Спосіб формування структури радіальної дворівневої електричної мережі

Спосіб формування структури радіальної дворівневої електричної мережі, який полягає у тому, що збирається інформація, параметри (потужність, розташування, напруга живлення) пристроїв (електроспоживачі, трансформатори, лінії електрозв'язку, розподільчі пристрої), які необхідно розташувати у мережі, за цими даними за допомогою електронної обчислювальної машини будується потенційна поверхня за формулою, на якій автоматично розпізнаються еквіпотенційні контури, що розподіляють електроспоживачів на групи, та визначаються координати центрів електричних на вантажень для цих груп, де встановлюються джерела живлення (розподільчі пристрої, трансформатори), та до яких під'єднуються живильні мережі споживачів, який відрізняється тим, що при побудові потенційної поверхні додатково враховується коефіцієнт очікуваних втрат у лініях зв'язку електроспоживачів електричної мережі, який визначається автоматично за визначеним правилом, а формула для побудови потенційної поверхні має вигляд: Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана для побудови, реконструкції та оптимізації дворівневих радіальних мереж систем електропостачання. Процесом як об'єктом технології є сукупність дій з вимірювання параметрів, які характеризують споживачів у складі мережі, перетворення даних про споживачів для формування структури мережі системи електропостачання та визначення параметрів елементів (трансформаторів, ліній, розподільчих пристроїв) дворівневої радіальної мережі систем електропостачання, а також керування процесом побудови мережі систем електропостачання. Продуктами, щодо яких у корисній моделі виконуються дії, є параметри споживачів (потужність, розташування, напруга живлення). Продуктом, за допомогою якого у корисній моделі виконуються дії, є електронно-обчислювальна машина (ЕОМ). Відомий спосіб формування структури радіальної дворівневої електричної мережі [1], який полягає у тому, що виконується розподіл електроспоживачів на групи, за географічним принципом, для електроспоживачів задають питомі витрати на одиницю довжини лінії зв'язку електроспоживачів електричної мережі, а для груп - попереднє значення координат центру електричних навантажень, визначають коефіцієнти розкиду навантаження, з яких формують коефіцієнт групи, за яким проводиться корекція координат центру електричних навантажень. Параметрами, які характеризують споживачів у складі мереж у відомому способі, є питомі витрати на одиницю довжини лінії зв'язку та коефіцієнт групи. Недоліком даного способу є те, що при його використанні сформована електрична мережа характеризується великою витратою провідникового матеріалу, що обумовлено використанням  x, y   n    2 2 i  e 1 Pi x  xi   y  yi  , i 1 (19) UA (11) 61405 (13) U де (хі; уі) - координати і-ого електроспоживача, м;  Pi - коефіцієнт очікуваних втрат у лініях зв'язку, Вт/м; Pі - потужність електроспоживача, кВт; n - кількість електроспоживачів, од. 3 географічного принципу, при розподіленні електроспоживачів на групи. Прототипом вибрано відомий спосіб формування структури радіальної дворівневої електричної мережі [2], який полягає у тому, що будується потенційна поверхня, за інформацією про потужності електроспоживачів, та їх координатами, на якій розпізнаються еквіпотенційні контури, що розподіляють електроспоживачів на групи, визначаються координати центрів електричних навантажень для цих груп. Потенційна поверхня від кожного приймача, у місці її виникнення, пропорційна його потужності і при віддалені зменшується пропорційно довільно вибраному коефіцієнту контрасту рельєфу потенційної поверхні. Параметрами, які характеризують споживачів у складі мережі в прототипі, є потенційна поверхня та коефіцієнт контрасту рельєфу. Недоліком відомого способу є те, що при його використанні в електричній мережі спостерігаються високі втрати електричної енергії. В основу корисної моделі поставлена задача зменшення втрат електричної енергії у мережі та зменшення витрат провідникового матеріалу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі формування структури радіальної дворівневої електричної мережі, який полягає у тому, що збирається інформація, параметри (потужність, розташування, напруга живлення) пристроїв (електроспоживачі, трансформатори, лінії електрозв'язку, розподільчі пристрої), які необхідно розташувати у мережі, за отриманими даними, за допомогою ЕОМ, будується потенційна поверхня, на якій автоматично розпізнаються еквіпотенційні контури, що розподіляють електроспоживачів на групи та визначаються координати центрів електричних навантажень для цих груп, де встановлюються джерела живлення (розподільчі пристрої, трансформатори), та до яких під'єднуються живильні мережі споживачів. При побудові потенційної поверхні додатково враховується коефіцієнт очікуваних втрат у лініях зв'язку електроспоживачів електричної мережі, який визначається автоматично за визначеним правилом. При цьому коефіцієнт очікуваних втрат у лініях зв'язку електроспоживачів спотворює потенційну поверхню таким чином, що центри електричного навантаження зміщуються до електроспоживачів, це призводить до зменшення втрат електричної енергії у мережі, крім цього, змінюється кількість груп та розподілення електроспоживачів по групах, що зменшує витрати провідникового матеріалу. Параметрами, які характеризують споживачів у складі мережі в корисній моделі, є потенційна поверхня, коефіцієнт очікуваних втрат у лініях зв'язку. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - шляхом структурних удосконалень розроблено спосіб формування структури радіальної дворівневої електричної мережі із поліпшеними техніко-економічними показниками сформованих мереж, тобто зменшеними втратами 61405 4 електричної енергії та витратами провідникового матеріалу. Це забезпечує усій заявленій сукупності ознак відповідність критерію "новизна" та приводить до нових технічних результатів. Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення задовольняє критерію "винахідницький рівень". Формування структури радіальної дворівневої електричної мережі здійснюють наступним чином. Будується потенційна поверхня за формулою показникової форми потенційної функції: n x, y    i  e  1i x  xi   y  yi  2 2  (1), i 1 м; де (хі; уі) - координати і-ого електроспоживача,  i - коефіцієнт очікуваних втрат у лініях зв'язку, Вт/м; Рі - потужність електроспоживача, кВт; n - кількість електроспоживачів, од. Для цього спочатку визначають: координати (хi; уі) кожного і-ого електроспоживача на генеральному плані. Потім, в залежності від споживаної потужності для кожного і-ого електроспоживача, задають питомий опір матеріалу провідників ( i ) лінії його зв'язку з центром електричних навантажень. Виходячи з величини потужності споживача (Pі), визначають переріз провідника (Fi) [3] для заданого класу живильної напруги (U). На основі визначених параметрів розраховують коефіцієнт очікуваних втрат ( i ) у лініях зв'язку електроспоживачів, яке визначається для кожного приймача окремо за формулою:  i  i2  i (2), , U2  Fi де i - питомий опір матеріалу провідника і2 ого електроспоживача, Ом  мм /м; Fі - переріз провідника, визначається як функ2 ція від потужності, що передається, мм ; U - напруга, кВ; Pi - потужність електроспоживача, кВт. На основі визначених координат кожного електроспоживача (xi;yi) на генеральному плані та його потужності (Рi), а також визначених коефіцієнтів очікуваних втрат у лініях зв'язку для кожного електроспоживача (  i ,) будують потенційну поверхню за формулою (1). Рівні за значенням потенціали, розташовані в безпосередній близькості один від одного, з'єднують прямою, що призводить до утворення еквіпотенційних контурів, які розподіляють задану множину електроспоживачів на групи. Вершини графіку потенційної функції визначають координати центрів електричного навантаження для цих груп. Центри електричних навантажень з'єднують з електроспоживачами своїх груп лініями зв'язку. 5 61405 Формування структури радіальної дворівневої електричної мережі завершується з'єднанням кожного з центрів електричних навантажень з головним джерелом живлення. 6 Спосіб, який заявлено, проілюстровано на основі приклада, що міститься в прототипі [1], вихідні данні для якого наведено у табл. 1. Таблиця 1 Вихідні дані прикладу № ес. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 X, м 38 15 44 22 42 26 29 7 17 20 28 35 25 41 Y, м 94 110 116 133 107 121 98 53 63 52 43 71 72 71 Р, кВт 191 92 185 139 230 41 70 253 67 128 67 53 16 205 2 F, мм 185 70 185 120 190 16 50 190 50 95 50 25 6 240 В даній табл. 1 наведені для кожного електроспоживача (№ ес.) його потужність (Р, кВт), переріз 2 ліній зв'язку (F, мм ) та координати розташування на плані (X, м; Y, м). № ес. 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 X, м 68 80 87 104 88 67 86 109 105 119 83 101 125 83 Y, м 91 70 91 72 106 72 72 40 24 40 53 56 55 21 Р, кВт 255 79 43 16 18 120 95 231 68 48 72 65 65 16 2 F, мм 190 50 25 6 6 95 70 190 50 25 50 35 35 6 В табл. 2 приведено отримані за виразом (2) значення коефіцієнтів очікуваних втрат у лініях зв'язку для кожного електроспоживача. Таблиця 2 Значення коефіцієнтів очікуваних втрат №   , Вт/м №   , Вт/м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 22,41429 13,74382 21,02818 18,30115 31,64696 11,94202 11,13925 38,29282 10,20492 19,60317 10,20492 12,77149 4,849742 19,90336 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 38,90064 14,18777 8,406725 4,849742 6,137955 17,22935 14,65477 31,92275 10,51182 10,47544 11,78487 13,72109 13,72109 4,849742 Результати використання способу, описаного в прототипі, та заявленого способу формування структури радіальної дворівневої електричної мережі наведені у табл. 3. В табл. 3 для кожної групи споживачів наведено її склад та координати розташування джерела живлення (X;Y). Порівняльний аналіз мереж, за критеріями втрат активної потужності та витрат провідниково го матеріалу, сформованих за способом прототипом та заявленим способом, наведено в табл. 4. В табл. 4 втрати активної потужності та витрати провідникового матеріалу мережі прототипу прийняті за 100 %. Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що спосіб, який заявляється, задовольняє критерію "промислове застосування". 7 61405 8 Таблиця 3 Структура радіальної дворівневої електричної мережі, за способом прототипом та заявленим способом № За способом прототипом групи Склад групи 1 2 3 4 5 За заявленим способом Координати розташуКоординати розташування джерела живвання джерела живСклад групи лення лення (X;Y), м (X;Y), м (15; 55) 4, 6, 2, 3, 5, 7, 1, 13, 12, 14 (40;100) (40; 110) 9, 8, 10, 11 (11;53) (72; 87) 15, 20, 18, 21 (69;93) (113; 40) 16, 22, 17, 19, 26, 27 (94;58) 28, 23, 25, 24 (122;38) 2, 4, 6, 3, 5, 1, 7 13, 12, 14, 9, 8, 10, 11 15, 18, 21, 22, 17, 19, 20 26, 27, 28, 23, 25, 24 Таблиця 4 Порівняльний аналіз сформованих мереж Параметр Втрати активної потужності за рік Витрати провідникового матеріалу Прототип 100 % 100 % Джерела інформації: 1. Федоров А.А., Садчиков С.В. Характеристики и алгоритмы формирования и отбора вариантов систем промышленного электроснабжения. Электричество, 1982, №2, с.1-5. 2. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учеб Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко Корисна модель 97 % 98 % ник для вузов.-4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - с.214-234. 3. Электротехнический справочник. Общие вопросы. Электротехнические материалы / под общ. ред. В.Г.Герасимова - 9-е изд. Стер. В 4-х томах М: Энергия, 2003. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601