Метод оценки электрических нагрузок предприятий при неполной исходной информации.

Расчетные электрические нагрузки вновь создаваемых или реконструируемых предприятий определяют как электрическую схему предприятия, так и модернизацию сети энергосистемы, к которой это предприятие подключается.

При подключении новых мощностей к энергосистеме или распределительной сети возникает проблема определения расчетной нагрузки и возможности существующей сети. Часто сетевые организации дают необоснованные технические условия на подключение новых мощностей. Это связано с желанием энергоснабжающей организации переложить затраты по реконструкции сети на потенциальных потребителей. Потенциальные потребители в свою очередь стараются занизить расчетные нагрузки. Эта ситуация будет продолжаться до тех пор, пока отсутствуют методы упрощенной оценки расчетных нагрузок по минимуму исходной информации о потребителях.

В настоящей статье авторами предложен метод оценки электрических нагрузок промышленных предприятий, цехов или установок, который позволяет получить данные при отсутствии полной информации об электроприемниках. Полученная таким образом расчетная нагрузка необходима для решения вопросов присоединения потребителей к сетям энергосистемы, как в процессе подготовки технических условий, так и для разработки схемы электроснабжения предприятия.

Рис.1. Упрощенная схема системы электроснабжения промышленного предприятия

Иерархическая структура системы электроснабжения промышленного предприятия в общем случае имеет от трех уровней (при питании от КТП напряжением 0,4 кВ) до шести уровней (при питании от ГПП, ПГВ напряжением 110-220 кВ). На рис.1 показана упрощенная схема системы электроснабжения промышленного предприятия, имеющего 6 уровней (1УР-6УР). Элементы системы электроснабжения (трансформаторы ТП и ГПП, коммутационная и защитная аппаратура, сечения проводников сети) определяются расчетной нагрузкой по допустимому нагреву.

Основными исходными данными для определения расчетных нагрузок служит перечень электроприемников, установленных на предприятии, с указанием их номинальной мощности, назначения, режима работы. На ранней стадии проектирования такие данные отсутствуют, но известны характер производств предприятия, номенклатура выпускаемой продукции, производительность, мощности наиболее крупных электроприемников.

Предложенный метод определения расчетных нагрузок для потребителей энергосистемы решает проблему неопределенности информации об электроприемниках и позволяет оценить электрические нагрузки и по уровням системы электроснабжения и по предприятию в целом.

Суть метода заключается в следующем. По характеру производств принимается аналог проектируемого предприятия. Из разработанной базы данных выбираются удельные расходы электроэнергии на выпускаемые виды продукции, и по предполагаемой производительности определяется средняя нагрузка производств и самого предприятия.

Известная величина мощности наиболее крупного электроприемника задает количество уровней электроснабжения (рис.1). По разработанному алгоритму моделируется количество электроприемников стандартных мощностей на каждом уровне. После этого определяется максимальная расчетная нагрузка по уровням системы электроснабжения. Это дает основание для выбора схемы электроснабжения предприятия.

Авторами установлено, что для описания установленных мощностей электроприемников проектируемого объекта достаточно использовать логнормальное распределение, которое статистически представляет строгое математическое описание информации о количестве и мощности отдельных электроприемников (ЭП):

(1)

где Р_ном - непрерывный аналог номинальной мощности ЭП; МР - средняя мощность одного ЭП; sР - среднеквадратичное отклонение номинальной мощности ЭП.

(2)

где Р_мах - установленная мощность крупнейшего ЭП.

Пример логнормального распределения приведен на рис.2.

Рис.2. Логнормальное распределение номинальной мощности ЭП предприятия, имеющего пятиуровневую СЭС

Расчетное логнормальное распределение позволяет определить количественный состав и мощность электроприемников на всех уровнях системы электроснабжения проектируемого предприятия.

Для того, чтобы построить упорядоченный ряд номинальных мощностей отдельных электроприемников, необходимо применить метод имитационного моделирования, основанный на использовании генератора логнормального распределения с заданными моментами. Задача сводится к определению средней мощности установленных электроприемников (МР), их среднеквадратичного отклонения (sР) и длины ряда логнормального распределения, которая определяется математическим ожиданием общего количества установленных электроприемников (МN) проектируемого предприятия. Значения МР и МN берутся из разработанной на основе обработки статистического материала базы данных. sР при известных Р_max и МР определяется по формуле (2).

Моделирование логнормальных величин осуществляется с использованием нормально распределенных случайных величин.

где V - нормально распределенные случайные величины; Y - логнормальная величина.

Номинальная мощность электроприемников моделируется в соответствии со стандартным рядом номинальных мощностей.

Полученный в результате моделирования ряд номинальных мощностей электроприемников, распределенных по логнормальному закону, разбивается по уровням системы электроснабжения, в соответствии с кривой распределения (рис.2). Электроприемники мощностью до 200 кВт учитываются при расчете электрических нагрузок на 3 уровне (шины 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции). ЭП мощностью 200-1000 кВт могут быть отнесены к 4 уровню (шины РП10(6) кВ и линии, подходящие к ним). ЭП выше 1000кВт относятся к 5 уровню (шины низкого напряжения ГПП, ПГВ).

Разработана компьютерная программа оценки электрических нагрузок промышленных предприятий, которая состоит из двух частей.

Первая часть программы позволяет рассчитать среднюю нагрузку проектируемого предприятия методом удельных расходов электроэнергии [2].

Исходными данными для расчета являются: тип предприятия, годовое число часов работы предприятия Т_г, виды выпускаемой продукции, планируемая годовая производительность по выпускаемой продукции П_i.

Из базы данных выбираются удельные расходы электроэнергии по видам выпускаемой продукции W_удi и рассчитывается средняя активная нагрузка каждого производства:

После этого определяется средняя активная нагрузка предприятия

(5)

где n - количество видов выпускаемой продукции.

Средняя полная нагрузка предприятия:

(6)

где tg j _Э - коэффициент мощности, задаваемый энергосистемой.

Вторая часть программы предназначена для расчета электрических нагрузок по уровням системы электроснабжения предприятия. Исходными данными для расчета являются результаты моделирования ряда номинальных мощностей электроприемников, которое осуществляется непосредственно перед расчетом. Мощностью самого крупного электроприемника, устанавливаемого на предприятии, задается граница раздела предприятия и энергосистемы и количество уровней системы электроснабжения предприятия.

По сгенерированным значениям установленной мощности электроприемников расчет электрических нагрузок осуществляется по известной методике, приведенной в [1]. Определяются расчетные максимальные значения активной, реактивной и полной мощности на 3 и выше уровнях системы электроснабжения.

Расчет электрических нагрузок по уровням системы электроснабжения повторяется многократно с вновь генерируемыми исходными данными, после чего производится статистическая обработка результатов расчета. Определяется математическое ожидание, дисперсия и среднеквадратичное отклонение максимальной активной, реактивной и полной нагрузки каждого уровня системы электроснабжения с последующим определением количества и мощности трансформаторов 3-5 уровней.

По окончании расчета можно ознакомиться с предполагаемой схемой электроснабжения проектируемого предприятия или производства.

При определении количества трансформаторов цеховых ТП учитывается номинальная мощность, которая выбирается в соответствии со стандартными мощностями силовых трансформаторов; кВА (100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500).

При определении количества трансформаторов ГПП учитывается следующий стандартный ряд силовых трансформаторов; МВА (6.3, 10, 16, 25, 32, 40, 63).

Разработанная программа написана на языке Object Pascal в среде Delphi5 и занимает 1МВ дискового пространства.

Использование разработанной программы даст возможность индивидуального оптимального проектирования; поможет решить вопросы присоединения потребителей к сетям энергосистемы; работникам энергосбытов, представляющим интересы энергосистем, позволит эффективно осуществлять контроль за рациональным распределением энергии.