V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Тема данного проекта «Экономия электрической энергии». Экономия осуществляется за счет оптимального местоположения главной понизительной подстанции предприятия, так как смещение подстанции из зоны рассеяния центров электрических нагрузок приводит к ухудшению технико-экономических показателей системы электроснабжения, таких как годовой отпуск полезной электроэнергии, годовые потери электроэнергии, годовое потребление электроэнергии сетью и другие.

Цель данной работы разработать программное обеспечение для определения зоны рассеяния центров электрических нагрузок и построения картограммы нагрузок предприятия. В итоге результаты расчетов, полученных за меньшее время, будут достаточно точными, что приведет к оптимальному решению в выборе местоположения главной понизительной подстанции (ГПП) или главной распределительной подстанции (ГРП).

При проектировании системы электроснабжения промышленного предприятия является правильное определение местоположения ГПП или ГРП. Для этого необходимо рассчитать координаты центра электрических нагрузок (ЦЭН) предприятия.

ЦЭН – это точка, в которой показатели разброса потребителей электроэнергии в системе электроснабжения имеют наименьшее значение. При этом считают, что ЦЭН определяется как некоторая постоянная точка на генплане промышленного предприятия. В действительности же ЦЭН постоянно смещается по территории предприятия. Это объясняется следующими причинами:

1. изменениями потребляемой мощности в соответствии графиком нагрузок, так как он постоянно изменяется в связи изменениями технологического процесса производства, внедрением новых, прогрессивных производственных процессов и т. д.;

2. развитием предприятия, то есть расширением производства, установки нового или дополнительного оборудования и т. д.;

3. изменением сменности промышленного предприятия, то есть изменением графика работы предприятия.

Из этого следует, что правильней говорить не о ЦЭН предприятия как о некоторой стабильной точке на генеральном плане промышленного предприятия, а о зоне рассеяния ЦЭН.

Для определения этой зоны необходимо найти закон распределения координат ЦЭН. Как было рассмотрено в [3] следует, что распределение случайных координат ЦЭН определяется по нормальному закону распределения, то есть закону Гаусса-Лапласа.

fx=1σx2πe-x-ax22σx2; (1)

fy=1σy2πe-y-ay22σy2, (2)

где ax, ay – математическое ожидание случайных координат; σx2, σy2 – дисперсия случайных координат.

Математическое ожидание ax, ay в дальнейшем будет выступать как координаты условного ЦЭН, который будет необходим при построении зоны рассеяния ЦЭН. Ожидание определяется по формуле:

ax=k=1nxkpkx; (3)

ay=k=1nykpky, (4)

где xk, yk – случайные координаты ЦЭН; pkx, pky – эмпирическая вероятность (эмпирическая частотность) случайных координат ЦЭН, которая находится по следующим выражениям:

pkx=mkxm; (5)

pky=mkym, (6)

где mkx, mky – частота появления k-го значения случайной координаты ЦЭН; m=k=1nmk – общее число значений случайных координат ЦЭН.

Так же из учебника А. А. Федорова, Э. М. Ристхейна «Электроснабжение промышленных предприятий» следует, что зона рассеяния координат ЦЭН промышленного предприятия представляет собой эллипс, для его построения нам необходимо найти полуоси этого эллипса по осям координат X и Y. Для этого используем формулы:

Rx=3hx; (7)

Ry=3hy, (8)

где Rx, Ry – полуоси эллипса по осям координат X и Y; hx, hy – меры точности случайных координат ЦЭН.

hx=1σx2; (9)

hy=1σy2, (10)

где σx, σy – средние квадратичные отклонения значений случайных координат ЦЭН, определить которое можно выразив корень из дисперсии случайных чисел, которые можно найти по следующим формулам:

σx2=k=1npkxxk-ax2; (11)

σy2=k=1npkyyk-ay2. (12)

При построении зоны рассеяния ЦЭН промышленного предприятия осуществляем параллельный перенос осей координат так, чтобы начало основной системы совпало с величинами математического ожидания ax и ay. Далее откладываем по осям новой системы координат значения полуосей Rx, Ry и строим зону рассеяния координат ЦЭН.

Максимальное приближение ГПП (ГРП) к центру электрических нагрузок позволит построить более надежную и экономичную систему электроснабжения, так как сокращается протяженность сетей вторичного напряжения, в результате чего уменьшаются падение напряжения, и соответственно потери электроэнергии.

В настоящее время расчетами местоположения ГПП (ГРП) в большей степени занимаются вручную, что существенно замедляет процесс проектирования. Поэтому для оптимизации данного процесса я предлагаю программу по определению зоны рассеяния ЦЭН.

Разработанная программа рассчитывает координаты центров электрических нагрузок в различное время и выводит на экран картограмму с изображением мощности каждого цеха (отдела), представленную в виде окружностей, зоны рассеяния ЦЭН - в виде эллипса, зоны рассеяния с учетом коэффициента корреляции – в виде наклонного под некоторым углом эллипса, зон увеличения приведенных годовых расчетных затрат при смещении ГПП (ГРП) из зоны рассеяния – в виде окружностей разного радиуса, чем больше радиус, тем больше процент затрат.

Программа разработана на языке программирования FREE PASCAL.

В алгоритм программы входит: ввод данных, внутренний расчёт, обработка результатов и вывод на экран картограммы нагрузок предприятия.

Данные, которые необходимо ввести:

1. количество цехов (отделов) на нашем предприятии;

2. промежуток времени, за который мы хотим увидеть зону рассеяния ЦЭН, часы, месяца, года;

3. мощность каждого цеха за определенный период, задается она в кВт;

4. координаты по оси X;

5. координаты по оси Y.

Координаты вводятся в метрах или километрах.

Далее идет расчет внутри программы. В него входит:

1. расчет радиусов кругов нагрузки цехов;

2. расчет координат ЦЭН по осям X и Y;

3. параметры для построения зоны рассеяния ЦЭН;

4. параметры для определения ориентации осей эллипса рассеяния ЦЭН;

5. параметры для определения зон увеличения приведенных годовых расчетных затрат при смещении ГПП (ГРП) из зоны рассеяния.

Все расчеты производятся в метрах или километрах.

Завершающим этапам является обработка результатов и вывод на экран картограммы нагрузок предприятия с зоной рассеяния ЦЭН. В обработку входит перевод результатов из метров (километров) в пиксели, для недопущения ошибки в графическом режиме.

Достоинствами программы являются:

1. упрощенность расчета;

2. доступность в обращении;

3. доступность программ FREE PASCAL, TURBO PASCAL 7.1, PASCAL ABC, PASCAL GUI;

4. точный результат за короткое время.

Недостатками программы являются:

1. программы PASCAL давно не используются для практического программирования, поэтому в дальнейшее программу следует перевести на язык C++, как более распространенного для программирования программ;

2. ограниченность возможностей. Таких как, наложение в графическом режиме, неправильный ввод десятинных чисел, невозможность редактирования в режиме запуска;

3. неяркий дизайн.

Что бы устранить недостатки и усовершенствовать программу нужно провести ряд модернизаций. На данный момент я выделила 4 пунктов:

1. определение местоположения ГПП (ГРП) с учетом динамики (развития) системы электроснабжения. Для оптимального выбора местоположения ГПП (ГРП) при учете динамики (роста) электрических нагрузок на генплан предприятия следует нанести:1) эллипс рассеяния координат ЦЭН, соответствующий статическому состоянию системы электроснабжения предприятия; 2) эллипс рассеяния координат ЦЭН, соответствующий развитию предприятия на планируемый срок без учета изменения генплана; 3) эллипс рассеяния координат ЦЭН, соответствующий перспективному развитию предприятия и росту электрических нагрузок при условии изменения генплана.

2. возможность вывода картограммы на печать.

3. возможность наложения картограммы на генплан предприятия.

4. усовершенствование интерфейса.

Таким образом, разработанная программа намного упрощает расчет зоны рассеяния ЦЭН до элементарного ввода данных, при этом в результате мы видим готовую картограмму предприятия с расположение центра нагрузок каждого цеха, его мощностью, зоной рассеяния ЦЭН, зоной рассеяния ЦЭН с учетом коэффициента корреляции, зон увеличения приведенных годовых расчетных затрат при смещении ГПП (ГРП) из зоны рассеяния. Как это было уже указано выше, данная программа на много сокращает время расчетов для определения зоны рассеяния ЦЭН, то есть сокращается и время расчетов всей системы электроснабжения предприятия, а, следовательно, уменьшает время и трудозатраты инженера-проектировщика. В итоге, заказчик получает качественный заказ за менее длительное время, а компания, предоставляющая услуги проектирования систем электроснабжения, повышает прибыль за счет увеличения своей производительности.

Ниже на рисунках представлены как выглядит ввод данных и результат программы – картограмма предприятия.

Рис. 1. Ввод данных для расчета зоны рассеяния центров электрических нагрузок

Рис. 2. Картограмма нагрузок. Мощность каждого цеха – окружность черного цвета;

зоны рассеяния ЦЭН – эллипс красного цвета;

зоны рассеяния с учетом коэффициента корреляции – эллипс синего цвета;

зон увеличения приведенных годовых расчетных затрат – окружности зеленого цвета

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1.Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 472с.

2.Федоров А.А., Ристхейн Э.М. Электроснабжение промышленных предприятий.: Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1981. – 360 с., ил.

3. Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов / отв. ред. А. Л. Портнягин. - Тюмень : ТюмГНГУ, 2012. – 280 с.

Код для цитирования: Скопировать