Ю Г Кочан - Алгоритм синтеза оптимальной энергоэффективной системы электроснабжения промышленных предприятий - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.324.57

Ю. Г. Качан, д-р техн. наук

(Украина, Запорожье, Запорожская государственная индустриальная академия) В.В.Дьяченко

(Запорожский национальный технический университет)

АЛГОРИТМ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Введение. При составлении программы энергосберегающих мероприятий промышленного предприятия применительно к его системе электроснабжения (СЭС) предполагается оценка потенциала энергосбережения. В разработанной методике [1] теоретической основой является постановка задачи оптимизации СЭС с использованием критерия - минимум суммарных потерь активной элек­троэнергии (ПАЭЭ) при ее передаче по всем элементам системы. Результатом такой оптимизации и будет так называемая энергоэффективная система элек­троснабжения, структура, перечень параметров которой (конструктивные ха­рактеристики всех элементов) и показатели режима потребления будут в сово­купности соответствовать минимальному значению ПАЭЭ за заданный период времени при допустимых технических условий эксплуатации системы. Для по­лучения такой СЭС создана математическая модель (целевая функция) и сфор­мированы ограничения рассматриваемой условной оптимизации [2].

Цель данной работы: разработка алгоритма синтеза оптимальной энер­гоэффективной системы электроснабжения применительно к типовой схеме (рис. 1). Рассматриваемая схема содержит следующие структурные элементы: цеховые электрические сети (ЦЭС); цеховые трансформаторные подстанции (ТП); внутризаводские электрические сети (состоят из распределительной (РЭС), питающей электрической сети (ПЭС) и промежуточных распредели­тельных пунктов (РП)); источник питания предприятия (ИПП), например, глав­ная понизительная подстанция (ГПП).

Типовая схема СЭС промышленного предприятия легко адаптируется под реальную систему со своей структурой через представление в виде соответст­вующих исходных характеристик и связей межу узлами электрической сети.

Постановка задачи. Для заданного списка ПР и высоковольтных ПЭ (ВПЭ) промышленного предприятия синтезировать его энергоэффективную сис­тему электроснабжения. Это должна быть система, в которой суммарные ПАЭЭ во всех структурных элементах будут минимальны, т. е.:

ПРі tZ3 d * * *      iipn cm

Рис.1. Типовая схема электроснабжения промышленного предприятия

AW = А1¥цЭС + AWTn + AWp3c + AWT:9C + AWmTI ® min.

(1)

В табл. 1 приведены переменные, которые являются исходными данными для вычисления ПАЭЭ, задания технических требований к режимам эксплуата­ции системы, выбора конструктивных параметров элементов сетей, предлагае­мые для использования источники реактивной и их параметры. Для последую­щей оценки экономической эффективности энергосберегающих мероприятий вводятся также цены на электрооборудование и тариф на электроэнергию.

Изложение основного материала. Результатом решения задачи синтеза системы электроснабжения являются параметры (табл. 2), обусловливающие цель оптимизации. Часть из них определяется решением отдельных задач опти­

Исходные данные для алгоритма синтеза системы электроснабжения

промышленного предприятия

Группа переменных

Наименование переменных

Обозначение переменных

Единицы измерения

ПР

-Количество

N

шт.

 

- Электрическая нагрузка по активной

Ррг, <2рі,

кВт, квар

 

и реактивной мощностям

i=l...N

 

 

-Координаты

 

м

 

-Категория по надежности электропри-

I, II, III

-

 

емников

 

 

ВПЭ

-Количество

Nl

шт.

 

- Электрическая нагрузка по активной

 

кВт, квар

 

и реактивной мощностям

i=l.Nl

 

 

Координаты

(Xli, уі)

м

 

-Категория по надежности

I, II, III

-

Источники внеш-

-Номинальное напряжение электриче-

ином

кВ

него электро-

ской сети

 

 

снабжения

-Токи К.З. на шинах внешнего источ-

I", Iao

кА

 

ника питания

 

 

 

- коэффициент реактивной мощности

 

отн. ед.

 

на границе балансовой принадлежно-

 

 

Источники реак-

сти

<нку/. . j 1...М

квар

тивной мощности

- номинальная мощность НКУ

Qewi, ji=Mi

квар

 

- номинальная мощность ВКУ

<сдітіп, i=1...N2

квар

Зоны недопусти-

- синхронные двигатели

H

шт.

мой установки уз-

- количество зон

(Xi, уі), i=1...H

м

лов: ТП, РП, ГПП

- координаты зон

 

 

Время нагрузок

 

Тма

ч

 

- число часов максимума активной

 

1/Ом-мм2-м

Конструктивное

электрической нагрузки

y

мм2

исполнение

- марка проводников (материал жилы)

s

шт.

ЦЭС, ВЗЭС,

- сечения

n

-

ТП, РП, ГПП

- количество ниток

 

кВА

 

- тип трансформатора

Sномjj=L..М(М2)

 

 

- номинальная мощность трансформа-

 

шт.

 

тора

mj (m2j)

 

 

- количество трансформаторов

 

 

мизации, которые включены в общую схему алгоритма как самостоятельные блоки: блок I - оптимизация сечения (материала и количества ниток) провод­ников участков электрической сети (ЦЭС, РЭС, ПЭС); блок II - распределение электрической нагрузки по узлам электрической сети (ТП, РП и ИПП); блок III - определение места расположения узлов электрической сети (ТП, РП и ИПП); блок IV - выбор числа и мощности трансформаторов (ТП и ИПП).

Существующие методы поиска оптимальных решений при синтезе систе­мы электроснабжения имеют существенный недостаток, который заключается в том, что получаемые решения отдельных задач электроснабжения рассматри­ваются, как самостоятельные. В предложенном алгоритме учтена их взаимо­связь и в результате перебора количества узлов электрической сети (ТП, РП и ИПП) и получения решений с помощью оптимизационных блоков для каждого

Перечень оптимизируемых параметров системы электроснабжения _с точки зрения минимума годовых ПАЭЭ_

Перечень параметров системы

Обозначение переменной (векторов)

Сечение проводников ЦЭС Количество ниток проводников ЦЭС Материал жилы проводников ЦЭС Количество ТП

Распределение ЦЭС по ТП (схема ЦЭС) Координаты размещения ТП Номинальная мощность низковольтных КУ Номинальная мощность трансформаторов ТП Количество трансформаторов ТП Количество РП

Распределение ТП и ВПЭ по РП (схема РЭС) Координаты размещения РП Сечение проводников РЭС Количество ниток проводников РЭС Материал жилы проводников РЭС Номинальная мощность высоковольтных КУ Количество И1Ш

Распределение РП (ТП, ВПЭ) по ИШ1 (схема ПЭС) Координаты размещения ИПП Сечение проводников ПЭС Количество ниток проводников ПЭС Материал жилы проводников ПЭС Номинальная мощность трансформаторов ИПП Количество трансформаторов ИШ1

5цэс = (si...s,... sn}

ПЦЭС = ,'1>;...11:... YIn}

Уцэс = (уь-У^- yN} M

Xmn = {Xij}

хутп = {(хіі) ...(х,у) ...(хмм)} Qhky = {Quay і ..Л)нку...Онкум} 8номТП = {Shom^.. SnoMj... Shomm}

ттп = {т;..щ...тм} Мі

Xm(N+N1) = {Xjjl}

хурп = {(хіі)...(хл,ул)...(хмімі)}

SрЭС = {Sll .■■Sjji... smmi}

ПРЭС =  {П;;...Пі... ПММІ}

Урэс = {Уіі.--Улі.-- Уммі}

Qbky = ^вкуі ..^вщі ...Qвкумl}

М2

X(N+N1)M2 = {х^2}

хуиПП = {(хіі) ...^2^2) ...(хм2М2)} SпЭС = {Sli.--Sjij2... SM1M2} ППЭС = {П;;...Пі2... ПміМ2} Упэс = п.■■Уj1j2.■■ УМІМ2}

SnoMuim = {Shom ^..Shom^ ...ShomM2} типп = і...т,-2...тм2}

варианта количества узлов. Для уменьшения количества вариантов перебора параметров системы используются уже разработанные эвристические алгорит­мы поиска оптимальных решений таких задач, как формирование схемы элек­трической сети и выбор места расположения ее узлов [3 - 5]. Получается мно­гомерная матрица решений с суммарными ПАЭЭ, из которой выбираются ми­нимальные значения последних с конкретным перечнем искомых параметров системы.

На рис. 2 представлена блок-схема разработанного алгоритма, из которо­го видна суть всех вычислительных блоков.

В блоке I осуществляется перебор сечений проводников с одновремен­ным изменением количества ниток и материала жилы для конкретной расчет­ной нагрузки по току участка сети. При этом ограничениями являются: количе­ство отпущенных средств на реконструкцию (либо создание новой) электриче­ской сети; возможность ее конструктивной реализации. Начальная граница диапазона изменяющихся сечений определяется условиями их выбора приме­нительно к сетям напряжениям до и выше 1000 В.

В блоке II расматривается матрица распределения узлов электрической сети по своим источникам питания (схема), например, для ЦЭС это распреде­ление ПР по ТП. Элементы указанной матрицы равны двум значениям: 0 - если

Рис.2. Блок-схема алгоритма синтеза энергоэффективной системы электроснабжениясвязь между узлами отсутствует, 1 - если такова имеется. Такая схемаподробно описана в работах в [3,4].

Определение оптимального места расположения узлов электрической се­ти (блок III) рассмотрено в источнике [5]. Его работа взаимосвязана с блоком II, т. е. для каждого допустимого места размещения узла сети конкретного иерар­хического уровня системы формируется своя схема связи между узлами с таким условием, чтобы суммарные ПАЭЭ на участках электрической сети были ми­нимальными.

Расчет мощностей энергоэффективных компенсирующих устройств (КУ) выполняется из условия полной компенсации реактивной мощности в узлах се­ти, а их окончательный выбор (стандартное значение) ограничивается балансом реактивной мощности. Последние и представляют собой оптимальные значения номинальных мощностей низковольтных и высоковольтных КУ с точки зрения энергосбережения.

Выбор числа и мощности трансформаторов в блоке IV основан на пере­боре номенклатурного ряда заданных номинальных мощностей трансформато­ров одновременно с их количеством (если нет ограничений с точки зрения на­дежности). Расчетные нагрузки по реактивной мощности при этом корректи­руются (уменьшаются) на значения номинальных мощностей КУ.

В завершающем блоке V формируется матрица значений суммарных ПАЭЭ для всех вариантов количества узлов электрической сети, с соответст­вующими им решениями оптимизационных блоков. Затем из полученного мас­сива значений ПАЭЭ выбирается минимальное и соответственно этому значе­нию выводятся все параметры системы электроснабжения, которые и являются решением рассматриваемой задачи. Параллельно составлению массива ПАЭЭ для каждого его значения (с соответствующими параметрами системы) рассчи­тываются стоимостные показатели электрической сети для последующей оцен­ки эффективности энергосберегающих мероприятий.

Выводы. Результатом работы алгоритма поиска оптимальных параметров энергоэффективной системы электроснабжения (реализованного программным продуктом <<POTENTIAL>>) является полный перечень ее параметров, соответ­ствующих минимальному значению суммарных потерь активной электроэнер­гии за расчетный период. В качестве последнего наиболее удобно использовать годовой интервал. В данном алгоритме учитывается весь комплекс и функцио­нальная взаимосвязь параметров системы.

Список литературы

1. Качан Ю.Г., Дьяченко В.В. Оценка потенциала и программы энергосбережения в системе электроснабжения на примере коксохимического производства // Енергетика: економіка, технології, екологія. - № 2(21.-с.55-59).

2. Качан Ю.Г., Дьяченко В.В. Методические основы повышения энергоэффективности сис­темы электроснабжения промышленных предприятий //Гірн. електромеханіка та автоматика: наук.-техн.зб. - 2006. - Вип.76. - С. 12-17.

3. Качан Ю.Г., Дьяченко В.В. Распределение электрической нагрузки по узлам внутризавод­ской сети с учетом фактора энергосбережения //Гірнича електромеханіка та автоматика: на-ук.-техн.зб. - 2005. - Вип.74. - С.20-24.

4. Качан Ю. Г., Дьяченко В. В. О формировании энергоэффективной схемы цеховой электри­ческой сети //Інтегровані технології та енергозбереження: Щоквартальний наук.-практ. журн.

- Харків: НТУ «ХПІ», 2006. - №2 - С.21-26.

5. Качан Ю. Г., Дьяченко В. В. О возможности распознавания топологии оптимальной систе­мы электроснабжения //Гірн. електромеханіка та автоматика: наук.-техн.зб. - 2007. - Вип. 78.

- С.3-5.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Ю Г Кочан - Алгоритм синтеза оптимальной энергоэффективной системы электроснабжения промышленных предприятий