Негосударственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский институт энергобезопасности и энергосбережения
Кафедра
электроснабжения и диагностики электрооборудования
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Руководство
по выполнению лабораторных работ
для студентов-заочников
Для студентов очно-заочной формы обучения
Специальность 140211 «Электроснабжение»
Москва 2009
УДК 658.26(07)
Э455
Системы электроснабжения. Руководство по выполнению лабораторных работ для студентов-заочников. − М.: МИЭЭ, 2009. − 40 с.
Составитель: в
Рецензент: доктор технических наук, профессор
Приведены методы построения и расчета графиков нагрузки промпредприятий, включая статистический метод, лежащий в основе компьютерных исследований, направленных на выявление вероятностных характеристик групповых графиков нагрузки предприятия (цеха, участка) по общему алгоритму исследований.
Программное обеспечение PGS выполнено на основе программы Excel.
Рассмотрены основные принципы построения городских электрических сетей, которые использованы для разработки математической модели замкнутой сети и алгоритмов исследований с использованием программы Electronics Workbench.
«Руководство по выполнению лабораторных работ для студентов-заочников» составлено в соответствии с учебной программой дисциплины «Системы электроснабжения»
Предназначены для очно-заочной формы обучения по специальности 140211 − «Электроснабжение»
Руководство по выполнению лабораторных работ одобрено кафедрой «Электроснабжение и диагностика электрооборудования»
© МИЭЭ, 2009
Содержание
1.1. Общие сведения о графиках электрических нагрузок промпредприятий
1.2. Статистический метод расчета нагрузок
1.3. Моделирование графиков нагрузки
1.4. Проведение лабораторной работы
1.5. Порядок выполнения работы
Содержание отчета
Контрольные вопросы
Литература
Приложение
Лабораторная работа №1.
Исследование графиков нагрузок
промышленного предприятия
1.1. Общие сведения
о графиках электрических нагрузок
промпредприятий
Режимы работы потребителей и электроустановок для наглядности очень удобно отражать графиками электрических нагрузок, представляющими собой зависимость величины потребляемой мощности от времени.
При проектировании систем электроснабжения по графикам нагрузок определяют максимальную мощность электрической станции (подстанции),по которой выбирают число и мощность источников и преобразователей электрической энергии, сечение линий электропередачи, определяют величину потерь электроэнергии в линиях и силовых трансформаторах, подсчитывают ряд показателей, характеризующих режимы работы электроустановок, устанавливают нормы расхода электроэнергии.
В период эксплуатации по графикам нагрузок устанавливают время пуска и остановки агрегатов электростанции, составляют планы проведения профилактических осмотров и ремонта электрооборудования, осуществляют контроль за фактическим расходом электрической энергии и мероприятия по ее экономии, рассчитывают необходимые запасы (поставки) топлива, воды и других ресурсов, необходимых для нормальной работы электростанции.
По характеру электрической мощности различают графики активных и реактивных нагрузок, а по продолжительности работы-суточные и годовые графики нагрузок. Режим работы электроустановок в течение года в большинстве случаев определяется наиболее характерными графиками нагрузок за зимние и летние сутки. На рис.1.1 приведены типовые суточные графики нагрузок промпредприятия при односменной (1), двухсменной (2) и трехсменной (3) работе предприятий [1-3].
|
Рис.1.1. Типовые суточные графики нагрузок |
Эти графики за характерные зимние и летние сутки необходимы для построения годового графика нагрузки станции (подстанции) по продолжительности, способ построения которого пояснен на рис.1.2. Площадь под кривой любого из рассмотренных графиков нагрузки равняется количеству выработанной (потребленной) электроэнергии W, позволяющей оценивать или решать технико-экономические задачи.
|
Рис. 1.2. Годовой график нагрузок подстанции по продолжительности |
Рассмотрим кратко порядок построения графиков нагрузки в процессе эксплуатации. Предварительно нагрузка может наблюдаться визуально по измерительным приборам или регистрироваться самопишущими приборами. Суточные графики нагрузки, снятые самопишущими приборами или построенные по показаниям счетчиков активной (реактивной) энергии через малые равные интервалы времени имеют вид кривой линии (рис.1.3) или ступенчатую форму (рис.1.4).
|
Рис. 1.3. График нагрузок по записи регистрирующим прибором |
|
Рис.1.4. График нагрузок по показаниям счётчика активной энергии |
При этом средняя величина мощности за некоторый отрезок времени (обычно 30 мин) подсчитывается по выражению
(1.1)
где 
и 
– показания счетчиков в начале и конце отрезка времени ∆t.
Очевидно, что среднесуточная нагрузка может быть определена как
(1.2)
и среднегодовая
(1.3)
Рассмотренные методы определения средней нагрузки являются детерминированными, осредняющими нагрузку на принятом отрезке времени ∆t, не учитывающим изменения нагрузки внутри отрезка.
Вместе с тем, электрическая нагрузка в каждый момент времени определяется мощностью некоторого числа работающих электроприемников (ЭП) узла электрической сети (рис 1.5).
В зависимости от характера технологического процесса в работу включаются электроприемники, функционирующие в длительном, кратковременном и повторно-кратковременом режимах, то есть электрическая нагрузка группы электроприемников различной мощности является случайной величиной, зависимой от случайной реализации технологического процесса. В этом случае к расчету электрических нагрузок целесообразно принять статистический метод, дающий возможность более точно определить расчетное значение электрической нагрузки.
Для узлов электрической сети, начиная с ТП 10/0.4 кВ и выше считается, что электрическая нагрузка, как случайная величина, распределена по нормальному закону распределения вероятностей. Использование этого закона в исследованиях случайных электрических нагрузок обеспечивает изучение характера процесса формирования нагрузок.
|
Рис. 1.5. Схема питающих и распределительных линий в цехе |
1.2. Статистический метод расчета нагрузок
Статистический метод основан на измерении нагрузок линий, питающих характерные группы электроприемников сооружений, без обращения к режиму работы отдельных электроприемников и числовыми характеристиками индивидуальных графиков. При этом используются две интегральные характеристики: средняя нагрузка 
и среднеквадратическое отклонение σ. Максимум нагрузки определяется как:
, (1.4)
где – статистический коэффициент, зависящий от закона распределения и принятой вероятности превышения графиком нагрузки 
уровня 
.
Методами математической статистики определяется величина 
, являющаяся математическим ожиданием, и величина
;
где D – дисперсия.
Если значение принять для нормального распределения по известному в теории вероятностей правилу «трех сигм», то
. (1.5)
Возможность применения статистического метода к расчету нагрузок промпредприятий объясняется следующим. Большинство электроприемников включаются независимо друг от друга, от времени суток и сезона, хотя индивидуальные графики нагрузки этих ЭП могут быть периодическими, т. е. их включение происходит в случайном порядке, а связи между отдельными графиками будут вероятностными, что подтверждается обработкой экспериментальных данных (количества реализаций ), полученных за продолжительный период (обычно не менее 7 суток).
При обработке статистической информации практический интерес представляет оценка характеристик случайных процессов на основе конкретного количества реализаций, представленных временными рядами, т. е. матрицей вида
,
где n – количество реализаций случайного процесса, k – количество значений, представляющих одну реализацию на рассматриваемом интервале времени T. Тогда расчетные выражения для оценки характеристик случайного процесса принимают вид:
− для математического ожидания
; (1.6)
− для среднеквадратического отклонения
, (1.7)
Используя выражения (1.5–1.7), можно выразить расчетное значение нагрузки как
, (1.8)
которое необходимо в расчетах мощности источников питания, выбора сечений проводов, определения потерь мощности и энергии в сетях и принятия мер по энергосбережению.
Для группы работающих электроприемников величина (1.8) может быть получена методом моделирования графиков нагрузки.
1.3. Моделирование графиков нагрузки
Обычно известен состав электроприемников цеха (предприятия), их мощность и режимы работы (длительный, кратковременный, повторно-кратковременный) в едином технологическом процессе. Для установления группового графика нагрузки удобно применить моделирование случайных изменений суммарной нагрузки электроприемников на ЭВМ по методу Монте-Карло. Он позволяет моделировать графики нагрузки любой формы с любыми режимами работы – от периодических до случайных: ЭВМ воспроизводит индивидуальные графики ряда ЭП, подключенных к данному расчетному узлу, а затем суммирует их и строит график суммарной нагрузки.
Исходными данными для моделирования суммарных графиков являются графики нагрузок отдельных ЭП (см. рис.1…4) которые построены по данным технологов или с использованием среднестатистических показателей режимов работы ЭП: максимальный 
и средний 
ток, время работы 
, время паузы 
.
Результаты, полученные методом статистического моделирования, носят случайный характер. Для обеспечения статистической устойчивости их соответствующие оценки вычисляются как средние значения по большему числу реализаций 
:
,
где 
– статистический коэффициент, соответствующий принятой достоверности (определяется из таблиц нормального распределения);
Е – достоверность результатов – вероятность появления случайных событий при моделировании;
– требуемая точность получения результатов.
Блок-схема моделирующего алгоритма для расчета нагрузок методом статистического моделирования на ЭВМ приведена на рис.1.6.
|
Рис.1.6. Блок-схема алгоритма расчета нагрузок |
В данной работе для реализации алгоритма (рис. 1.6) принято программное обеспечение, выполненное с использованием программы Exel, названное как PGC (нагрузка групповая случайная).
1.4. Проведение лабораторной работы
Целью лабораторной работы №1 является исследование формирования случайных нагрузок группы электроприемников, получение группового графика нагрузки и оценка характеристик случайного процесса (М. О. и СКО) для последующего определения расчетной нагрузки цеха (предприятия).
Подготовка к выполнению работы
При подготовке к работе необходимо:
1. Повторить теоретический материал, изложенный выше.
2. Ознакомится с режимами работы электроприемников цеха, характеристики которых приведены в табл. 1.1 (вариант)*.
Таблица 1.1
Характеристика электроприемников
№ п/п | Тип нагрузки | Номин. мощность, кВт | Режим работы | Продолжительность цикла | |
|
| ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1. | Литейные машины | 80 | длительный | – | – |
2. | Индукционные печи | 80 | длительный | – | – |
3. | Строгальные станки | 75 | повторно-кратковременный | 50 | 50 |
4. | Краны (тельферы) | 50 | кратковременный | 40 | 60 |
5. | Электросварочные установки | 100 | повторно-кратковременный | 60 | 40 |
6. | Вентиляция | 30 | повторно-кратковременный | 70 | 30 |
7. | Освещение | 20 | длительный | – | – |
1.5. Порядок выполнения работы
1. Составить схему распределительной сети СЭС, питающей группу электроприемников (см. табл. 1.1).
2. Загрузить в компьютер программу PGC*.
3. Ввести параметры режимов различных ЭП, указанные в табл. 1.1, в эту программу.
4. Запустить программу PGC.
5. По данным, отраженным на экране ЭВМ, определить вид и зарисовать график нагрузки для каждого типа.
6. Получить и зарисовать групповой график нагрузки цеха.
7. Записать характеристики случайного группового графика (mp(t), 
и Рр).
8. Результаты исследований занести в отчет.
Содержание отчета
1. Таблица с исходными характеристиками электроприемников вида табл. 1.1.
2. Графики нагрузки отдельных электроприемников и групповой график нагрузки (бумажные версии).
3. Расчетные характеристики группового графика нагрузки.
4. Предложения по использованию характеристик по п. 3.
5. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Назовите назначение графиков нагрузки.
2. Для каких целей определяется максимальная нагрузка электроприемников при проектировании СЭС?
3. Как используются графики нагрузки в процессе эксплуатации СЭС?
4. От каких причин зависит случайный характер группового графика нагрузки?
5. В чем суть статистического метода расчета нагрузок?
6. Для каких целей осуществляется моделирование графиков нагрузки цеха (предприятия).
7. Как определить расчетную нагрузку цеха (предприятия)?
8. Какое программное обеспечение принято для реализации алгоритма расчета нагрузок?
Литература:
1. , Липкин промышленных предприятий. – М.: Высшая школа, 1986.
2. Конюхова объектов. – М.: Изд. «Мастерство», 2008 г.
3. Гуров электроснабжения ракетных комплексов: Учебник – М.: РВСН, 1998, Ч. I.
Приложение
|
| Рис. П 1. Пример суточного графика длительной и повторно-кратковременной нагрузки |
| Рис. П 2. Пример суточного графика длительной и кратковременной нагрузки |
* Варианты заданий устанавливаются по указанию преподавателя путем изменения числовых значений табл. 1.1 столбцы 3–6.
* Программное обеспечение для проведения лабораторной работы№1 приведено в отдельном приложении.
