Н М Погрібняк - Інтегрований імітаційний метод розрахунку електричних навантажень - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 621.311.1

Н.М. ПОГРІБНЯК (канд.техн.наук, доц.) Донецький національний технічний університет N.N.Pogrebnyak@gmail.com

 

ІНТЕГРОВАНИЙ ІМІТАЦІЙНИЙ МЕТОД РОЗРАХУНКУ ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ

Запропонований імітаційний метод визначення розрахункових електричних навантажень за нагрівом. Метод дозволяє обчислювати розрахункові навантаження всіх ділянок розгалуженої електричної мережі цеху під час одного розрахунку за повними навантаженнями. Метод може бути застосований при проектуванні електричних мереж цехів промислових підприємств напругою до 1 кВ..

Постановка задачі. Ефективність роботи промислового підприємства у значній мірі залежить від функціонування його системи електропостачання. Проектування електропостачання промислового підприємства ведеться на основі результатів розрахунку електричних навантажень. Правильне визначення електричних навантажень забезпечує електромагнітну сумісність електроприймачів (ЕП), запобігає неприпустимим перегрівам елементів електричної мережі та зайвим капіталовкладенням.

З 1992 р. розрахунок навантажень промислових електричних мереж напругою 0,38 кВ виконується за модифікованим статистичним методом [1], що покладений у основу діючих Вказівок [2]. Застосування модифікованого статистичного метода замість метода впорядкованих діаграм дозволило запобігти значному необґрунтованому перевищенню розрахункових навантажень. Однак модифікованому статистичному методу притаманні недоліки статистичного метода. У якості розрахункового навантаження у ньому приймається розрахунковий максимум кумулятивного процесу - осередненого на 30-хвилинному інтервалі групового графіка навантаження, що не відповідає процесу нагріву провідника. Некоректність однієї з основних формул метода [1] призводить до того, що при ефективному числі ЕП рівному одиниці, коефіцієнт розрахункового навантаження наближається до безкінечності. Внаслідок чого при складанні Вказівок [2] значення коефіцієнта розрахункового навантаження були скоректовані, про що свідчать не гладкі криві його залежності від ефективного числа ЕП. Цим обумовлена необхідність вдосконалення діючих Вказівок шляхом розробки нового метода розрахунку електричних навантажень.

Метою роботи є підвищення ефективності систем електропостачання промислових підприємств шляхом підвищення точності визначення розрахункових навантажень електричних мереж напругою 0,38 кВ. В розробленому методі розрахунку електричних навантажень підвищення точності буде забезпечено моделюванням групових графіків повного навантаження ділянок електричної мережі, а зменшення часу, необхідного для розрахунку електричних навантажень всіх ділянок розгалуженої електричної мережі, буде досягнуто одночасним моделюванням групових навантажень всіх ділянок.

Теплова модель провідника. У теорії електричних навантажень для визначення температури $ перегріву провідника відносно оточуючого середовища застосовується теплова модель провідника у вигляді рівняння

+s = k,i2 (t), (і)

dt

де T - стала часу нагріву провідника, с; I(t)   - струм навантаження, А; к§ = 3R/A (°С/А2), R - активний опір

жили провідника, Ом, A - коефіцієнт тепловіддачі провідника, Вт/°С .

Для більшої зручності замість температури перегріву провідника будемо застосовувати нагрівальну дозу Zt (t) = &(t)/ка - пропорційну температурі нагріву провідника величину, що має розмірність квадрата навантаження. З врахуванням цього рівняння (1) має вигляд

Tdhjfl + Zt (t) = I2 (t). (2) dt

Ідея інтегрованого імітаційного метода. Задача визначення розрахункового навантаження не має аналітичного рішення тому що при відомому законі розподілу електричного навантаження не можна визначити закон розподілу температури перегріву провідника (нагрівальної дози) і за ним розрахункове електричне навантаження. Для розв'язання таких задач застосовується метод імітаційного моделювання. У [3-5] запропонований імітаційний метод визначення розрахункових навантажень. Згідно з ним розрахункове активне навантаження визначається за результатами моделювання ансамблю реалізацій групового графіка активного навантаження, за яким розраховується температура перегріву провідника. Визначення максимального розрахункового значення температури перегріву провідника (або нагрівальної дози) виконується за опитною функцією її розподілу, а розрахункове активне навантаження визначається за знайденим розрахунковим значенням температури перегріву провідника. Розрахункове реактивне навантаження визначається так само, як і у інженерному модифікованому статистичному методі [1, 2], що є його недоліком. В усіх відомих методах визначення розрахункових навантажень розрахунок активного та реактивного навантаження ведеться окремо, © Погрібняк Н.М., 2011що не відповідає фізиці процесу нагріву провідника. Для підвищення точності розрахунку електричних навантажень у розробленому методі виконується імітація ансамблів реалізацій групових активних та реактивних навантажень, температура перегріву провідника визначається за повним навантаженням.

Послідовне застосування імітаційного метода для кожної ділянки розгалуженої електричної мережі призведе до багатократних моделювань одних і тих самих індивідуальних навантажень, що передаються по різним ділянкам. Це недоцільно, оскільки застосування імітаційного метода потребує значних витрат часу. З метою зменшення часу розрахунку шляхом уникнення повторних моделювань індивідуальних навантажень пропонується інтегрований імітаційний метод, згідно з яким виконується одночасне формування групових навантажень всіх ділянок електричної мережі будь -якої конфігурації. Таким чином, при імітації одного набору реалізацій групових графіків навантажень різних ділянок мережі моделювання індивідуальних навантажень кожного ЕП здійснюватиметься один раз. При цьому отриманий графік індивідуального навантаження буде додаватися до групових графіків навантаження всіх силових пунктів (СП) або інших елементів мережі, у формуванні групових графіків навантажень яких бере участь цей ЕП. Реалізація імітаційного методу через великий обсяг розрахунків можлива тільки на ЕОМ, для цього була розроблена відповідна програма.

Модель електричного навантаження. Моделювання групових графіків активного і реактивного електричного навантажень виконується складанням відповідних індивідуальних графіків. Розглянемо їх моделі.

До окремої групи виділимо механізми з асинхронним приводом, як найбільш розповсюджені. У імітаційному методі модель індивідуального активного навантаження ЕП з номінальною активною потужністю рн і коефіцієнтом кз завантаження прийнята у вигляді імпульсного процесу з величиною імпульсу рнкз і нульовою паузою. Уточнимо цю модель для ЕП з асинхронним приводом.

Розглянемо графік активного навантаження. Величина імпульсу для двигуна з номінальною потужністю Рн і ККД пн, що працює з коефіцієнтом завантаження кз дорівнює

Р, = П, (3)

Активне навантаження під час паузи визначається активною потужністю холостого ходу двигуна. Її значення визначимо орієнтовно, оскільки на стадії проектування електричної мережі, коли виконується

розрахунок електричних навантажень, є інформація тільки про номінальну потужність та коефіцієнт кв.

Втрати активної потужності у статорі АРел1 та роторі АРел2 асинхронного двигуна, додаткові втрати АРд, що залежать від конструкції та технології його виготовлення, змінюються пропорційно квадрату струму навантаження, складають змінні втрати АРзм = АРел1 Рел2 Рд.

Втрати в магнітопроводі АРм і механічні втрати АРмех не залежать від навантаження (постійні втрати) АР    = АР Р   . Згідно з [6] відносне значення втрат становить   АР   =510%, АР = 15 20%, тому з

пост   м      мех    ' 1       l   j       ' *                     і                           мех           "     м                " •>

запасом приймаємо АРпост = 35% .

Змінні втрати складають близько 65% від номінальних. З них, згідно з [6], втрати у роторі складають АРел2 = 20%. Оскільки у режимі холостого ходу струм ротора малий, втрати у роторі не враховуємо. Таким чином змінні втрати холостого ходу дорівнюють АР3М 0ел= АР д + АР    45% від номінальних втрат.

Виходячи з розглянутого розподілення втрат, отримуємо формулу для визначення активної потужності, що споживається двигуном у режимі холостого ходу АР0 = (0,35 + 0,45 к302)АРн,

де  к30 = - відносне значення струму холостого ходу - відношення струму холостого ходу І0 до

Ін

- номінальні втрати активної потужності у асинхронному двигуні.

номінального струму Ij ; АРн = Рн

( 1

1

 

Відносне значення струму холостого ходу

к   = LL = Q0

Ін     SH ^ sil4

де Q0 - реактивна потужність холостого ходу асинхронного двигуна; ф0 - кут здвигу струму статора відносно напруги.

У режимі холостого ходу sin Ф0 ~ 1, реактивна потужність Q0 складає 50 80% від номінальної Qj . Прийнявши Q0 = 0,65 Qjj , маємо к30 = 0,65 sin^ . Із врахуванням цього, формула для визначення активної потужності холостого хода асинхронного двигуна (на моделі графіка навантаження - величина навантаження під час паузи Рї ) приймає вигляд: ( 1 Л

р =АР0 = Рн ---- 1 •(0,35 + 0,45•(0,65sin^H)2). (4)

Реактивне навантаження, що споживається асинхронним двигуном, в залежності від значення коефіцієнта завантаження визначається виразом

Q = Qo + Qph kl

де QPH - втрати реактивної потужності на розсіяння при номінальному навантаженні, QPH = QH - Q0 . Прийняв Q0 = 0,65 • QH, QPH = 0,35 • QH величина імпульсу графіка реактивної потужності ЕП з асинхронним приводом складає

q. = (0,65 + 0,35k32)QH , (5) а реактивне навантаження під час паузи має значення

qп = 0,65 Qh . (6)

Якщо передбачається застосування обмеження холостого ходу асинхронних двигунів, величини активного і реактивного навантажень під час паузи мають нульове значення.

Для інших електроприймачів зберігаємо прийнятий у імітаційному методі [5] підхід. Згідно з ним, величини імпульсів і пауз графіків активного і реактивного навантажень розраховуються за виразами

Pi = PH k3 ,     Рп = 0  ,        <?і = PH ^ k3 ^ tgfH ,      qп = ^ (7)

де tg<f>H - номінальне значення коефіцієнта потужності ЕП.

Застосування модифікованого метода елементних процесів (ММЕП) для моделювання графіка електричного навантаження групи ЕП. Індивідуальні графіки електричних навантажень характеризуються експоненцшно-косинусоїдною кореляційною функцією (КФ) (наприклад, експериментальні нормовані КФ ЕП наведені в [7])

k(т) = Dpe alxlcos     , (8) де Dp - дисперсія індивідуального графіка навантаження; а - параметр КФ, зворотний часу кореляції, c-1; сс>0 -частота періодичної складової, с-1.

Параметри КФ індивідуальних навантажень можуть бути визначені як експериментально [7], так і з технологічних розрахунків. В останньому випадку індивідуальне навантаження представляють у вигляді імпульсного процесу, дисперсію й параметри КФ якого можна визначити за формулами (I.78), (IV.34) і (IV.39) з [8]:

 

kB (k3    kB ) t

де      - коефіцієнт використання обладнання; t5 - тривалість циклу роботи обладнання.

У теорії електричних навантажень прийнято та підтверджено проведеними дослідженнями в мережах електропостачання промислових підприємств [8, 9] що КФ групового графіка електричного навантаження має вигляд:

K (т) = DPe ~аІхІ, (10)

де DP - дисперсія групового графіка навантаження.

Модель групового навантаження з експоненціальною КФ (10) забезпечує деякий запас при визначенні розрахункових навантажень.

Для моделювання групового графіка електричного навантаження з експоненціальною КФ може бути застосований модифікований метод елементних процесів [5], що базується на методі елементних процесів [8]. Згідно з методом елементних процесів процес P(t) із заданою КФ K (т) отримуємо додаванням елементних

процесів p(t) з однаковими КФ: k (т) = K (т) /      Метод елементних процесів  відображає фізичну картину

формування групового графіка електричних навантажень, оскільки подібно тому, як індивідуальні навантаження формують груповий графік, у цьому методі при моделюванні реалізації додаються елементні процеси. Для імітації процесу з експоненціальною КФ у якості «елементного» використовується імпульсний процес, тривалості t імпульсів і пауз якого розподілені на інтервалі t0 < t < да за експоненціальним законом із щільністю розподілу

f (t)= ae~a(t-t0). (11)

де a - величина, зворотна середній тривалості імпульсу a = 1/kBBIMKI^  або паузи a = 1/(1 - kBBIMKH]) • t ; kBBIMKH -

коефіцієнт ввімкнення.

Середня тривалість циклу визначається за виразом

^=ааїЬ—). (12)

^""BBIMKH V-1      BBIMKH /

У методі елементних процесів елементні процеси мають однакові величини імпульсів і коефіцієнтів ввімкнення, тоді як реальні характеристики для різних ЕП відрізняються. Це призводить до неточного відтворення функції розподілу групового навантаження. ММЕП усуває вказаний недолік.

Згідно з ММЕП при імітації групового графіка кількість елементних процесів приймається рівною кількості n ЕП: кожний елементний процес буде імітувати індивідуальний графік навантаження одного ЕП з фактичним значенням величини імпульсу  pi (згідно з моделлю індивідуального навантаження) і коефіцієнта ввімкнення.

Дисперсії Dp індивідуальних графіків навантажень при різних значеннях потужностей, коефіцієнтів завантаження і ввімкнення електроприймачів відрізняються. Кореляційна функція групового навантаження має вигляд

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Н М Погрібняк - Інтегрований імітаційний метод розрахунку електричних навантажень