WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Модель и алгоритмы для информационной системы управления режимами электропотребления промышленных предприятий

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

 

 

Хорошилов Николай Владимирович

 

МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМЫ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ

ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

Специальность: 05.13.10 – Управление

в социальных и экономических системах

 

АВТОРЕФЕРАТ

 

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

КУРСК – 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО

«Курский государственный технический университет».

Научный руководитель:          заслуж. деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук,

профессор Захаров И.С.;

Официальные оппоненты:      доктор технических наук,

профессор Атакищев О.И.;

кандидат технических наук

Рындина И.Е.

Ведущая организация:   ОКБ «Авиаавтоматика», г. Курск

Защита состоится «27» апреля 2007 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.105.02 при Курском государственном техническом университете по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94 (конференц-зал).

Заверенные отзывы на автореферат в двух экземплярах направлять по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94, КГТУ, ученому секретарю диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «27» апреля  2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета ___________ Е.А. Титенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Развитие современного энергетического комплекса РФ, обеспечивающего надежное функционирование промышленных предприятий (ПП), связано с масштабным внедрением энергосберегающих технологий. Важность роли технических, организационных и управленческих мероприятий по энергосбережению, определяющих и контролирующих значительный комплекс управленческих решений в системе электроснабжения промышленного предприятия (СЭСПП), определяется необходимостью учета комплекса производственно-экономических и управленческих требований. С одной стороны,  это увеличение энергоемкости в промышленности (до 46%): металлургия, машиностроение, станкостроение и другие производства, – расширение номенклатуры продукции, динамическое изменение суточной и годовой нагрузки в работе ПП. С другой стороны, большой износ оборудования СЭСПП обусловливает значительные потери электроэнергии, что является недопустимым для ПП в современных условиях (до 13,5% от объема производства энергоресурсов).

Перспективным подходом активизации внутренних возможностей предприятия является повышение эффективности работы системы управления в СЭСПП, являющейся частью информационной системы управления промышленным предприятием (ИСУПП), реализующей процессы подготовки, принятия и исполнения решений в условиях обоснованного сокращения потребления электроэнергии вследствие ограниченности финансовых ресурсов. Общая задача управления СЭСПП включает в себя задачу сокращения потребления электроэнергии, которое может быть достигнуто путем выбора оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП. Такой подход обеспечит эффективность функционирования СЭСПП в стоимостном, производственном и социальном аспектах. Вместе с тем, снижение уровня напряжения сопровождается проявлением различных отрицательных последствий. В первую очередь, это падение производительности технологического оборудования с последующим уменьшением прибыли предприятия, что может повлечь негативный экономический и социальный эффекты.

Научной проблемой энергосбережения в системах электроснабжения занимались такие ученые как Г.Я. Вагин, С.Д. Волобринский, А.А. Глазунов, Ю.С. Железко, Г.М. Каялов,  B.C. Орлов, В.А. Строев, Е.А.  Конюхова и др., в работах которых рассматривались вопросы экономии электроэнергии. Разработками автоматизированных информационных  систем для энергетической отрасли занимались  Н.М. Абдикеев, Р.А. Алиев, Л.С. Беляев, В.В. Иванов, Э.А. Киреева, А.А. Макаров, Г.Е. Поспелов и др.  Основное назначение этих систем,  их моделей и алгоритмов - выработка управляющих решений в энергосистемах и, в том числе, сокращение потерь в них.

Вместе с тем, вопросы выбора оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП с учетом существующего противоречия между обоснованно сэкономленной электроэнергией и уменьшением прибыли предприятия в данных работах рассматривались только косвенно.

Следовательно, объективно возникающая научно-техническая задача разработки модели и алгоритмов управления режимами электропотребления для ИСУПП является актуальной и практически востребованной в управлении СЭСПП.

Диссертационная работа выполнялась в рамках следующих целевых программ: областной целевой программы «Энергосбережение Курской области на период 2002-2005 гг.», утвержденной постановлением Курской областной Думы № 378-Ш-ОД от 31 января 2002 г, а также целевой программы «Энергосбережение Минобразования России», – которые являются составными частями Федеральной целевой программы «Энергосбережение России» (1998-2006 гг.).

Цель исследования – повышение эффективности управления режимами электропотребления для снижения потребления электроэнергии на основе разработки модели и алгоритмов  для  ИСУПП по выбору оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП.

Объектом исследования является подсистема управления энергосбережением ПП (режимами электропотребления ПП) как часть ИСУПП.

Предметом исследования являются процессы управления уровнем напряжения в СЭСПП.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих научно-технических задач:

  • Анализ существующих ИСУПП и моделей управления СЭСПП применительно к задаче сокращения потребления электроэнергии, обоснование и выбор направления исследований.
  • Разработка и исследование математической модели определения оптимального значения уровня напряжения, учитывающей сокращение потребления электроэнергии и уменьшение объема выпуска продукции при снижении уровня напряжения в электрической сети СЭСПП.
  • Разработка алгоритма, позволяющего определять узлы в СЭСПП, в которых должны применяться воздействия по управлению уровнем напряжения.
  • Разработка алгоритма определения условий устойчивости принимаемого решения при изменении исходных данных.
  • Экспериментальная проверка эффективности и корректности модели по сокращению потребления электроэнергии.

Научная новизна работы

  • Разработана математическая модель выбора оптимального значения уровня снижения напряжения в электрических сетях СЭСПП, позволяющая обосновать оптимальный уровень напряжения и учесть уменьшение объема выпуска продукции в зависимости от характера и вида потребляемой мощности, вида технологического оборудования и участка технологического процесса.
  • На основе многоуровневого информационного представления СЭСПП разработан алгоритм, позволяющий определять характерные места регулирования напряжения для достижения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и потерями от снижения производственной мощности.
  • Разработан алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых оптимальных решений на основе метода фазовой плоскости для двух переменных, обеспечивающий определение границ изменения исходных данных, при которых найденное решение (значение снижения напряжения) остается оптимальным.

Практическая ценность работы состоит, в первую очередь, в создании научной и инженерно-технической основы для разработки средств и информационных технологий сокращения потребления электроэнергии для существующих и перспективных ИСУПП. При этом получены следующие результаты:

  • разработана методика для определения снижения производительности технологического оборудования на ПП, позволяющая на основе разработанных схем замещения электрических сетей СЭСПП, статических характеристик (СХ) электроприемников (ЭП), вида технологического оборудования и характера технологического процесса определять уровень снижения напряжения под различные типовые структуры СЭСПП (ЭП, группа ЭП, участок, цех и др.);
  • создана структурная схема подсистемы управления режимами работы системы электроснабжения как часть общей системы ИСУПП, обеспечивающей выбор и корректировку оптимальных значений уровней напряжения в характерных точках многоуровневого представления СЭСПП;
  • на основе анализа допустимых значений целевой функции с помощью платежной матрицы по критериям Гурвица и Лапласа осуществлен выбор оптимального снижения напряжения на 3% и уточнены СХ электроприемников на основе экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

  • математическая модель определения оптимального уровня снижения напряжения в электрической сети СЭСПП, позволяющая учитывать снижение потребления электроэнергии и уменьшение объема выпуска продукции при снижении уровня напряжения в электрической сети СЭСПП, экспериментальная проверка ее эффективности и корректности;
  • алгоритм определения узлов регулирования напряжения в СЭСПП для получения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и снижением производительности промышленного предприятия;
  • алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых решений, позволяющий определить границы изменения исходных данных и обеспечивающий сохранение оптимального найденного решения.

Апробация и публикация.

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:

  • 10-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», (г. Москва, 2004 г.)
  • Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития». (Украина, г. Одесса, 2005 г.)
  • Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании». (Украина, г. Одесса, 2006 гг.)
  •  Международная научно-практическая конференция «Современные направления теоретических и прикладных исследований». (Украина, г. Одесса, 2006 г.)

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 9 статей, из них 2 статьи по перечню центральных рецензируемых журналов и изданий рекомендуемы ВАК Министерства образования и науки РФ.

Личный вклад соискателя в публикациях, выполненных в соавторстве: [1, 2, 8, 9, 10, 12, 13] – расчет потерь электроэнергии, проведение численных экспериментов и анализ результатов, [3, 4, 14] – разработка математической модели процесса принятия решений, ее анализ и решение задачи оптимизации электропотребления, [5, 6, 7] – вывод аналитических зависимостей производительности труда от уровня освещенности и светового потока от уровня напряжения, определение статических характеристик, [11] – вывод статических характеристик асинхронных двигателей.

Реализация и внедрение.

Результаты работы внедрены на ОАО «Электроагрегат», г. Курск. Материалы работы использованы в учебном процессе кафедры «Электроснабжение» КурскГТУ в курсе «Автоматизация проектирования систем электроснабжения».

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованных источников (114 наименований) и 5 приложений. Общее количество машинописных страниц - 167, рисунков -45, таблиц - 33.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и частные задачи исследования, научная новизна и практическая ценность, представлены основные результаты работы.

Первый раздел посвящен обзору современного состояния в области информационных систем управления СЭСПП и обоснованию выбора задач исследования.

Показано, что современное положение дел по отношению к энергоресурсам на энерго- и промышленных предприятиях характеризуется противоречивой тенденцией: опережающий рост энергопотребления ПП и недостаточный прирост мощностей энергопредприятий. Объективно существующий дефицит электроэнергии обусловливает внедрение разнообразных активных энергосберегающих мероприятий и технологий.

Проведенный анализ существующих подходов к энергосбережению выделил в качестве базового подхода оптимизацию электропотребления за счет внедрения новых технических и технологических решений для типовой схемы СЭСПП. Данный подход позволяет на существующем оборудовании получить положительный экономический эффект от обоснованной экономии электроэнергии. Для этого в управлении СЭСПП возникает задача определения оптимального значения снижения уровня напряжения в электрической сети СЭСПП и нахождения в его структуре точек регулирования.

Управление ПП является в основе своей распределенным. Это означает, что единая задача разбивается на множество подзадач с собственными локальными целевыми функциями (подзадача управления стоимостью и объемами ресурсов, подзадача определения удельных капиталовложений на единицу продукции, подзадача оптимизации энергопотребления, сводная задача координации и т.д.). Основой для декомпозиции на подзадачи является формализованное многоуровневое описание структуры ПП в виде концептуального, информационного или структурно-функционального представления. Распределенный характер узлов СЭСПП по структуре ПП позволяет вырабатывать согласованные решения по координации управления ПП в целом. Такая интеграция информационного представления СЭСПП в общую структуру ПП позволит определить места и интенсивность воздействия характерных узлов изменения уровня напряжения.

Показано, что, в первую очередь, решение поставленной задачи осложняется следующими факторами:

  • Большое число уровней и точек регулирования напряжения в четырехуровневой структуре СЭСПП (рис. 1) с нерегулярными связями.

Рис. 1. Многоуровневая структура СЭСПП,

где ГПП (ПП) – главная понизительная подстанция (питающая подстанция); КТП (ЦТП) – комплектная (цеховая) трансформаторная подстанция; РП (ШР) – распределительный пункт (шкаф распределительный), ЭП - электроприемник.

  • Изменение объема выпуска продукции во времени, количество потребляемой электроэнергии.
  • Изменение напряжения питания в течение года из-за неравномерности потребления электроэнергии в различные периоды времени.
  • Временное изменение себестоимости и цены продукции и ресурсов ПП в условиях рыночной экономики.

Нахождение решения поставленной задачи, кроме перечисленных факторов, усложняется большим объемом вычислений, нелинейным характером большинства используемых функциональных зависимостей и неопределенностью части исходной информации, что требует разработки и применения математических моделей управления уровнем энергопотребления и информационных технологий.

В диссертационной работе был проведен анализ состояния вопроса по применению автоматизированных информационных систем управления (АИСУ) в электроэнергетике. Прежде всего, рассмотрены автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ), отвечающие за весь цикл производства и потребления электроэнергии, отраслевые системы управления ОАСУ «Энергия» и «ПАРУС» для управления комплексом энергосистем, «Венец НВ», «НЕВА», являющиеся автоматизированными системами управления технологическим процессом на электростанциях. Данные системы предназначены для обеспечения процесса принятия решений лицом, принимающим решение (ЛПР), на энергетических предприятиях, занимающихся выработкой и передачей электроэнергии. Основное назначение моделей и алгоритмов этих систем - выработка управляющих решений в энергосистемах в процессе их эксплуатации. Вместе с тем, специфика ПП, заключающаяся в потреблении электроэнергии для выпуска продукции, в АИСУ данного класса практически не учитывается, так как энергосистемы осуществляют производство, передачу и распределение электроэнергии. Основными задачами АИСУ для ПП являются обеспечение производственного цикла выпуска продукции и вопросы оптимизации электроэнергии на уровне ПП.

Приведенный анализ имеющихся АИС («ПАРУС», «ElectriCS 3D», «ElectriCS ADT», «Elsna»), применяемых в СЭСПП, показывает, что они направлены на проектирование и эксплуатацию электрооборудования и электрических сетей. Их модели и алгоритмы не учитывают отрицательный эффект, связанный с сокращением производительности технологического оборудования при снижении уровня напряжения, что не позволяет управлять энергосберегающими мероприятиями и рассчитывать требуемые режимы работы с эффектом обоснованного энергосбережения.

В связи с вышеизложенным задача разработки модели и алгоритмов для ИСУПП по выбору оптимального уровня снижения напряжения  для целей управления энергосбережением является актуальной и представляет практический интерес.

Во втором разделе диссертационного исследования разработана математическая модель процесса управления электропотреблением в СЭСПП.

При разработке математической модели учитывались следующие принятые на практике технико-экономические принципы и допущения:

  • положительный и отрицательный эффект от снижения уровня напряжения сравниваются в одинаковых (денежных) единицах;
  • общий итоговый эффект определяется как максимум разности положительного и отрицательного эффектов при изменении уровня напряжения в определенных пределах;
  • итоговый эффект при одном варианте регулирования не зависит от других вариантов.

Структурная схема математической модели приведена на рис. 2.

Подпись:   


 

 

 

Рис. 2. Структурная схема математической модели выбора оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП,

где UЭП– напряжение на рассматриваемом ЭП ; ?Pтех – снижение потребления активной мощности технологическими установками; ?Росв – снижение потребления активной мощности осветительными установками; ?Qтех – снижение потребления реактивной мощности технологическими установками; ?Pпот – снижение потерь активной мощности в электрических сетях; f1, f2, f3, f4 – известные функции (1), (2), (3), (4), определяющие взаимосвязь между U* и снижением потребления электроэнергии; ?QRтех – снижение производительности технологических установок, выраженное в уменьшении объема продукции (ед. продукции/ед. времени); ?QRосв – снижение производительности труда персонала вследствие уменьшения освещенности (ед. продукции/ед. времени); f5, f6 – полученные функции (5), (6), определяющие взаимосвязь между снижением производительности иU*; Епол – снижение платы за потребляемую электроэнергию; t– рассматриваемый период времени;cэ – цена электроэнергии (стоимость одного кВт•час); Иам1– снижение амортизационных отчислений при увеличении срока службы оборудования; Zотр – потери предприятия из-за снижения объема выпуска продукции; куд – удельная стоимость продукции; Иам2– увеличение амортизационных отчислений при снижении срока службы оборудования.

Значения как положительной, так и отрицательной составляющих целевой функции, связанных с изменением напряжения в СЭСПП, находятся в сильной зависимости не только от характера и мощности ЭП, но и от вида технологического оборудования и участка технологического процесса предприятия, на котором находится рассматриваемый ЭП.

В связи с вышеизложенным математическая модель учитывает конфигурацию схемы СЭСПП, особенности технологического процесса установок и механизмов, в которых применяются рассматриваемые ЭП.

В отличие от известных разработанная математическая модель позволяет рассчитать следующие величины:

  1. снижение производительности участка, цеха или предприятия, выраженной в единицах продукции;
  2. экономию денежных средств, определяемую как снижение платы за потребляемую электроэнергию;
  3. потери вследствие снижения объема выпуска продукции в денежном выражении.

 
                                 (1)

                       (2)

 
 
         (3)

;                                                                                                          (4)

           (5)

                                                        (6)

где Uф – фазное напряжение электрической сети; R– сопротивление нагревательного элемента; Р* =Р/Рном,Q* =Q/Qном, Ф*=Ф/Фном– активная,  реактивная мощности и световой поток в относительных единицах; 1 – время рабочего цикла печи при Uном; 2 – время рабочего цикла печи при U? Uном; ??1 – время нагрева изделия при Uном; ??1 – время нагрева изделия при U? Uном; ,  – номинальные значения активной и реактивной мощности асинхронного двигателя (АД) при переходе к цепи намагничивания; s– текущее значение скольжения двигателя; r1 ? активное сопротивление обмотки статора АД; rп – промежуточная величина, равная ; xп– промежуточная величина, равная ; – коэффициент приведения параметров Т-образной схемы замещения АД к эквивалентной Г-образной; ,  – приведенные к обмотке статора активное и индуктивное сопротивления ротора; ; U*=kU =U/Uном – напряжение в относительных единицах; а0, а1, а2, а, b – коэффициенты аппроксимирующего полинома; Фн – номинальный световой поток ламп; S – площадь помещения (цеха); Е – освещенность цеха;  (с ? время резания в %); qri – производительность i-го станка в относительных единицах;kFi – коэффициент, определяющий какую часть от общей производительности цеха составляет производительность рассматриваемого i-го станка; S – число станков в рассматриваемом цехе.

При оценке снижения потребления электроэнергии показано, что практически для всех ЭП статические характеристики (СХ) имеют следующую зависимость: с уменьшением уровня напряжения снижается потребление как активной, так и реактивной мощности. В общем случае, снижение потребления активной ?Pи реактивной ?Q мощности отдельным ЭП рассчитывалось на основе использования СХ и выражается в общем случае уравнениями ?P = ?1 (?U), ?Q = ?2 (?U), где ?1, ?2 – полиномы первого, второго и более высоких порядков.

Для расчета получаемой положительной составляющей целевой функции при снижении уровня напряжения в СЭСПП применяется функция Eпол:

                                                      (7)

В разделе предложены алгоритмы расчета режима работа СЭСПП на основе метода простой итерации. Данный метод обеспечивает оперативность программирования вычислительного алгоритма, не существует условий нарушения сходимости итерационного процесса в СЭСПП  из-за разомкнутой схемы электрических сетей.

Снижение уровня напряжения относительно номинального значения создает также и отрицательный эффект: падение уровня освещенности и связанное с этим уменьшение производительности труда, снижение мощности технологических установок и т.д. Для расчета получаемой отрицательной составляющей целевой функции при снижении уровня напряжения в СЭСПП вводится функция Zотр:

                                                           (8)

Найденные значения Епол и Zотр используются для нахождения целевой функции F:

F= Епол- Zотр.                                                        (9)

Получение максимального положительного эффекта определяется как нахождение максимума целевой функции F(?U) на интервале отклонений напряжения от номинального значения [– ?Uдоп;Uном].

В разделе также разработана методика определения изменения производительности технологического оборудования (металлообрабатывающих станков) при снижении напряжения.

Изменение производительности определяется следующим выражением:

,                                                     (10)

где QR – производительность станка при Uном; QR/ – производительность станка при U? Uном, ; n ? частота вращения главного привода при Uном; n/ ? частота вращения главного привода при U ? Uном.

Снижение объема продукции , выпускаемой предприятием, выраженное в денежном эквиваленте, будет иметь следующее значение:

,                          (11)

где к0i – стоимость единицы продукции i-го типа; кЗi– коэффициент загрузки i-го двигателя; sнi – номинальное скольжение i-го двигателя; Ni – количество продукции i-го типа, выпускаемое за рассматриваемый период времени T при номинальных условиях работы;m – количество типов продукции, выпускаемых в цехе; Ni/ – количество продукции i-го типа, выпускаемое за тот же период времени T при сниженном значении напряжения в электрической сети цеха.

В третьем разделе диссертационных исследований был разработан алгоритм определения точек приложения управленческого воздействия в СЭСПП(рис. 3), алгоритм определения областей устойчивости принятого оптимального решения (рис. 4) и проведены экспериментальные исследования по сокращению потребления электроэнергии.

Алгоритм (рис. 3) в отличие от известных позволяет определить узлы в иерархической структуре СЭСПП, в которых должны применяться воздействия по управлению уровнем напряжения.

Рис. 3. Алгоритм определения точек приложения управленческого воздействия в СЭСПП,

где d – номер способа регулирования; рd – текущая ступень регулирования уровня напряжения; md  – число ступеней регулирования уровня напряжения.

Новизна данного алгоритма определяется оригинальной процедурой расчета Fd, зависящей от места и ступени регулирования напряжения, т.е. отдельно на ГПП, КТП и совместно как на ГПП, так и на КТП. Результаты расчетов представляются в виде массивов, из которых производится выбор максимального значения Fd.

При работе предприятия происходит изменение параметров, на основании которых рассчитывались значения целевой функции, что приводит к необходимости проверки нахождения устойчивости найденного оптимального решения, т. е. определение интервала изменений параметров целевой функции, при котором найденное значение ?U остается оптимальным.

Для этого было рассмотрено нахождение областей устойчивости принимаемого оптимального решения. Рассмотрены методы поиска устойчивости найденного решения: метод анализа чувствительности решений, метод параметрического программирования и метод фазовой плоскости. Первые два метода требуют выражение целевой функции в виде аналитической зависимости от ее параметров, в диссертационной работе целевая функция задана расчетным путем в табличной форме, в результате чего для нахождения областей устойчивости применен метод фазовой плоскости.

Алгоритм (рис. 4) в отличие от известных позволяет определить области устойчивости принимаемого решения на основе фазовой плоскости при изменении исходных данных.

Рис. 4. Алгоритм определения областей устойчивости принятого оптимального решения,

где j – номер месяца; N – число месяцев; h – шаг  дискретности регулирования ?U; Fj – значение целевой функции j месяца; ОМ – отдел маркетинга; ОГЭ – отдел главного энергетика.

Решение остается устойчивым, если изображающие точки не выходят за пределы половину интервала h регулирования уровня напряжения, так как регулирование уровня напряжения производится ступенчато.

Значения целевой функции рассчитывались на основе определения значений напряжений как в узлах схемы СЭСПП, так и у потребителей после проведения регулирования (снижения) напряжения и мощности, потребляемой ЭП, т.е. расчета режимов работы СЭСПП.

Для проведения расчетов были составлены схемы замещения электрических сетей, состоящие из активных и индуктивных сопротивлений проводников питающих линий и ЭП, заданных своими СХ. По этим схемам рассчитывались режимы работы электрических сетей и ЭП для получения значений снижения потребления электроэнергии, а также снижения потерь электроэнергии в питающих линиях и определения на основании этих значений уменьшения расходов на оплату энергоресурсов (электроэнергии).

На основе значений напряжения на ЭП было рассчитано уменьшение производительности технологического оборудования, а также оценено снижение производительности труда персонала цеха вследствие уменьшения освещенности на рабочих местах, что совместно составляет отрицательную составляющую целевой функции от снижения напряжения.

Выполнены расчеты по определению значений напряжения на ЭП и снижению потребления мощности на основе ранее составленных моделей и алгоритмов. Также определены для группы станков и одного из цехов значения уменьшения производительности. Рассчитано значение объема выпускаемой продукции при пониженных значениях напряжения в денежном выражении.

Значения целевой функции (9) рассчитывались для ОАО «Электроагрегат» (г. Курск), имеющего типовую структуру СЭПП для большинства промышленных предприятий РФ, за месяц и за год для одного цеха (рис. 5) и предприятия в целом (рис. 6) в зависимости от величины снижения напряжения.

Как типовой вариант рассчитаны значения целевой функции за месяц и за год для типового (генераторного) цеха (рис. 5) и предприятия в целом (рис. 6) в зависимости от величины снижения напряжения. При расчетах по предприятию рассматривалось регулирование уровня напряжения на цеховых подстанциях и на трансформаторах питающей подстанции. На рис. 6 кривая 1 показывает зависимость целевой функции F от снижения напряжения при регулировании только на питающей трансформаторной подстанции, кривая 2 – при совместном регулировании на трансформаторах как питающей подстанции, так и цеховых подстанций, и кривая 3 – при регулировании на цеховых трансформаторных подстанциях. Выбран второй способ регулирования уровня напряжения, так как достигается максимальное значение целевой функции.

а)                                                                           б)

Рис. 5. Зависимости Епол, Zотр и F от изменения напряжения

для рассматриваемого цеха:

 а) за месяц; б) за год

Рис. 6. Графики изменения F в зависимости от места регулирования

напряжения в целом для предприятия

В разделе приведены экспериментальные данные изменения потребления генераторного цеха ОАО «Электроагрегат» при двух значениях питающего напряжения: номинальном и сниженном на 5%, – и значения целевой функции при экспериментальных и расчетных данных (табл. 1). Результаты эксперимента показали совпадения с расчетными данными [95,1%; 95,7%], что подтверждает адекватность разработанной модели и алгоритмов.

Таблица

Расхождение расчетных и экспериментальных значений целевой функции F

Значения целевой функции F, руб

Т, дни месяца (август 2006)

1

4

7

10

13

16

19

22

25

28

31

Экспериментальные

93

143

176

180

67

248

193

261

256

289

205

Расчетные

89

150

185

172

64

260

203

249

269

302

195

  ?F=, %

 

4,3

 

4,7

 

4,9

 

4,4

 

4,5

 

4,6

 

4,9

 

4,6

 

4,8

 

4,3

 

4,9

В четвертом разделе рассмотрены общие принципы построения информационных систем управления производством. Разработана структурная схема подсистемы управления режимами системы электроснабжения (УРСЭС) как части общей системы ИСУПП, обеспечивающей выбор оптимальных значений уровней напряжения в характерных точках СЭСПП с целью достижения максимального эффекта. Структурная схема представлена на рис. 7.

Рис. 7. Структурная схема подсистемы УРСЭС

Для принятия решения с учетом неопределенности части входной информации выбрана платежная матрица, так как целевая функция F=f(?U) является дискретной (?U изменяется шагами) и имеет конечное множество значений.

На практике при принятии решений в СЭСПП используются критерии Байеса и Лапласа. Критерий Байеса не может быть применен в данной диссертационной работе, так как нет достоверных оценок вероятностей состояний среды. Выбор решения по полученной платежной матрице производился по критериям Гурвица и Лапласа, допускающим риск при принятии решения ЛПР. Выбрано оптимальное значение снижения напряжения, 3%, в СЭСПП, что соответствует максимальному значению целевой функции из платежной матрицы.

Были рассчитаны положения изображающей точки (максимума целевой функции по месяцам года) на фазовой плоскости F, ?U, построены графики ее перемещения при изменении объема и цены выпускаемой продукции (рис. 8), временные интервалы изменения объема выпуска продукции и цены на нее, при которых принятое решение остается оптимальным. По результатам расчета было определено, что найденное решение теряет устойчивость в интервале с четвертой по восьмую точку, что показано на графиках, приведенных на рис. 8.

Рис. 8. Графики траектории перемещения изображающей точки при

различных значениях объема и цены выпускаемой продукции,

где F0,8 – целевая функция при снижении объема выпуска продукции и цены на 20% от рассчитанного ранее в денежном выражении; F 1 – целевая функция при сохранении объема выпуска продукции и цены в рассчитанном ранее  денежном выражении; F 1,2 – целевая функция при увеличении объема выпуска продукции и цены на 20% от рассчитанного ранее в денежном выражении.

Экономия электроэнергии в результате использования наиболее распространенных энергосберегающих мероприятий составляет от 5 до 10% объема потребления электроэнергии. В частности, в результате внедрения разработанной подсистемы УРСЭС как части общей системы ИСУПП на ОАО «Электроагрегат» экономия электроэнергии составила 5,8%, а годовой экономический эффект от снижения потребления электроэнергии составил 489 тыс. руб/год, что увеличило прибыль предприятия на 6,1%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

    • Разработана математическая модель выбора оптимального значения уровня снижения напряжения в электрических сетях СЭСПП, включающая нахождение снижения потребления электроэнергии и сокращение выпуска продукции ПП, что тем самым позволяет обосновать оптимальный уровень напряжения и учесть уменьшение объема выпуска продукции в зависимости от характера и вида потребляемой мощности, вида технологического оборудования и участка технологического процесса.
    1. На основе многоуровневого информационного представления СЭСПП  разработан алгоритм, позволяющий определять характерные места регулирования напряжения для достижения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и потерями от снижения производственной мощности. Алгоритм содержит оригинальную процедуру расчета Fd, зависящую от места и ступени регулирования напряжения, т.е. отдельно на ГПП, КТП и совместно на них.
    2. Разработан алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых оптимальных решений на основе метода фазовой плоскости для двух переменных, обеспечивающий определение границ изменения исходных данных, при которых найденное решение (значение снижения напряжения) остается оптимальным.
    3. Создана подсистема УРСЭС как часть общей системы ИСУПП, обеспечивающая  повышение эффективности управления режимами электропотребления для снижения потребления электроэнергии, нахождение значения снижения уровня напряжения и определяющая узлы в СЭСПП, в которых должны применяться воздействия по управлению уровнем напряжения при исходных условиях и при их изменении, что позволяет на них оперативно реагировать и поддерживать оптимальное значение уровня напряжения.
    4. Разработана методика для определения снижения производительности технологического оборудования на ПП, позволяющая на основе разработанных схем замещения электрических сетей СЭСПП, статических характеристик (СХ) электроприемников (ЭП), вида технологического оборудования и характера технологического процесса определять уровень снижения напряжения под различные типовые структуры СЭСПП (ЭП, группа ЭП, участок, цех и др.).
    5. В результате внедрения разработанной подсистемы УРСЭС как части общей системы ИСУПП на типовом ПП выбрано оптимальное значение снижения напряжения, 3%, в результате чего экономия электроэнергии составила 5,8%, при этом годовой экономический эффект от снижения потребления электроэнергии составил 489 тыс. руб/год, что увеличило прибыль предприятия на 6,1%.

    ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

    1. Хорошилов, Н.В. Исследование экономичности работы трансформаторов в системе электроснабжения промышленного предприятия [Текст] / Н.В. Хорошилов, И.С. Захаров, О.М. Ларин // «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 10-я международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: тез. докл. В 3 т. М.: МЭИ, 2004. 2 т. С. 373-374.
    2. Хорошилов, Н.В. Анализ системы электроснабжения ОАО «Михайловский ГОК» [Текст] / Н.В. Хорошилов [и др.] // Деп. в ВИНИТИ №1616-В2004 от 14.10.2004. 4 с.
    3. Хорошилов, Н.В. Модель процесса принятия решения в управлении режимами электропотребления на промышленных предприятиях [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин // Объединенный научный журнал. 2005. №17 (145) июль. С. 77-78.
    4. Хорошилов, Н. В. Обоснование принятия решения по управлению режимами электропотребления на промышленных предприятиях [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин // Сборник научных трудов по материалам научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития». Том 8. Технические науки, сельское хозяйство. Одесса: Черноморье, 2005. С. 34-37.
    5. Хорошилов, Н.В. Аналитическое представление зависимости производительности труда от уровня освещенности [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М.Ларин // Объединенный научный журнал. 2005. №23(151) октябрь. С. 77-78.
    6. Хорошилов, Н.В. Исследование изменения светового потока газоразрядных ламп при отклонении напряжения в сети [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М.Ларин // Объединенный научный журнал. 2005. №23(151) октябрь. С. 78-81.
    7. Хорошилов, Н.В. Исследование работы газоразрядных ламп при снижении питающего напряжения [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Электрика. 2006. №2. С. 34-35.
    8. Хорошилов, Н.В. Применение системного анализа для выбора энергосберегающих мероприятий  [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Деп. в ВИНИТИ №585-В2006 от 03.05.2006. 7 с.
    9. Хорошилов, Н. В. Использование циклического дерева решений [Текст] / Н. В. Хорошилов, В. И. Бирюлин, О. М. Ларин // Деп. в ВИНИТИ №584-В2006 от 03.05.2006. 6 с.
    10. Хорошилов, Н.В. Описание схемы электрической сети для ввода в память компьютера [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Деп. в ВИНИТИ №586-В2006 от 03.05.2006. 6 с.
    11. Хорошилов, Н.В. Определение статических характеристик асинхронных двигателей опытным путем [Текст] / НВ. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований». Том 3. Технические науки. Одесса: Черноморье, 2006. С. 41-43.
    12. Хорошилов, Н.В. Оптимизация выбора энергосберегающих мероприятий [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований». Том 3. Технические науки. Одесса: Черноморье, 2006. С. 48-50.
    13. Хорошилов, Н.В. Генерация высших гармоник тока и напряжения газоразрядными лампами при регулировании питающего напряжения [Текст] / Н.В. Хорошилов [и др.] // Электро. 2006. №2. С. 11-14.
    14. Хорошилов, Н.В. Проблемы разработки информационной системы управления потреблением энергоресурсов промышленным предприятием [Текст] / Н.В. Хорошилов, И.С. Захаров // Телекоммуникации. 2007. №4. С. 46-48.

    Соискатель:                                                                                           Н.В. Хорошилов

    ИД №06430 от 10.12.01

    Подписано в печать ________.   Формат 60х84   1/16.   Печ.л. 1,0.  

    Тираж 100 экз.   Заказ _______.

    Курский государственный технический университет.

    Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета.

    305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.


     
    Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.