Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в э
.pdfА.А. Крубцова, А.В. Малафеев
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГРАФИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ С УЧЕТОМ ОБЪЕМА ЗАКАЗОВ НА МЕТАЛЛОПРОДУКЦИЮ
Предложен способ прогнозирования графиков нагрузки с учетом планового объема производства, основывающийся на тесной взаимосвязи объема продукции и потребляемой мощности. Способ предполагает представление упорядоченного графика нагрузки нечетким интервалом, граница которого описывается функцией принадлежности, определяемой на основе анализа графиков конкретного предприятия. Прогнозный график рассчитывается на основе формы характерного цехового графика и средней нагрузки, соответствующей заданной производительности. Как показал ретроспективный анализ, способ характеризуется приемлемой погрешностью.
Ключевые слова: прогнозирование нагрузки, суточный график, система электроснабжения, нечеткий интервал, Z-образная функция принадлежности.
A.A. Krubtsova, A.V. Malafeev
Nosov Magnitogorsk State Technical University
PREDICTION OF THE POWER LOAD BASED
ON THE VOLUME OF ORDERS FOR STEEL PRODUCTS
In this paper we propose a method of predicting the load curves taking into account the planned production volume based on the ten-Noah relationship of output and power consumption. The method involves the representation of an ordered schedule of fuzzy interval on the boundary of which is described by a membership function, calculated on the analysis results of graphs of a particular company. Forecasting schedule is calculated based on the shape characteristic of the workshop schedule and the average load corresponding to a given capacity. As shown by retrospective analysis, the acceptable method is characterized by sinfulness.
Keywords: load forecasting, daily schedule, power supply system, fuzzy interval, Z-shaped membership function.
71
В современной экономической ситуации при планировании режимов систем электроснабжения крупных промышленных предприятий необходимо учитывать, что ряд цехов при снижении объема заказов на некоторые виды продукции может работать с производительностью существенно ниже проектной. Это сказывается, в первую очередь, на графиках нагрузки таких цехов, а следовательно, на режимах электрических сетей и режимах электропотребления. Крайне важна указанная задача для предприятий со сложнозамкнутыми сетями на напряжении 110–220 кВ, таких как металлургические предприятия.
График электрической нагрузки каждого предприятия формируется под влиянием многих факторов, учесть которые затруднительно. Следовательно, важно разработать способ суточного прогнозирования графика электрической нагрузки, позволяющий минимизировать отклонения потребляемой от заявленной на рынке на сутки вперед мощности. Прогноз нагрузок дает главную исходную информацию для планирования режимов. Поэтому актуальной задачей является создание аппарата для прогнозирования электрической нагрузки с целью снижения разницы между потребляемой и заявленной мощностью.
Прогнозирование электрических нагрузок осуществляется на основе данных суточных ведомостей и телеизмерений за предыдущие периоды. Основной исходной информацией для прогнозирования электрической нагрузки являются объем производства и форма графика электрической нагрузки.
Для суточного прогнозирования электрических нагрузок предлагается представление графика нагрузки в виде интервала с нечеткой границей, заданной Z-образной функцией принадлежности (ФП), так как внешний вид упорядоченных графиков электрической нагрузки промышленного предприятий весьма схож с предлагаемой функцией.
Выделимхарактерныедиапазонывпределахграфиканагрузок:
1)режим наименьших нагрузок для интервала [Pmin, P1];
2)режим малых нагрузок для интервала [P1, P2];
72
3)режим средних нагрузок для интервала [P2, P3];
4)режим больших нагрузок для интервала [P3, P4];
5)режим наибольших нагрузок для интервала [P4, Pmax]. Упорядоченный график с нанесенными на него режимами
1–5 и соответствующими значениями ФП упрощенно выглядит следующим образом (рис. 2).
Рис. 1. Наложение графика Z-образной функции принадлежности на график электрической нагрузки на примере фидера 64-02 подстанции № 64 ОАО «ММК»
Рис. 2. Характерные диапазоны электрической нагрузки
73
Важным для целей прогнозирования электрической нагрузки является учет планового объема заказов на готовую продукцию определенного вида. Решающими факторами при формировании графиков параметров режима являются объем продукции и характер технологического процесса.
ОАО «ММК» включает в себя цеха с различной технологией производства, что обусловливает различный характер графиков нагрузки, которые, в свою очередь, тесно связаны с объемом производства готовой продукции.
Проверка взаимосвязи суммарной нагрузки фидеров подстанций и объема производства готовой продукции выполнялась по коэффициентам парной корреляции. При коэффициенте корреляции более ±0,3 делался вывод о существенной взаимосвязи суммарной нагрузки фидеров подстанций какого-либо цеха и его объема производства готовой продукции.
Как видно из табл. 1, для доменного цеха, кислородной станции № 5 (КС-5), ЛПЦ-5 и ЛПЦ-8 наблюдается тесная взаимосвязь между исследуемыми величинами.
Таблица 1
Коэффициенты корреляции
ЦехаОАО «ММК» |
r |
r* |
Доменныйцех |
0,85 |
0,74 |
Кислороднаястанция№5 |
0,78 |
0,55 |
ЛПЦ-5 |
0,85 |
0,72 |
ЛПЦ-8 |
0,78 |
0,66 |
Сортовойцех |
0,83 |
0,79 |
Примечание: r – коэффициент парной корреляции, рассчитанный по замеренным графикам электрической нагрузки; r* – коэффициент парной корреляции, рассчитанный по нечетким графикам нагрузки.
Значения величины электрической нагрузки на основе предлагаемой функции принадлежности могут быть записаны следующим образом:
74
|
|
1, |
|
|
|
|
Pi ≤ Pmin |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Pi − Pmin |
|
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
− 2 |
, Pmin < Pi |
≤ |
Pmin + Pmax |
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
2 |
|||||||||
μZ |
(Pi |
|
|
|
Pmax − Pmin |
|
|
|
|
|
|||
; Pmin , Pmax ) = |
|
Pmax − Pi 2 |
|
|
Pmin + Pmax |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
< Pi < Pmax |
|
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Pmax − Pmin |
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Pmax |
≤ Pi |
|
|
|
||
|
|
0, |
|
|
|
|
|
|
|||||
где Рmax – максимальная активная мощность; Рmin – минимальная активная мощность; Рi – текущее значение активной мощности.
Для расчета графиков нагрузки как нечетких интервалов была принята формула:
Р%= Pmin + (Pmax − Pmin ) μZ (Pi ) .
Таблица 2
Показатели упорядоченного графика нагрузки фидера 64-02 подстанции № 64
Время |
Р |
Q |
μP |
P* |
Q* |
|
|
|
|
|
|
00.00 |
5,3 |
1,08 |
0,00 |
5,30 |
1,08 |
02.00 |
5 |
1,02 |
0,02 |
5,25 |
1,07 |
04.00 |
4,8 |
0,97 |
0,05 |
5,15 |
1,05 |
06.00 |
4,5 |
0,91 |
0,12 |
4,91 |
1,00 |
08.00 |
4,3 |
0,87 |
0,18 |
4,69 |
0,95 |
10.00 |
4,1 |
0,83 |
0,26 |
4,43 |
0,90 |
12.00 |
3,9 |
0,79 |
0,36 |
4,11 |
0,84 |
14.00 |
3,6 |
0,73 |
0,53 |
3,55 |
0,72 |
16.00 |
3,2 |
0,65 |
0,74 |
2,87 |
0,58 |
18.00 |
2,6 |
0,53 |
0,93 |
2,22 |
0,45 |
20.00 |
2,6 |
0,53 |
0,93 |
2,22 |
0,45 |
22.00 |
2,2 |
0,45 |
0,99 |
2,02 |
0,41 |
Замена реальных графиков нагрузки их нечеткими интервалами для отдельных присоединений позволяет определить нечеткие интервалы в целом для рассматриваемых цехов (рис. 3).
75
Рис. 3. Прогнозные графики нагрузок для цехов ОАО «ММК» на основе известной формы графика: а – доменный цех; б – сортовой цех; в – КС-5; г – ЛПЦ-5; д – ЛПЦ-8
Для оценки корректности предлагаемого способа прогнозирования произведена оценка погрешности сравнением зарегистрированного графика нагрузок за декабрьские сутки 2009 г. и прогнозного графика на эти сутки. На рис. 4 показан порядок построения прогнозного графика. Основой является типовой график, построенный в относительных единицах по данным контрольных замеров. В качестве базиса взята средняя нагрузка. По рис. 4, а, б согласно плановой суточной производительности определяется значение ФП, на ее основе, пользуясь выводом
76
Таблица 3
Погрешность расчета прогнозного графика для различных цехов
Ступень |
Доменный |
Сортовой |
КС-5 |
ЛПЦ-5 |
ЛПЦ-8 |
1 |
0,25 |
2,86 |
0,33 |
–2,29 |
–5,24 |
3 |
0,97 |
2,56 |
0,30 |
–3,22 |
4,96 |
5 |
0,97 |
1,46 |
–0,19 |
0,00 |
6,49 |
7 |
0,77 |
0,00 |
–0,03 |
1,19 |
4,31 |
9 |
0,91 |
2,56 |
–0,03 |
–2,90 |
6,49 |
11 |
1,02 |
–2,47 |
–0,03 |
3,49 |
0,00 |
13 |
0,50 |
0,52 |
0,25 |
0,00 |
–4,71 |
15 |
0,69 |
–2,24 |
–0,07 |
1,24 |
–5,24 |
17 |
–0,60 |
1,42 |
–0,24 |
0,32 |
–1,89 |
19 |
–0,49 |
–2,69 |
0,00 |
–3,16 |
4,31 |
21 |
–0,97 |
2,13 |
–0,32 |
0,85 |
0,00 |
23 |
–0,35 |
3,07 |
–0,05 |
–2,49 |
4,31 |
Таблица 4
Расчет прогнозного графика
Ступень |
Значение |
График |
Значениядля |
Погрешность, |
дляреального |
вотносительных |
прогнозного |
||
|
графика, МВт |
единицах |
графика, МВт |
δ(Р), % |
|
|
|||
2 |
28,50 |
1,046 |
29,78 |
–4,48 |
4 |
27,83 |
0,977 |
27,42 |
1,47 |
6 |
27,37 |
1,290 |
25,93 |
5,27 |
8 |
26,34 |
0,953 |
24,21 |
8,08 |
10 |
25,90 |
0,929 |
23,77 |
8,23 |
12 |
24,57 |
1,290 |
22,88 |
6,89 |
14 |
23,02 |
1,224 |
22,63 |
1,68 |
16 |
21,59 |
1,091 |
22,01 |
–1,93 |
18 |
21,38 |
0,952 |
21,82 |
–2,05 |
20 |
20,50 |
1,123 |
21,28 |
–3,79 |
22 |
15,32 |
0,888 |
18,91 |
–3,44 |
24 |
9,85 |
0,980 |
10,79 |
–9,55 |
77
о тесной взаимосвязи объема производства и нагрузки, вычисляется средняя нагрузка за сутки (21,3 МВт), после чего типовой график пересчитывается в именованные единицы. Желательно выполнить расчет для границ интервала, в который попадает значение μz («малые нагрузки», «средние нагрузки» и др.).
Погрешность расчета не превысила 10 %, что является допустимым для целей прогнозирования.
а |
б |
в
Рис. 4. Построение прогнозного суточного графика по плановой производительности сортового цеха
Значения погрешности приведены в табл. 4. На основе прогнозных графиков далее выполняется серия расчетов установившихся режимов, позволяющих определить значения потерь активной мощности, токи и напряжения для элементов системы электроснабжения. Мероприятия на основе результатов расчета потерь активной мощности позволяют увеличить экономию де-
78
нежных средств, результаты расчета тока – увеличить срок службы кабельных линий и оборудования распределительных устройств, результаты расчета напряжения – повысить устойчивость синхронных и асинхронных машин.
Список литературы
1.Конышева Л.К., Назаров Д.М. Основы теории нечетких множеств: учеб. пособие. – СПб.: Питер, 2011. – 192 с.
2.Малафеев А.В., Антоненко А.А. Математическое представление электрических нагрузок промышленных предприятий
взадаче определения потерь электроэнергии с использованием аппарата теории нечетких множеств // Промышленная энергети-
ка. – 2013. – № 1. – С. 9–13.
3.Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. – М.: Наука, 1981. – 206 с.
Сведения об авторах
Крубцова Анастасия Андреевна – аспирантка Магнито-
горского государственного технического университета им.
Г.И. Носова, e-mail: anastasiya_289@mail.ru.
Малафеев Алексей Вячеславович– кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятийМагнитогорскогогосударственноготехническогоуниверситета им. Г.И. Носова, e-mail: malapheev_av@mail.ru.
79
В.А. Раков, А.А. Ашапатов
Вологодский государственный университет
ОЦЕНКА МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА В ГОРОДСКОМ РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ
В статье предложена методика вычисления средней мощности двигателя транспортного средства. Изложены результаты испытаний по определению потребляемой мощности на автомобиле в условиях движения.
Ключевые слова: мощность двигателя, испытание, холостой ход, нагрузочный режим.
V.A. Rakov, A.A. Ashapatov
Vologda State University
EVALUATION OF ENGINE POWER CAR IN URBAN TRAFFIC
The paper proposes a method of calculating the average engine power of the vehicle. The results of tests to determine the power consumption on the car in traffic.
Keywords: engine power, test, idling, pull mode.
За последние 17 лет в России появился парк автомобилей с нетрадиционными гибридными силовыми установками [1]. Оценка мощности, развиваемой такими силовыми установками в условиях эксплуатации, сопряжена с определенными трудностями [2]. В первую очередь это связано с необходимостью измерения скорости вращения коленчатого вала ДВС и крутящего момента на его валу.
Известен способ вычисления крутящего момента на выходном валу двигателя или трансмиссии с помощью встраиваемого деформируемого измерительного элемента. Основным его недостатком является сложность подготовки и организации проведения измерений.
Также известен способ определения топливной экономичности двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в определении энергетического КПД двигателя путём сравнения его
80