Спосіб визначення електричного навантаження групи електроприймачів

Реферат: Спосіб визначення електричного навантаження групи електроприймачів включає вимірювання електричних навантажень і тривалості технологічних режимів, обчислення середніх значень та квадратичних відхилень індивідуальних навантажень і тривалості технологічних режимів, проведення додаткових вимірів індивідуальних електричних навантажень і часу їх існування, обчислення математичних очікувань і дисперсій навантажень та тривалостей технологічних режимів, здійснення вибірки випадкових чисел, які визначають режим роботи кожного із змодельованих електроприймачів, підсумовування індивідуальних навантажень і визначення випадкової вибірки навантажень групи, визначення групових навантажень. Після визначення тривалостей технологічних режимів фіксують вимірювальним блоком масив даних активної потужності групи обладнання, будують первинні гістограми графіку навантаження, розраховують критерії рівності розподілу навантаження, порівнюють отримані дані, будують сумарну гістограму та розраховують критерії перевірки на нормальність розподілу, перевіряють розподіл групового навантаження за нормальним законом розподілу, порівнюючи розраховані критерії, перевіряють схеми підключення досліджуваного електротехнологічного обладнання, проводять розрахунок сумарних втрат потужності в лініях електропередач. UA 83774 U (12) UA 83774 U UA 83774 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електроспоживання промислових підприємств і може використовуватись для прогнозування електричних навантажень електроприймачів різних типів, у тому числі працюючих у різко змінному режимі навантаження. Відоме технічне рішення з визначення електричного навантаження групи електроприймачів [Мірошник О.О. Статистичне дослідження основних параметрів сільських мереж 0,38/0,22 кВ // наук, вісник НУБіП, Україна 166, - с. 8.] згідно з яким багаторазово вимірюють індивідуальні комунально-побутові навантаження за вибрані проміжки часу і обчислюють групове навантаження користуючись методами математичної статистики (математичним очікуванням, дисперсією) та підпорядковують графік навантаження закону нормального розподілу, оцінюють правомірність розподілу фазних струмів за нормальним законом для кожного статистичного ряду за критерієм Пірсона, графіки електроспоживання для усього приєднаного до фази навантаження отримують за відомими графіками окремих споживачів. Суттєві ознаки, що збігаються із способом, який заявляється: проводять статистичний аналіз добових графіків навантаження, обраховують математичне очікування і дисперсію; будують ймовірнісну модель добового графіка навантаження. Недоліки даного способу: виключає можливість розподілу графіку навантаження за полімодальним нормальним законом розподілення, що знижує точність розрахунку; графіки електроспоживання для усього приєднаного до фази навантаження отримують за відомими графіками окремих споживачів, що знижує точність визначення навантаження. Відоме технічне рішення [патент RU 2338310, H02J3/06, H02J13/00. 3.08.2007. Способ рационального использования системы электроснабжения, Андронов М.С.] полягає у тому, що шляхом прогнозування, грунтуючись на інформації про режими роботи електроприймачів і/або на відомих рівнях їх електроспоживання, якщо такі є, а за її відсутності експертним методом формують масив інформації про рівні електроспоживання в кожний з моментів або проміжків часу за вибраний фіксований період часу, цей масив інформації у вигляді бази даних заносять в пам'ять і на електронний носій електронно-обчислювальної машини (ЕОМ), далі на основі вищевказаної інформації складають графік енергоспоживання, потім здійснюють підключення додаткових джерел електрорушійної сили або відключення зайвих, а також здійснюють інші комутаційні процеси в електромережі таким чином, щоб значення параметрів вироблюваної, переданої, перетворюваної і розподіленої електроенергії в кожен момент часу відповідали складеним графікам енергоспоживання, шляхом вимірювань формують масив інформації про рівні фактичного електроспоживання в кожний з моментів або проміжків часу за той же період часу, цей масив інформації у вигляді бази даних також заносять в пам'ять і на електронний носій ЕОМ, далі за допомогою ЕОМ порівнюють значення складеного графіка енергоспоживання з виміряними рівнями електроспоживання в однакові моменти або проміжки часу, визначають періоди і відповідні значення відхилень фактичних рівнів електроспоживання від рівнів електроспоживання, відповідних складеним графіком, потім визначають кореляцію виявлених значень відхилень рівнів електроспоживання і періодів часу, в які сталися дані відхилення, з внесеними в масив інформації і занесеними в пам'ять і на електронний носій ЕОМ у вигляді бази даних можливими причинами виникнення таких відхилень і в разі збігу по часу дії причин виникнення відхилень і виникнення цих відхилень і не виключення дії цих причин протягом наступного планованого проміжку часу за допомогою ЕОМ вносять відповідні зміни до складеного раніше графіка енергоспоживання, далі процес повторюють, починаючи з моменту підключення або відключення джерел електрорушійної сили. Суттєві ознаки, що збігаються із способом, що заявляється: експертним методом формують масив інформації про рівні електроспоживання, цей масив інформації у вигляді бази даних заносять в пам'ять і на електронний носій ЕОМ, складають графік енергоспоживання, проводять статистичний аналіз добових графіків навантаження, будують ймовірнісну модель добового графіка навантаження. Недоліки даного способу: змінюють графік навантаження шляхом підключення або виведення певних споживачів, що неможливо зробити па підприємстві не змінюючи технологічний режим; враховують велику кількість другорядних факторів (температура, аеродинамічний опір механізмів та інші), що чинять не значний вплив на систему та ведуть лише до громіздкості розрахунку. Відоме технічне рішення [патент RU 2085956, G01R21/00, H02J13/00, 27.07.1997 Способ определения электрической нагрузки группы электроприемников, Новиков Я.М., Новиков С.Я., Новиков И.Я.] полягає у тому, що попередньо проводять по три-чотири виміри середніх електричних навантажень за інтервали заданої тривалості на кожному типі електроприймача в 1 UA 83774 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 кожному технологічному режимі, вимірюють тривалість кожного технологічного режиму за базисний час три-чотири рази, обчислюють за цими даними середні значення та квадратичні відхилення індивідуальних навантажень і тривалості кожного технологічного режиму і визначають за ними відповідно з точністю, необхідною за умовами задачі, проводять додаткові виміри індивідуальних електричних навантажень і тривалостей їх існування за базовий час, обчислюють за ним математичні очікування і дисперсію індивідуальних навантажень і тривалостей технологічних режимів, у відповідності з цими розрахунковими характеристиками моделюють на ЕОМ методом Монте-Карло з використаних нормального закону розподілу кожен електроприймач і часовий режим його роботи, здійснюють вибірку випадкових чисел, які визначають режим роботи кожного із змодельованих електроприймачів відповідно до ймовірностей появи цих режимів, які визначаються згідно з тимчасовим режимом роботи кожного електроприймача, підсумовують індивідуальні навантаження і визначають випадкову вибірку навантажень групи, визначають методами математичного моделювання групові навантаження. Суттєві ознаки, що збігаються із способом, який заявляється: аналізують значення активної потужності за вибраний проміжок часу; проводять статистичний аналіз добових графіків навантаження, обраховують математичне очікування, середньоквадратичні відхилення і дисперсію; будують ймовірнісну модель добового графіка навантаження з використанням нормального закону розподілення. Недоліки даного способу: при розрахунку даного способу не враховують схеми підключення індивідуальних навантажень, що впливає на точність проведених розрахунків; виключають можливість розподілу графіка навантаження за полімодальним нормальним законом розподілення; відсутня перевірка графіка навантаження на розподілення за нормальним законом. Відоме технічне рішення вибрано як найближчий аналог. В основу корисної моделі поставлено задачу визначення електричного навантаження групи електроприймачів з урахуванням нормального закону розподілення електричного навантаження, перевірки схем підключення електротехнологічного обладнання групових навантажень, моделювання технологічного процесу, що приводить до уточнення розрахунку групового навантаження електротехнологічного обладнання. Поставлена задача вирішується, тим, що у корисній моделі попередньо проводять виміри електричних навантажень, і тривалості технологічних режимів, обчислюють середні значення та квадратичні відхилення індивідуальних навантажень і тривалості технологічних режимів, проводять додаткові виміри індивідуальних електричних навантажень і часу їх існування, обчислюють математичні очікування і дисперсію навантажень і тривалостей технологічних режимів, здійснюють вибірку випадкових чисел, які визначають режим роботи кожного із змодельованих електроприймачів, підсумовують індивідуальні навантаження і визначають випадкову вибірку навантажень групи, визначають групові навантаження, згідно з корисною моделлю після визначення тривалостей технологічних режимів фіксують вимірювальним блоком масив даних активної потужності групи обладнання, будують первинні гістограми графіка навантаження, розраховують критерії рівності розподілу навантаження, порівнюють отримані дані, будують сумарну гістограму та розраховують критерії перевірки на нормальність розподілу, перевіряють розподіл групового навантаження за нормальним законом розподілу порівнюючи розраховані критерії, перевіряють схеми підключення досліджуваного електротехнічного обладнання, проводять розрахунок сумарних втрат потужності в лініях електропередач. Спосіб пояснюється наступними кресленнями: на фіг. 1 наведено алгоритм розрахунку групових навантажень; на фіг. 2 наведено блок-схему радіального підключення групового навантаження, на якій прийняті позначення: 0 - джерело живлення; 1, 2, 3 - електротехнологічне навантаження; 0-1,0-2, 0-3 - ділянки лінії; на фіг. 3 наведено блок-схему магістрального підключення групового навантаження, на якій прийняті позначення: 0 - джерело живлення; 1, 2, 3 електротехнологічне навантаження; 0-1, 0-2, 0-3 - ділянки лінії; на фіг.4 наведено блок-схему змішаної схеми підключення групового навантаження, на якій прийняті позначення: 0 - джерело живлення; 1, 2, 3 електротехнологічне навантаження; 0-1,0-2, 0-3 - ділянки лінії. Спосіб реалізується наступним чином. Проводять вимірювання електричних навантажень Pi за досліджуваний період часу, дані формують у масив і вводять в ЕОМ (фіг. 1.), за відповідними методами проводять сортування даних за зростанням, дані вибірки Pi , Pi1 , Pi2 розбивають на оптимальну кількість інтервалів за наступним виразом: 2 UA 83774 U h 5 P(i) max  P(i) min , (1) 1  3.2 ln( n) де P(i) max , P(i) min максимальні і мінімальні значення активної потужності періоду часу, n кількість вимірів активної потужності. Знаходять значення вибірок за допомогою правила трьох сигм, визначають частоту розподілу величини навантаження p  : i ni , (2) n де ni - число разів, коли P прийняла значення Pi ; n - об'єм вибірок навантаження. Визначають математичне очікування: p  i n M(Pi )   Pi  p . (3) i i1 10 Визначають дисперсію: n D(Pi )   (Pi  M(Pi ))2  p . (4) i i1 Визначають середньоквадратичне відхилення: 15 20 (Pi )  D(Pi ) . (5) Визначають інтервали розкиду навантаження за правилом трьох сигм () : M(Pi )  3  (Pi ) , M(Pi )  3  (Pi ) . Виконують очистку початкових даних Pi за методом "миттєвих" гістограм. Проводять підготовку для побудови сумарної гістограми: 1. Визначають спостережуваний критерій: M(Pi )  M(Pi1 ) ,(6) z спост  D(Pi ) D(Pi1 )  ni ni1 де M(Pi ) і M(Pi1) - центри розподілу (середні значення) вибірок; D(Pi ) і D(Pi1 ) - оцінки дисперсії; n,n  1 - кількість вимірів активної потужності i та i  1 вибірок; 2 .Критичне значення критерію z крит розраховують за допомогою функції Лапласа: 1  , (7) 2 де  - рівень значимості, вибирають з таблиць. За знайденими значеннями функції Лапласа із таблиць вибирають z крит . Отримані дані перевіряють нерівністю z спост  zкрит . Ф 0 ( z крит )  25 30 Якщо нерівність не виконана то вибірки Pi , Pi1 двох центрів розподілу відкидають і виконують повторне введення початкових даних. Якщо нерівність виконана то за існуючими методами будують сумарну гістограму, повторно розраховують оптимальну кількість інтервалів (1) уже сумарної гістограми. Проводять перевірку сумарної гістограми за нормальним законом розподілення. Значення нормального розподілення випадкової величини визначають по формулі: f (Pi )  35 1 (Pi M(Pi ))2 2 2 (Pi ) , (8) (Pi )  2   де M(Pi ) - математичне очікування потужності навантаження (3); (Pi ) - середньоквадратичне відхилення потужності навантаження (5). Розраховують щільність розподілу частот: e p , (9) i h де h - довжина розряду; p  - частота розподілу величини навантаження. i f  (Pi )  40 3 UA 83774 U Визначають імовірність потрапляння значень активної потужності в заданий інтервал: pi (Pi )  f (Pi )  h . (10) Перевіряють справедливість сумарної гістограми розподілу навантаження за допомогою критерію Пірсона: 5 10 15 20 25 (pi  p )2 , (11) i pi i1 де n - об'єм вибірки; pi - імовірність потрапляння значень активної потужності в заданий інтервал; r 2  спост  n   p  - частота розподілу потужності. i Визначають число ступенів свободи: k  r    1, (12) де r - число розрядів;  - число параметрів розподілу, що перевіряється. Визначивши число ступенів свободи вибирають коефіцієнт значущості  (0.001; 0.01; 0.05, 0.1, 1). 2 На основі коефіцієнта значущості з таблиць вибирають  крит для Перевірки нерівності 2 2  спост   крит . Якщо нерівність не виконується то досліджувана величина навантаження розподілена не за нормальним законом розподілу. Якщо нерівність виконана - випадкова величина розподілена за нормальним законом розподілення. Перевіряють схеми підключення електротехнологічного обладнання та визначають втрати потужності у лініях електропередач Pлінії . Порядок розрахунку схем підключення електротехнологічного обладнання вибирають, виходячи зі спеціалізації підприємства та схеми підключення навантаження. Якщо схема підключення електротехнологічного обладнання радіальна (фіг. 2) то сумарну потужність розраховують за виразом:       R0 R0 R0 ' ' ' 2 2 2 P  P1  P2  P3   P1  2 1  P1    P2  2 2  P2    P3  2 3  P3  , (13)       Uном Uном Uном       ' ' де P1' , P2 , P3 - значення потужності розраховані з урахуванням втрат у лінії; R 0 1 , R02 , R03 - опори кожної лінії електропередач; P1 , P2 , P3 - потужності навантаження; 30 35 2 Uном ~ номінальна напруга мережі. Якщо схема підключення магістральна (фіг. 3). Сумарну споживану потужність розраховують за виразом: 2      R 23 R 23 R12  2  2  P   P3  2  P3   P2  2   P2  P3  2  P3        Uном Uном  Uном       . (14) 2 2     R R R  2  P1  201   P1  P2  212   P2  P3  223  P3     Uном  Uном  Uном     Якщо схема підключення обладнання змішана (фіг. 4). Сумарну споживану потужність розраховують за виразом:     R R 2 2 P   P1  201  P1    P3  223  P3       Uном Uном     . (15) 2   R 02  2 R 23  2    P2  2   P2  P3  2  P3    Uном  Uном      Після вибору схеми підключення і розрахунку втрат потужності у ЛЕП проводять введення ' досліджуваних вибірок Pn . Визначають пробне вибіркове середнє значення електричного навантаження режиму: 4 UA 83774 U 1 ' ' ' (P1  P2  P3 ) , (16) 3 ' ' де P1' , P2 , P3 - значення потужності навантажень 1, 2, 3 фіг. 2, 3, 4 виміряні за певний інтервал часу з урахуванням втрат у лінії. Визначають пробну вибіркову дисперсію: 1 ' ' ' D 2  (P1  P )2  (P2  P )2  (P3  P )2 . (17) 2 Проводять побудову довірчого інтервалу з рівнем довіри  90 % і довжиною z  0.1P , P 5     0.05 P . Знаходять необхідну кількість замірів: 2 N  t 0.1 D2 2 де  2.92 - квантиль розподілу Стьюдента, що відповідає двом ступеням свободи і заданому рівню довіри (0,11-0,9). Проводять додаткові розрахунки і повторно розраховують середнє значення навантаження (16), пробну вибіркову дисперсію (17). Будують довірчі інтервали для середнього значення потужності P та дисперсії D2 , параметрів нормального розподілу навантаження технологічних режимів споживачів. Довірчі інтервали для середнього значення потужності навантаження P : 2 t 0.1 10 15  D2  t N1,0.05 D2  t N1,0.05  ;P  P   , (12) N N     де t N1,0.05 вибирають із таблиці Стьюдента. Знаходять довірчий інтервал для дисперсії навантаження за відповідними статистичними формулами: 20 25 30  (N  1)  D2 (N  1)  D2  ; 2  2  , (13) N1,0.95   N1,0.05   2 де N1,0.05  12.59 з таблиці  2 розподілу; 2 N1,0.95  1.64 з таблиці  2 розподілу. Вибирають верхні межі цих інтервалів як розрахункові величини для певного технологічного режиму і вибраного типу електроспоживачів. Аналогічним способом визначають характеристики в усіх режимах роботи. Тривалість роботи електротехнологічного обладнання вимірюють протягом доби. Середні величини і довірчі інтервали тривалості протікання технологічного процесу визначають аналогічним методом, що і потужність навантаження. Результати обчислень для кожного типу обладнання наводять у вигляді чотирьох векторів: ( ( ) P(n )  (P1n) ,..., Pknn) ) - вектор електричного навантаження; ( ( ) D (n )  (D1n ) ,..., D(nn ) ) - вектор дисперсії електричного навантаження; k( ( ) T (n )  ( t1n ) ,..., t (nn ) ) - вектор тривалості протікання процесу; k( ( ) (n )  ( 1n ) ,..., (nn ) ) - вектор дисперсії тривалості протікання технологічних процесів. k( 35 На основі отриманих параметрів моделюють i  1 режим на установці певного типу: k i(n )  D(n )  x 0  Pi(n ) , (14) i де x 0 - стандартний нормальний розподіл. Проводять такі ж побудови для тривалості технологічних режимів обладнання. t (n ) i . (15) 24 Для кожної установки розбивають відрізок [0;1| на інтервали, що не перетинаються: ( ( ( ( ( ( ) (n ) [0; t1n ) ),[ t1n ) ; t1n )  t 2n ) ),..., [ t1n )  ...  t knn)1, t (n ) ) . (16) ( t i(n)  40 Проводять вибірку N випадкових чисел так, що потрапляння n -го числа вибірки в один з інтервалів, визначає режим роботи n -ої установки. 5 UA 83774 U Визначають величину електричного навантаження групи електроспоживачів: 5 10 15 20 25 ( n) ( N) P(n)  Pin(n)  ...  PiN(n) . (17) За необхідності експеримент можна повторити n -ну кількість разів. Таким чином у ході реалізації способу визначення електричного навантаження групи електроприймачів забезпечують позитивний ефект: уточнення розрахунку групових навантажень; перевірка на підпорядкованість нормальному закону розподілу; врахування варіантів підключення групового навантаження; ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення електричного навантаження групи електроприймачів, який полягає у тому, що попередньо проводять виміри електричних навантажень і тривалості технологічних режимів, обчислюють середні значення та квадратичні відхилення індивідуальних навантажень і тривалості технологічних режимів, проводять додаткові виміри індивідуальних електричних навантажень і часу їх існування, обчислюють математичні очікування і дисперсію навантажень та тривалостей технологічних режимів, здійснюють вибірку випадкових чисел, які визначають режим роботи кожного із змодельованих електроприймачів, підсумовують індивідуальні навантаження і визначають випадкову вибірку навантажень групи, визначають групові навантаження, який відрізняється тим, що після визначення тривалостей технологічних режимів фіксують вимірювальним блоком масив даних активної потужності групи обладнання, будують первинні гістограми графіку навантаження, розраховують критерії рівності розподілу навантаження, порівнюють отримані дані, будують сумарну гістограму та розраховують критерії перевірки на нормальність розподілу, перевіряють розподіл групового навантаження за нормальним законом розподілу порівнюючи розраховані критерії, перевіряють схеми підключення досліджуваного електротехнологічного обладнання, проводять розрахунок сумарних втрат потужності в лініях електропередач. 6 UA 83774 U 7 UA 83774 U 8 UA 83774 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9