процессов и законы коммутации. Начальные условия.

22. Сущность классического метода расчета переходных процессов в линейных электрических цепях. Принужденные и свободные составляющие.

23. Корни характеристического уравнения и их влияние на характер переходных процессов в линейных электрических цепях. Постоянная времени.

24. Основы операторного метода расчета переходных процессов в линейных цепях.

25. Характеристики нелинейных элементов. Инерционные и безынерционные нелинейные элементы.

26. Графоаналитические методы расчета нелинейных цепей.

27. Магнитные цепи – понятие и законы Кирхгофа для магнитных цепей.

28. Резонансные явления в нелинейных цепях (феррорезонанс).

29. Особенности расчета переходных процессов в нелинейных цепях.

30. Уравнения однородных цепей с распределенными параметрами (длинных линий) при гармонических (синусоидальных) напряжениях и токах. Прямые (падающие) и обратные (отраженные) волны.

31. Уравнения однородных линий без потерь при гармонических (синусоидальных) напряжениях и токах.

Литература

1. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Том 1. – СПб.: Питер, 2003. – 463 с.

2. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Том 2. – СПб.: Питер, 2003. –576 с.

3. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Том 3. – СПб.: Питер, 2003. – 377 с.

4. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. – М.: Высшая школа, 1996. – 638 с.

5. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.Д., Страхов С.В. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.

6. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. – М.: Высшая школа, 1978. – 231 с.

7. Теоретические основы электротехники. Том 1. Основы теории линейных цепей / под ред. П.А. Ионкина. – М.: Высшая школа, 1976. – 544 с.

8. Теоретические основы электротехники. Том 2. Нелинейные цепи и основы теории электромагнитного поля / под ред. П.А. Ионкина. – М.: Высшая школа, 1976. – 383 с.

Системы электроснабжения

1. Классификация потребителей электрической энергии по категориям надежности электроснабжения, требование к электроснабжению потребителей.

2. Особенности схем систем электроснабжения для питания потребителей 1-й, 2-й и 3-й категорий по надежности электроснабжения и особой группы 1-й категории.

3. Классификация окружающей среды в производственных помещениях.

4. Выбор материала жилы проводника, его изоляции и способа прокладки в помещениях с указанной окружающей средой.

5. Классификация структуры электрических сетей по конструктивным признакам.

6. Выбор напряжения электрической сети по технико-экономическим критериям.

7. Режимы работы электроприемников.

8. Основные числовые характеристики и коэффициенты графиков электрических нагрузок.

9. Понятие расчетной электрической нагрузки по нагреву. Принцип получасового максимума электрической нагрузки.

10. Основные методы определения расчетной электрической нагрузки для промышленных предприятий.

11. Методы определения расчетной электрической нагрузки для городских и сельскохозяйственных потребителей.

12. Выбор автоматического выключателя в сети до 1000 В.

13. Выбор плавкого предохранителя в сети 0,4 кВ.

14. Выбор сечения жилы проводника по условию допустимого нагрева.

15. Назначение основного электротехнического оборудования цеха и подстанций.

16. Условно-графическое обозначение основного электротехнического оборудования цеха и подстанций на схемах.

17. Определение номинального тока электроприемников по паспортным данным.

18. Определение расчетного и пикового токов токов группы электроприемников.

19. Принципы построения внутрицеховых и заводских электрических сетей.

20. Понятие о кратчайшей сети в пространствах первого и второго порядков.

21. Центр электрических нагрузок. Методы определения. Картограмма нагрузок.

22. Методы расчета потерь электроэнергии в электрических сетях и трансформаторах.

23. Методы снижения потерь электроэнергии в системах электроснабжения.

24. Расчеты токов короткого замыкания в системах электроснабжения.

25. Способы и технические мероприятия по снижению токов короткого замыкания в системах электроснабжения: схемные решения; токоограничивающие средства.

26. Принципы построения городских и сельскохозяйственных сетей систем электроснабжения.

27. Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения.

28. Основные показатели качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ.

29. Основные причины ухудшения качества электроэнергии и технические решения по его повышению.

30. Несимметрия нагрузок электроприемников. Влияние несимметрии на потери электроэнергии в сетях и трансформаторах.

31. Методы и технические средства для снижения уровня высших гармоник в системах электроснабжения

32. Методы и технические решения для снижения колебаний напряжения в сетях систем электроснабжения

Литература

1. Правила устройства электроустановок: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 4-й выпуск (с изм. и доп., по состоянию на 1 мая 2006 г.). – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2006. – 854 с., ил.

2. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: учеб. пособие для студ. сред. проф. Образования / Е.А. Конюхова. – 4-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 320 с.

3. Кудрин Б.И. Электроснабжение. М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 352 с.

infopedia.su

Бабурин С.В. Выбор направлений оптимизации систем электроснабжения промышленных предприятий

УДК 621.3

Бабурин Сергей ВасильевичФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

АннотацияДанная статья посвящена оптимизации систем электроснабжения промышленных предприятий, на основе логико-вероятностного анализа системы, с использованием программного комплекса "АРБИТР". Даны определения показателей роли элементов в обеспечении надежности системы. Предложены различные варианты повышения надежности систем электроснабжения промышленных предприятий.

Ключевые слова: логико-вероятностное моделирование, оптимизация, показатели надежности, промышленные предприятия, резервирование, система электроснабжения

Baburin Sergey VasilievichNational mineral resources university (University of Mines)PhD in technical science, associate professor of the Electric Engineering, Electrical Energetics and Electromechanics Department

AbstractThis article focuses on optimizing power supply systems of industrial facilities on the basis of logic and probabilistic analysis, using the software system "ARBITR". Definitions of indicators as elements in ensuring the reliability of the system. It offers a variety of options to improve the reliability of power supply systems of industrial facilities.

Keywords: industrial facilities, logical-and-probabilistic simulation, optimization, power supply system, reliability index, reservation

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:Бабурин С.В. Выбор направлений оптимизации систем электроснабжения промышленных предприятий // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 5. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/05/54543 (дата обращения: 23.09.2018).

В настоящее время большое внимание уделяется надежности электроснабжения промышленных предприятий. В рамках энергетической стратегии России к 2030 году надежность электроснабжения должна быть не ниже 0,9997 [1]. Кроме того во многих отраслях промышленности существуют свои ведомственные руководящие документы, в которых приводятся требуемые значения вероятности безотказной работы и коэффициента готовности. Помимо этого требования обеспечить непрерывность технологического цикла во всех отраслях промышленности накладывает дополнительные требования к надежности электроснабжения. Так, например, на нефтеперекачивающих станциях время критического перерыва в электроснабжении синхронных двигателей привода насосов составляет порядка 0,01-0,015 с. Поэтому необходимо произвести оценку существующих типовых схем электроснабжения с точки зрения надежности. И предложить варианты повышения надежности до требуемого уровня.Все типовые схемы электроснабжения промышленных предприятий предполагают питание от сетей централизованного электроснабжения. Однако эти сети допускают перерыв в электроснабжении до 72 часов в год [1], что соответствует коэффициенту готовности Кг=0,991. Таким образом, питание только от сетей централизованного электроснабжения уже не удовлетворяет требуемым значениям.Кроме того, в настоящее время имеет место быстрое старение электроэнергетического оборудования, что требует инвестиций на ввод нового оборудования, модернизацию и продление срока службы действующего оборудования в связи с чем уровень надежности электроснабжения значительно снижается. Поэтому необходимо произвести анализ существующих типовых схем электроснабжения промышленных предприятий.Схемы электроснабжения современных промышленных предприятий являются структурно-сложными с большим количеством перекрестных связей. Поэтому для анализа надежности таких схем необходимо использовать логико-вероятностный метод. Который позволяет не только определить показатели надежности системы в целом, но и оценить показатели элементов системы. К таким показателям относятся значимость, положительный и отрицательный вклад.Значимость элемента показывает увеличение надежности системы при повышении вероятности безотказной работы элемента с 0 до 1, то есть это максимально возможное улучшение:.В реальности же существующие элементы уже обладают какой-то вероятностью безотказной работы отличной от нуля (pi). Поэтому целесообразнее при анализе использовать значения положительных вкладов элементов. Они представляют из себя возможное увеличение надежности системы при повышении вероятности безотказной работы элемента с текущего значения до 1, то есть это реальные возможности по улучшению надежности:.Отрицательный вклад наоборот показывает, насколько уменьшится надежность системы при уменьшении вероятности безотказной работы элемента с текущего значения до 0. То есть показывает наиболее уязвимые элементы, от потери которых наиболее пострадает надежность системы:.Определение этих показателей, как и расчет показателей надежности системы вручную очень трудоемкий процесс. Поэтому используются специальные программные комплексы для расчета надежности. Для этих целей среди всего многообразия существующего программного обеспечения наиболее предпочтительным выглядит программный комплекс “АРБИТР” [2]. Несомненным преимуществом этого комплекса является построение модели в виде схемы функциональной целостности, которая, по сути, представляет собой туже самую привычную систему электроснабжения, в отличие, например, от общепринятых в ядерной энергетике деревьев отказов.По значениям этих показателей можно выделить те элементы, в модернизацию которых следует вкладывать денежные средства, чтобы повысить уровень надежности системы. Если же значения положительных вкладов элементов системы невелики, и прибавка, которую можно получить при их модернизации, мала, то необходимо предусматривать другие меры повышения надежности. К числу таких мер можно отнести резервирование наиболее важных элементов системы; применение дополнительных источников электрической энергии, в роли которых могут выступать как традиционные автономные источники, работающие на дизельном топливе или природном газе, а также альтернативные и возобновляемые источники энергии, использование быстродействующего автоматического ввода резерва. Кроме того, может применяться временное резервирование в виде накопителей в системе, позволяющих создавать некоторый запас времени для устранения отказов [3]. Это наиболее распространено в транспортных системах и достигается за счет устройства, например бункеров. Также возможно применение источников бесперебойного питания для наиболее требовательных к перерывам электроснабжения потребителей, которые опять же позволяют создать резерв по времени необходимый для восстановления питания от основного источника.Нередки случаи, когда система наоборот обладает структурной избыточностью. В таких системах, возможно, существуют элементы, которые можно исключить без снижения надежности. В каких-то случаях вместо наиболее уязвимых элементов можно использовать другие. Например, вместо длинной питающей кабельной линии, обладающей высоким значением частоты отказов, можно установить автономную электростанцию. При этом общий уровень надежности системы в целом останется на прежнем уровне, а может даже вырасти.Таким образом, выбор рациональной структуры систем электроснабжения промышленных предприятий целесообразно производить на основе оценки надежности системы. В том числе и с использование логико-вероятностного моделирования системы. А направления оптимизации определять на основе анализа показателей роли элементов в обеспечении ее надежности.

Библиографический список

Овсейчук В.А. Надежность и качество электроснабжения потребителей // Новости электротехники, №3, 2013. – с. 50-53.
АРБИТР. Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета надежности и безопасности АСУТП на стадии проектирования (ПК АСМ СЗМА), базовая версия 1.0. Автор: Можаев А.С. Правообладатель: ОАО “СПИК СЗМА”. Свидетельство № 2003611101 от 12 мая2003 г. об официальной регистрации программ. Роспатент РФ, Москва, 2003. Аттестационный паспорт ПС №222 от 21 февраля2006 г., Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) РФ.
Шпиганович А.Н. Повышение эффективности функционирования систем электроснабжения: Монография / А.Н. Шпиганович, В.А. Пестунов. – Елец: ЕГУ им. И.А. Бунина, Липецк: ЛГТУ, 2004. – 281 с.

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Бабурин Сергей Васильевич»

web.snauka.ru

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Эффективность функционирования современного предприятия в значительной степени определяется надежностью и оптимальностью использования системы электроснабжения.Проведение качественного анализа дает возможность оптимизировать режимы эксплуатации оборудования, существенно повысить КПД технологических установок, уменьшить потери в оборудовании и в электрических сетях.

Оптимизация работы системы электроснабжения

Задачи, решаемые при анализе эффективности системы электроснабжения:

Определение необходимых уровней электропотребления в технологических процессах и установках;
Формирование требований к совершенствованию учета электроэнергии;
Оптимизация существующих графиков энергопотребления;
Подбор оптимального состава электрооборудования;
Анализ качества электроэнергии;
Проведение тепловизионного обследования с целью выявление дефектов электрооборудования;
Анализ уровней реактивной мощности и оценка эффективности компенсирующих устройств;
Анализ эффективности системы внутреннего и внешнего освещения;
Оценка фактического энергопотребления (удельных расходов), выяснение причин появления и определения значений потерь электроэнергии;
Выявление потенциала экономии электроэнергии;
Разработка мероприятий и технических решений, направленных на экономию электроэнергии.

Основные измерения, проводимые при проведении энергоаудита:

Измерения основных показателей качества (ПКЭ) по ГОСТ 13109-97 и EN 50160;
Измерения основных параметров в электрических сетях: действующих значений токов и напряжений; полной электрической мощности, а так же реактивной и активной составляющих;
Контроль уровней освещенности;
Снятие суточных графиков энергопотребления.

Ниже показан измеренный и расчетный суточных график потребляемой мощности одного из предприятий.

Проведенный анализ выявил следующие отклонения, которые привели к повышенному расходу электроэнергии:1. В ночное и вечернее время потребляемая электроэнергия превышает расчетные значения. Причиной этого являлось то, что оборудование, которое должно быть отключено после смены, продолжало работать. Кроме того, оборудование, работающее в ночную смену, эксплуатировалось в нерасчетных режимах.2. Графики показывают, что в обеденный перерыв потребление так же выше расчетных значений. Это показывает на то, что в обед оборудование отключается не все.3. На участке № 3, так же присутствует отклонение от требуемых значений. Это связано с несвоевременным отключением технологического оборудования или окончанием технологического процесса с нарушением регламента.

Устранить многие из описанных проблем и добиться экономии электроэнергии поможет ряд организационных мероприятий (контроль, инструктаж и т.д.), которые не потребуют серьезных финансовых затрат.

kazakhaudit.kz

Задачи оптимизации энергоснабжения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Кипрушева Н. А. Задачи оптимизации энергоснабжения // Молодой ученый. 2016. №11. С. 375-377. URL https://moluch.ru/archive/115/31139/ (дата обращения: 18.10.2018).

В статье рассмотрен комплекс задач по энергоснабжению и эффективному финансированию проектов энергетики, учитывающие ограничения в производстве, потреблении и доставки энергоресурсов. Показано, что задачи оптимизации энергоснабжения по критерию минимум затрат могут быть формализованы на языке линейного программирования, в виде задачи транспортного типа или задачи о назначениях.

Ключевые слова: энергоресурсы, математические модели, энергоаудит, линейное программирование

В современном мире необходимым условием сохранения жизни и развития цивилизации стало обеспечение человечества достаточным количеством энергии и топлива. Энергетика, в широком смысле, охватывает сложную совокупность процессов преобразования и передачи энергии от источников получения природных энергетических ресурсов до приемников энергии включительно [8].

Энергетика представляет собой сложный развивающийся объект, исследование которого возможно только на основе системного подхода. Важная особенность энергетики — ее развитие в направлении углубления принципа системности, т. е. по пути формирования совокупности больших систем на основе сочетания концентрации как производства, так и средств транспорта преобразованных видов энергии и энергетических ресурсов, и централизации их распределения [4,5].

Главное в развитии систем энергетики — глобальность, характеризуемая превращением их в единые системы. Перед тем, как разработать и назначить необходимые меры для обеспечения успешного внедрения комплекса мер по оптимизации энергоснабжения больших систем, проводят энергоаудит [6,9].

Энергетическое обследование — сбор информации об использовании энергетических ресурсов, показателях энергетической эффективности. Энергоаудит помогает грамотно применить существующие задачи и оптимизировать их [7]. Также от ритмичности и бесперебойности энергоснабжения предприятия зависит достижение планируемых экономических показателей, от себестоимости получения и распределения различных видов энергии зависит себестоимость выпускаемой предприятием продукции.

Для комплексных задач энергетики, часто тесно связанных с ними смежных народнохозяйственных задач, важен системный подход за счет оптимизации и разработки комплекса задач [3,4]. Для достижения цели разработана математическая постановка нижеописанных задач.

1. Комплекс задач по оптимизации процесса энергоснабжения предприятий.

Задача внешнего энергоснабжения при планировании перевозок однородных энергоносителей (угль, торф, газ, нефть) между поставщиками и потребителями, размещенными в различных точках пространства. Постановка задачи заключается в следующем.

Пусть имеется m пунктов производства (поставщиков) некоторого однородного продукта энергоносителя и n пунктов его потребления. Для каждого пункта производств i известен объем производств , а для каждого пункта потребления j-объем потребления , при этом чаще всего предполагается, что суммарные производств и суммарное потребление сбалансированы, т.е.

где - пункт производства энергоносителя;-объем производства энергоносителя;j -пункт потребления энергоносителя; - объем потребления энергоносителя.

Задача затраты на перевозку единицы энергоносителя от каждого пункта производства до каждого пункта потребления. Требуется составить план перевозок, отслеживающий всех потребителей, не выводящий за пределы производительности поставщиков и отслеживающий минимум суммарных затрат на перевозку.

Ведением переменных, представляющих собой объемы перевозок от каждого поставщика к каждому потребителю j, эта задача приводится к минимуму пути:

,(1)

при условиях:

где =, j=.(2)

Данная задача решает проблему экономичного плана транспорта однородных или взаимозаменяемых продуктов из пунктов производства (источников теплоты) в пункты потребления (абонентские установки потребителей теплоты) и является задачей линейного программирования транспортного типа. Наиболее распространенным методом ее решения является «метод потенциалов» [1,3].

2. Задача внутреннего энергоснабжения при планировании экономного назначения источников тепло (электро) энергии на потребителей. Постановка задачи заключается в следующем.

Пусть имеется n источников энергии и n потребителей энергии внутри некоторого производственного помещения (Объекта). При закреплении i-го источника за j-ым потребителем производятся затраты , i,j = . Накладываются ограничения: каждый источник может прикрепляться только к одному потребителю; каждый потребитель может прикрепляться только к одному источнику. Требуется в рамках данных ограничений найти такую схему закрепления потребителей за источниками при которой достигаются минимальные суммарные затраты на сопряжение теплоносителями источника с потребителями.

Введем переменную - признак назначения источника энергии на потребителя энергии

тогда математически задача формируется следующим образом

,(3)

при ограничениях:

.(4)

Выражение (3) означает цель решения задачи, а выражение (4) соответствует ограничениям.

Данная задача является задачей целочисленного линейного программирования наиболее распространенным методом ее решения является «Венгерский метод» [1].

3. Задача финансирования исследовательских проектов при разработке систем энергоснабжения. Постановка задачи заключается в следующем.

Пусть на протяжении T лет возможно осуществление n- исследовательских проектов. Ожидаемый эффект каждого j-го проекта выраженный в единицах полезности составляет , . Затраты в год i на осуществление проекта составляют , а общий лимит капиталовложений на исследования в году i равен ,.Требуется указать максимально эффективный набор проектов не выходящий за пределы отпускаемых вложений.

Введем переменную

найти

, (5)

при ограничениях

. (6)

Задача является задачей нелинейного целочисленного программирования типа «задача о ранце». Метод решения «метод ветвей и границ» [2].

В статье показано, что задачи оптимизации схем энергоснабжения [10] по критерию минимум затрат могут быть формализованы на языке линейного программирования, в виде задачи транспортного типа или задачи о назначениях.

В настоящее время разработаны эффективные методы их решения — метод потенциалов, венгерский метод, метод ветвей и границ. Создана библиотека программ, позволяющие находить точные решения рассмотренных оптимизационных задач. В результате разработана схема обеспечения энергоресурсами по критерию минимальных затрат на их доставку и финансирование, при ограничениях на объемы производства и потребления.

Литература:

Кузнецов, Ю. Н. Математическое программирование: Учебник / Ю. Н. Кузнецов, В. И. Кузубов А. Б., Волощенко. Изд-во Вычшая школа)- 2-е изд, 1980. — 302с.
Кофман,А.Методыи моделиисследованияопераций / А. Кофман, А. Анри-Лабордер — Изд-во: «Мир», 1977. — 432с.
Соболь, Б. В. Методы оптимизации: практикум / Б. В. Соболь, Б. Ч. Месхи, Г. И. Каныгин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2009. — 380с.
Комплексное развитие систем коммунальной инфраструктуры муниципального образования: монография / В. Н. Семенов [и др.]. Изд-во Воронежского ГАСУ, 2010. — 135с.
Китаев, Д. Н. Развитие системы теплоснабжения городского округа город Воронеж в долгосрочной перспективе / Д. Н. Китаев // Инженерные системы и сооружения. — 2010. — № 2(3). — С.72–77.
Семенов, В. Н. Энергосбережение и повышение энергоэффективности для объектов социальной сферы / В. Н. Семенов, Д. Н. Китаев, Т. В. Щукина, Д. Ю. Королев // Энергосбережение. — 2010. — № 6. — С. 38–43.
Китаев, Д. Н. Современные отопительные приборы и система теплоснабжения /Д. Н. Китаев, Т. В. Щукина. — 2012. — № 6. — С.59–62.
Семенов, В. Н. Актуальные проблемы теплоснабжения муниципальных образований (на примере городского округа город Воронеж) / В. Н. Семенов, Д. Н. Китаев, А. С. Овсянников // Вестник центрального территориального отделения Российской академии архитектуры и строительства. — 2015. — Вып.14. — С.100–108.
Китаев, Д. Н. Расчет температуры наружного воздуха в точке излома температурного графика / Д. Н. Китаев // Новости теплоснабжения. — 2012. — № 10. — С.46–48.
Китаев, Д. Н. Перспективные схемы использования когенерационных установок в системах теплоснабжения /Д. Н. Китаев, А. В. Золотарев, Н. С. Шестых // Инженерные системы и сооружения. — 2012. — № 2. — С. 26–29.

Основные термины (генерируются автоматически): задача, линейное программирование, потребитель, пункт производства, пункт потребления, постановка задачи, транспортный тип, системный подход, вид задачи, комплекс задач.

moluch.ru