Оптимизация структуры системы электроснабжения промышленного предприятия за счет комплексного учета параметров и характеристик ее элементов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

= 6
Энергобезопасность в документах и фактах
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рубрику ведет В. М. Аванесов,
заведующий кафедрой «Энергосбережение» НОУ ВПО МИЭЭ,
кандидат технических наук, доцент
Оптимизация структуры системы электроснабжения промышленного предприятия за счет комплексного учета параметров и характеристик ее элементов
Е. В. Садков,
инженер МИЭЭ
Промышленные предприятия обладают сложной и разветвленной структурой энергетических и материальных потоков, связанных между собой для обеспечения технологического процесса по выпуску готовой продукции.
На всех стадиях промышленного производства приходится решать задачу минимизации потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на единицу готовой продукции:
• на стадии проектирования конструктор должен выбрать набор технологического оборудования и определить рациональное размещение всех звеньев технологической цепи с целью минимизации удельного расхода ТЭР на выпуск продукции-
• на стадии эксплуатации инженерно-технический персонал предприятия обязан постоянно контролировать значения удельного расхода ТЭР на выпуск продукции по стадиям технологического процесса с целью недопущения снижения рентабельности производства и т. д.
Однако формализованное описание технологического процесса является сложной задачей, поэтому для определения значений удельных расходов ТЭР предлагается новый подход к анализу функционирования промышленного предприятия на примере системы электроснабжения (СЭС). Он базируется на представлении структуры СЭС в виде графа, узлами которого является электрооборудование промышленного предприятия. Сущность подхода заключается в определении взвешенных характеристик структурных элементов (узлов графа) СЭС и содержит два этапа:
1. Определение обобщенных весовых параметров элементов СЭС.
2. Определение потребления электрической энергии по всем звеньям технологического процесса.
Для определения обобщенных весовых параметров элементов СЭС предварительно проводится анализ технологического процесса и отображение элементов и связей между ними в виде графов. Затем каждый элемент СЭС классифицируется с помощью набора показателей, и между этими показателями выявляются линейные связи.
Обобщенный граф структуры СЭС промышленного предприятия может иметь вид, показанный на рис. 1.
Рис. 1. Обобщенный граф структуры СЭС промышленного предприятия
На рис. 1 номерами 1, 2, 3, 4 показаны питающие подстанции- 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 — цеховые понижающие трансформаторы- 15,18 — потребители, режимы функционирования которых зависят от параметров технологического процесса и изменяют-
иавшикиии
Энергосбережение
ся во времени (электротермические печи, электролизные установки, электропривод подъемно-транспортного оборудования, компрессоров, тяго-дутье-вых установок котлоагрегатов), все остальные -потребители со стабильными режимами функционирования (нерегулируемые системы освещения, приточно-вытяжной вентиляции).
После построения графа структуры СЭС с отображения всех элементов и связей между ними определяются обобщенные весовые параметры элементов СЭС [1]. Обобщенный весовой параметр -это характеристика, по которой производится оценка приоритета важности элемента СЭС. Для этого предложим алгоритм определения весовых параметров элементов СЭС.
На первом этапе алгоритма определяется набор параметров, описывающих элементы СЭС. При этом используется фасетный метод классификации [2], в котором каждый элемент СЭС рассматривается со своим индивидуальным набором характеристик Хі:
Хі=(хи, Х2І, Хзі, Х4І, …, ХШ), (1)
где і=1.М — количество элементов СЭС-
хйі - характеристики элемента СЭС (мощность, напряжение, коэффициенты нагрузки по мощности и продолжительности включения, определяемые по графикам нагрузки, полученным экспериментально или из типовых элементов и проектов) —
d — количество характеристик, описывающих каждый элемент СЭС.
Для всех элементов СЭС количество характеристик d в наборе одинаково.
На втором этапе для установления статистических связей между характеристиками элементов целесообразно использование корреляционного анализа для определения коэффициентов парной корреляции гх1×2 между каждыми двумя характеристиками х1і и х2І на основе статистических данных (полученных при инструментальном обследовании или считанных из памяти автоматизированных систем учета потребления ТЭР) [3].
X (хн & quot- х1)(х2і - х2)
І =1___________________________________
X (х1і - х1 ^ (х2і - х2)
(2)
Несмещенные и состоятельные оценки средних значений дисперсий корреляционного момента определяются как статистические данные 1 количества опытов[2]:
х1=-Х х1і-
*≠?
=1X
1 і=1
(3)
(4)
Следующим этапом алгоритма определения весовых параметров элементов СЭС является установление характеристики, наиболее влиятельной из рассматриваемой группы. Для этого требуется учет абсолютных значений рассчитанных коэффи-
циентов корреляции Грасч для всех |Грасч | & gt- Икр, Где Икр — критическое значение коэффициента корреляции при выбранном уровне значимости, а (вероятности практически невозможных событий, обычно принимаемой 0,001- 0,01- 0,05 или 0,1) и количестве опытов 1.
Для получения численных значений рангов характеристик элементов СЭС применяется метод & quot-определения лидера& quot- из теории графов, который позволяет определить не только & quot-влиятельность"- вершины графа по числу выходящих из нее ребер, но и & quot-могущественность"- вершины по тому, насколько влиятельны другие вершины, связанные ребрами с данной [3].
Для графа корреляционных связей характеристик элементов СЭС в качестве матрицы смежности рассматривается матрица коэффициентов корреляции, где каждый коэффициент корреляции имеет абсолютную величину, так как знак коэффициента определяет лишь направление связи [4]. Общий элемент матрицы смежности обозначен как F1(k) — итерированная сила первой вершины порядка к. Она определяется выражением:
F1(k)= F11(k)+ ^2(к)+…+ F1d (k),
(5)
где d — число вершин графа (число характеристик, описывающих элемент СЭС).
Итерированная сила первого порядка F1(k) получается сложением элементов матрицы смежности по строкам:
^(1) = Их1×1 + Их1×2 + Кх1×3+. ^(1) = Их2×1 + Их2×2 + Кх2×3+.
И
'х1хгї& gt-
И
, x2xd-
(6)
Fd (1)= ИхіЗх1 + ^^х2+ И^х3 + --- + Их
При подсчете имеет смысл учитывать только статистически значимые коэффициенты корреляции (на рис. 1 отображены только связи со статистически значимыми коэффициентами корреляции).
По рассчитанным таким образом величинам F1(1) производится предварительное ранжирование характеристик элементов СЭС, где сила второго порядка F1(2) определяется по следующей формуле:
F1(2)=RXlXlF1(1)+ ^1^(1)+ …+ RxlxdFd (1), F2(2)=RX2XlF1(1)+ Rx2x2F2(1)+ .+ Rx2xdFd (1)Л (7)
Fd (2)=RxdxlF1(1)+ Rxdx2F2(1)+ …+ RxdxdFd (1). J
Процесс вычислений и окончательное & quot-распределение мест& quot- характеристик заканчивается, когда приоритет рангов становится неизменным.
На завершающем этапе алгоритма определения весовых параметров элементов СЭС определяется весовой коэффициент -|-й характеристики 1-го элемента, который обозначим через Вк^, а его численное значение рассчитывается по формуле [4]:
= 8
Энергобезопасность в документах и фактах
Вкц d
(8)
X ^ (к)
j=1
Наличие численных значений характеристик Х^ и их весовых коэффициентов Вkij для каждого узла позволяет использовать в качестве оценки управляемых объектов обобщенный весовой параметр:
(
9 В, ш =1^ j=1
Хij + Хij тіп ^
-• d
(9)
где 9впі- обобщенный весовой параметр -|-го элемента СЭС-
xijmax, xijmin — максимальное и минимальное значения -|-й его характеристики х^.
На этом выполнение первого этапа методики определения взвешенных характеристик узлов ИВС завершается. Общий алгоритм определения обобщенных весовых параметров элементов СЭС показан на рис. 2.
В результате определен порядок вычисления весовых характеристик элементов СЭС, что позволяет приступить к выполнению второго этапа -определению потребляемой электрической мощности отдельными технологическими звеньями (энергетические связи между элементами СЭС, вес энергетической связи между двумя элементами СЭС определяется как электрическая мощность, протекающая между этими элементами, от узла & quot-источника"- к узлу & quot-потребителю"-).
Определение энергетических связей необходимо для определения участков технологического процесса, на которых потери электрической энергии
С
Начало
Ввод векторных характеристик элементов СЭС
Нет

Расчет коэффициентов парной корреляции И

Построение матрицы статической значимости линейной связи

Расчет общего элемента матрицы смежности F1(k)=F1l (k) + F12(k) + … + F1d (k)
Fd (K) =сопб1 Г Да
Расчет матрицы Bkij

Расчет весового параметра для узлов ИВС

Вывод результатов
С
Конец
Рис. 2. Алгоритм определения обобщенных весовых параметров элементов СЭС
иаийикиии
Энергосбережение
9 =
с
Начало
Ввод весовых параметров элементов СЭС
С
Конец
Рис. 3. Алгоритм выбора рациональных энергетических связей
10 Энергобезопасность в документах и фактах
превышают нормативные под влиянием возмущающих факторов. В дальнейшем эта информация необходима для оптимизации структуры построения технологического процесса с целью минимизации потерь электрической энергии.
В качестве основы для решения задачи определения веса энергетических связей наиболее эффективно использование известного в теории графов алгоритма Флойда [4]. Однако в прямой постановке его использовать нецелесообразно, так как он предназначен лишь для поиска кратчайших путей между двумя вершинами графа, а требуется дополнительно оценить и полезность этих путей по минимуму потерь электрической энергии. Поэтому предлагается следующий алгоритм выбора энергетических связей.
Исходным значением для работы принимается не протяженность, а вес структурной связи между элементами 1 и ^ обозначенный как и определяющий электрическую мощность, проходящую между двумя элементами без промежуточных элементов.
Для использования алгоритма определяется ряд обозначений. Узлы нумеруются целыми числами от 1 до N. Вес структурной связи между узлами 1 и ^ определяющий электрическую мощность, проходящую между ними по маршруту, содержащему т промежуточных элементов, обозначен через (ту. Если между элементами СЭС 1 и j не существует ни
т
одного пути, то условно считается, что (•.
Матрица G размера N•N хранит значения энергетической связи между всеми узлами рассматриваемой структуры при минимуме потерь электрической энергии в элементах СЭС.
Для определения элементов, потери электрической энергии в которых минимальны, рассматриваются предпоследние элементы, которые заносятся в матрицу энергетической связи Мбу.
В алгоритме Флойда в качестве исходной выступает матрица энергетической связи Gо, каждый элемент которой совпадает с весом (°-,. Из этой
/¦"Ч 1
матрицы вычисляется матрица G, затем процесс рекурсивно повторяется до тех пор, пока по матрице Gm-1 не будет вычислена матрица энергетической связи, по значениям которой можно синтезировать
структуру СЭС, обеспечивающую минимум потерь электрической энергии в ее элементах.
С использованием алгоритма Флойда алгоритм выбора рациональных энергетических связей технологического процесса включает следующие процедуры (рис. 3).
Шаг 1. Узлы исходной структуры нумеруются числами от 1 до N. Определяется матрица Go заданием величины каждого ее элемента. Если в исходной структуре указанные элементы не взаимодействуют между собой, то (°у= •. Кроме того, (°у=0 для всех
и.
В качестве элемента у^ матрицы Мэу принимается элемент 1 (это надо проделать для каждого j).
Шаг 2. Для целого т, последовательно принимающего значения 1, 2, …, N по величинам элемен-
О т-1
определяются величины элемен-
От
с использованием рекурсивного
соотношения:
т. • / т- 1, т-1 т- 1 /1Г"
«т =т1п («т + «т, «т & gt- (10)
При использовании соотношения (10) каждый раз фиксируется, какая из величин «1т 1+1 или
«т-1 является меньшей. Как только меньшей ока-
'-ч
зывается первая из этих величин, полагается у^ = т, в противном случае у^ остается неизменным. Если оказывается, что величины, входящие в правую часть соотношения (10), одинаковы, необходимо выбирать элемент с меньшим весом.
На завершающем этапе алгоритма определения рациональных энергетических связей сформированные элементы Уу определяют предпоследние вершины, ведущих из вершины 1 в j. В результате формируются две матрицы О = {"т } и М8У = {ту }с информацией о передаваемой электрической мощности на выбранных рациональных маршрутах и какие именно связи их образуют.
Данные алгоритмы предлагаются, в первую очередь, как инструмент энергоаудитора, проводящего полное энергетическое обследование промышленного предприятия. В то же время они могут быть использованы специалистами инженерно-технической службы в повседневной жизнедеятельности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дьяконов В. П., Абраменкова И. В., Круглов В. В. Нечеткие адаптивные классификаторы. -М.: Нолидж, 2001. — 880 с.
2. Битюцкий С. Я., Гимаров В. А., Дли М. И. Ситуационные модели для поддержки принятия управленческих решений. — М.: Физматлит, 2003. — 120 с.
3. Дьяконов В. П., Абраменкова И. В. Локально-параметрические методы в задачах прогнозирования экономических показателей. — СПб.: Питер, 2002. — 608 с.
4. Абраменкова И. В., Круглов В. В., Дли М. И. Мультимодельный метод прогнозирования процессов с переменной структурой. — М.: Физматлит, 2003. — 231 с.
иаииикиия

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой