Т7 Энергосбережение

На рис. 7.22 приняты следующие обозначения: Pи, Pн, Pвх, Pвых – напоры ресурсов на элементах сети; Gи, Gн, Gвх, Gвых – расходы ресурсов в элементах сети.

Одним из критических вопросов представления сети (рис. 7.22) является модель узлов слияния потоков. Для широкого класса узлов слияния потоков корректную модель можно представить в виде схемы, приведенной на рис. 7.23.

Рис. 7.23. Модель узлов слияния и ветвления потоков

Здесь Робщ, Рвых, Рвхi – результирующий, выходной и входные напоры узла; Рвхi – потери напоров на входах узла; Yi, Yнj – проводимости входов

и выходов узла соответственно; Gвобщх , Gвоыхбщ – результирующий расход на

входе и выходе узла соответственно; Gвхi, Gвыхj – расходы на входе и выходе узла; τз – запаздывание потока пара в трубопроводе.

агрегированные параметры верхнего уровня модели узла как единого целого. В данном случае связь указанных параметров на верхнем уровне определяется решением уравнения баланса токов по параметру Робщ. В общем случае связи агрегированных параметров на верхнем уровне могут иметь разнообразный характер. На нижнем уровне представлены частные модели элементов узла, функциональные характеристики которых определяются динамическими операторами Yi, Yнi – проводимостями элементов узла.

Уравнения, приведенные ниже, описывают процессы в модели узлов слияния и ветвления потоков:

473

Рвых = Робщ;

Рвхi = Рвхi - Рвых, i = 1, …, m;

m

Gвыхобщ Gвыхi , i 1

где si – структурные переключения в сети.

Задача решения системы уравнений (5.1) относится к классу обратных задач математической физики. Данную задачу можно решить различными способами. Так, например, в статическом случае данную задачу можно решить методом Ньютона. В этом случае расчетная схема узла слияния и ветвления потоков может быть представлена в виде схемы, приведенной на рис. 7.24

Рис. 7.24. Расчетная схема узла слияния и ветвления потоков

Здесь УСВП – узел слияния и ветвления потоков.

Рекуррентная процедура Ньютона решения базового нелинейного уравнения для расчетной схемы (рис. 7.24) имеет следующий вид:

результирующего расхода на входе узла от результирующего и входных напоров узла в соответствии с рис. 7.24; k – индекс итерации решения.

Рекуррентной процедуре (5.2) соответствует структурная схема алгоритма решения нелинейного уравнения (рис. 7.25).

Рвх, k

474

Рис. 7.25. Структурная схема алгоритма решения нелинейного уравнения

На рис. 7.25 приняты следующие обозначения: Д – дискретный интегратор; τз – время запаздывания; γ – коэффициент релаксации.

В динамическом случае данную задачу можно решить методами теории автоматического регулирования.

В этом случае ставится задача решения динамического уравнения

напора на интервале времени [t0, tT].

Расчетная структурная схема уравнения (5.4) приведена на рис. 7.26. На рис. 7.23 R – регулятор, соответствующий обратному оператору R1 .

Рис. 7.26. Расчетная структурная схема

Структурная схема на рис. 7.26 соответствует общей структуре систем автоматического регулирования, поэтому для решения уравнения (5.4) могут быть использованы известные методы теории автоматического регулирования.

Необходимо отметить, что с учетом модельных соотношений (5.1) расчет процессов в сети значительно упрощается. При этом, принимая во внимание инерционность процессов, происходящих во всех элементах сети, что позволяет использовать явные методы интегрирования дифференциальных уравнений, общий алгоритм расчета распадается на локальные алгоритмы интегрирования дифференциальных уравнений элементов сети. Результаты локальных расчетов передаются согласно схеме причинно-следственных связей в представлении сети. При этом необходимость в решении системы нелинейных алгебраических уравнений возникает лишь при анализе узлов слияния потоков. Количество нелинейных уравнений здесь равно числу узлов слияния потоков в сети, которое, как правило, не имеет больших величин. На этой основе можно осуществлять оперативный анализ процессов в сложной сети при решении задач идентификации и управления.

475

Задача идентификации состоит в коррекции значений сопротивлений и проводимостей элементов сети в соответствии с оперативными данными измерений параметров потоков в сети. Коррекция выполняется с целью сближения расчетных параметров элементов сети с фактическими. Схема идентификации приведена на рис. 7.27.

G0 G

заданный поток

Рис. 7.27. Схема идентификации сопротивлений и проводимостей элементов сети

На рис. 7.27 приняты обозначения: ×, √, (·)2 – математические функции: умножение, извлечение квадратного корня и возведение в квадрат соответственно.

На схеме идентификации сопротивления Rk и проводимости Yk выделенного k-го элемента сети определяются как искомые переменные, изменяя значение которых, необходимо достичь следующих равенств (с некоторой точностью): расчетного значения напора потока ресурсов Р заданному фактическому значению Р0 и расчетного значения расхода ресурсов G заданному фактическому значению G0.

Далее рассмотрим решение задач оперативного управления потоками ресурсов. Так, одной из центральных задач управления потоками ресурсов в сетях является стабилизация требуемого значения потока ресурсов при воздействии возмущающего потока. Задача определения управляющего потока ресурсов может быть решена согласно структурной схеме, представленной на рис. 7.28.

Рис. 7.28. Структурная схема решения статической задачи определения Du

Здесь управляющий поток ресурсов Du определяется из условия равенства (с некоторой точностью) расчетного значения потока ресурсов Dн заданному значению Dн0.

Общая схема оперативного управления в сетях представлена на рис. 7.29.

476

Рис. 7.29. Общая схема оперативного управления в сетях

Здесь uрk – расчетный сигнал парирующего воздействия; y0нk, yрнk – поток ресурсов выделенного потребителя заданный и рассчитанный на модели сети.

Частные k-ые задачи управления потоками в сети состоят в том, чтобы для выделенных k-ых потребителей стабилизировать требуемые значения потоков ресурсов Dнk при воздействии возмущающего потока Dzk. С этой целью АСУ ТП исходя из величины z потока Dzk, полученного с помощью измерительного прибора (ИПk), должно вырабатывать управляющий сигнал u, на основе которого с помощью исполнительного механизма (ИМk) подается управляющий поток ресурсов Duk.

Определение величины управляющего потока может быть выполнено на основе следующих подходов:

1)опыта и интуиции диспетчера;

2)путем решения рассмотренных обратных задач на модели сети

(Modс).

На основе указанных выше подходов реализуется оперативнодиспетчерское управление (ОДУ) сетью. Из схемы решения задачи парирования возмущений в сети вытекают следующие требования к методике решения данной задачи:

477

1)модель сети должна быть ориентированной и отражать пути передачи потоковых сигналов от входных узлов введения управляющих потоков к выходным узлам стабилизируемых потоков на нагрузках;

2)алгоритмы парирования возмущений должны основываться на решении обратных задач динамики сети.

В качестве примера на рис. 7.30 приведен видеокадр макромодели сетей тепло- и пароснабжения ОАО «ММК».

Теплоэнергетический комплекс ОАО «ММК» содержит:

три электрические станции: теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), центральная электростанция (ЦЭС) и паровоздуходувная электростанция (ПВЭС);

тепловые и паровые сети общей протяженностью около 500 км;

более тысячи потребителей теплоэнергетических ресурсов, включающих металлургические цеха основного и вспомогательного производства.

Особенностью пароснабжения промплощадки ККЦ и КХП являются переменные режимы пароснабжения. Здесь наблюдаются большие колебания производительности источников и потребления пара. Для рационального использования пара в системе предусмотрена буферная электростанция ST-3.

478

Рис

.

7.3

0.

Вид

еок

адр

мак

ром

оде

ли

сет

ей

теп ло-

и

пар

осн

абж

ени

я

ОА

О

С целью более полной утилизации пара в данной системе ставится

«М

задача максимума обеспечения паром станции ST-3. При этом необходимо МК

предоставить необходимый расход пара остальным технологическим

»

потребителям, наиболее приоритетным из которых является установка вакуумирования стали.

Задача управления потоками в подобной сложной системе существенно базируется на принципе парирования потоковых возмущений в сети. В качестве подобного потокового возмущения выступает работа вакууматора, кроме того, переменный режим работы имеют котлы ОКГ. Для парирования указанных возмущений необходимо вводить в сеть управляющие потоки пара с использованием ЦЭС РОУ-2, турбины ВРТ-25 ПВЭС-2 и др. Расчет необходимых управляющих потоков пара можно сделать на основе динамической макромодели сети с использованием методов оперативного управления.

60. Управление эффективностью технологическими процессами происходит в рамках организационной структуры промышленного предприятия. В данных структурах для осуществления технологического

479

планирования и контроля производственной деятельности подразделений, как правило, организуется технологическое управление (ТУ). Одной из функций технологического управления является нормирование и контроль потребления ресурсов. С этой целью ТУ исходя из производственного задания на выпуск продукции устанавливает для производственных подразделений плановые показатели потребления ресурсов. По окончании планового периода ТУ осуществляет контроль выполнения отчетных показателей и дает управляющую информацию по устранению отклонений. Общая схема взаимодействия ТУ с производственными подразделениями приведена на рис. 7.31.

На уровне производственных подразделений с точки зрения энергетики ведение технологических процессов характеризуется энергетическими характеристиками. В общем случае энергетические характеристики представляют собой зависимости

– неизмеряемые неуправляемые параметры; yi – выходные параметры.

Производственное задание

ТУ

Производственные

подразделения

Рис. 7.31. Схема управления эффективностью подразделений

Для производственных подразделений ставится задача – на основе управления технологическими процессами минимизировать потребление

480

ресурсов при заданных уровнях производительности. Аналитически данное задание можно представить в следующем виде

В соотношении (6.2) параметры ui , vi , zi , yi являются связанными и

не определяются на уровне ТУ. Это означает, что управляемые параметры ui определяются на уровне производственных подразделений из условия

минимума потребления ресурсов, а процесс управления (cont) организован таким образом, чтобы выходные параметры yi в пределах заданных

допусков соответствовали требуемым значениям yтi при минимизации влияния возмущающих факторов vi , zi . В этом случае на уровне ТУ свободными для выбора являются параметры Пi , yтi . Из них уставки

режимных параметров, как правило, выбираются на этапах проектирования и наладки технологического процесса с учетом условия минимизации потребления ресурсов. Поэтому свободным параметром на уровне ТУ часто оказывается только объем продукции. В таком случае объемы потребления ресурсов напрямую зависят от объемов продукции

На практике энергетическую эффективность технологического процесса оценивают показателем энергоемкости. Энергоемкость определяется соотношением

Конкретная зависимость энергоемкости от объемов продукции может быть определена на основе данных энергетической экспертизы технологического процесса и данных эксплуатации. В этом случае определение зависимости (6.4) может быть выполнено, например, как решение задачи математического программирования

энергоемкости и объема продукции i-го технологического процесса соответственно; N – общее число наблюдений; ci – вектор структурных

параметров зависимости i ( ) энергоемкости bi от объема продукции Пi ; bik , Пik – данные k-ой экспертизы значений энергоемкости и объема

481

продукции соответственно; bi – технологический допуск по энергоемкости; Kэн – индексное множество энергетических экспертиз.

Постановка задачи (6.5) состоит из двух частей. Первая часть (6.5а) представляет собой среднеквадратичную ошибку отклонений фактических данных по энергоемкости от теоретических, предсказываемых зависимостью (6.4) на множестве данных эксплуатации. Вторая часть (6.5b) представляет собой ограничения на теоретическую зависимость, налагаемые по данным энергетической экспертизы технологического процесса.

На основе решения задачи (6.5) может быть построена программа прогнозирования и контроля потребления энергетических ресурсов промышленного предприятия. В качестве примера на (рис. 7.32) приведена экранная форма отчета о потреблении электроэнергии за отчетный месяц для металлургического предприятия.

Рис. 7.32. Экранная форма отчета о потреблении электроэнергии

Приведенная таблица содержит следующие столбцы:

–Год;

–Цех – название цеха;

–Объем производства (плановый и фактический);

–Расход топлива:

482