Диссертация (Новые подходы и оптимизации режимов работы трехфазных сетей), страница 9

Как можно видеть на всех приведенных графиках, рост мощности преобразователя (а с нейи ёмкости накопителя) снижает затраты на ЭЭ (увеличивает F). Этот результатбыл легко предсказуем. Однако, как можно видеть из тех же графиков (строка1 Табл. 3.1), для, например, F=25% ёмкость накопителя при 100 кВт нагрузкеболее 150 кВт*час (ёмкость среднего автомобильного аккумулятора (0.51) кВт*час) то есть весьма значительна.Анализ первой строки таблицы показывает, что F падает при уменьшении максимальной мощности сети.

Это объясняется тем, что при малой максимальной мощности сети недостаточно энергии на заряд накопителя и, естественно, что эффективность его использования мала даже при значительнойемкости накопителя. С увеличением максимальной мощности сети F линейнорастет с ростом мощности накопителя. Вторая строка таблицы демонстрируетвлияние величины Pload var на эффективность использования накопителя. Здесь52также F падает при уменьшении максимальной мощности сети поскольку возможности к использованию Pload var при малой максимальной мощности сетиограничены. Аналогичный результат показывает и анализ последней строкитаблицы.

Таким образом, общий вывод состоит в том, что для существеннаяэкономия затрат на ЭЭ может быть достигнута только при высокой максимальной мощности сети.Таблица 3.1 net max , P bat maxF P load var  0,2P load var  0,3P net max , P load varF P bat max  0,1P load var  0,5P bat max  0,15P load var , P bat maxF P net max  0,8P net max  0,9P bat max  0,5P net max  1,1PКак уже отмечалось выше, накопитель может быть использован и дляповышения равномерности потребления электроэнергии из сети. Вероятно,53именно такое использование накопителя следует признать наиболее традиционным. Рассмотренная выше задача должна быть модифицирована такимчтобы с одной стороны, она осталась в классе задач линейного программирования и, с другой стороны, целевая функция (минимизируемая линейнаяформа) должна быть сконструирована таким образом, чтобы выражать требуемое качество.

Последнее требование очевидно необходимое. первое такжепредставляется важным, так как гарантирует получение глобального экстремума за конечное число шагов.Введем в рассмотрение два вектора А и В, компоненты которых α k и β kнеотрицательны:A  α k  , B  β k  , α k  0, βk  0, k  1, N .Используя Pave  Wload T - среднюю мощность, потребляемую нагрузкой заинтервал времени Т, запишем для потребляемой от сети мощности неравенства:Pave  α k  Pnet,k  Pave  β k , k  1, N .Теперь с использованием введенных переменных запишем линейнуюфункцию цели, соответствующую наиболее равномерному потреблению электроэнергии из сети:NF2   (α k  β k ) min .Pnet , Pbat , Pvark 1Функционал F2, очевидно, линеен и его минимум соответствует наиболее равномерному потреблению электроэнергии из сети, то есть он удовлетворяет сформулированным выше требованиям. Решение этой задачи при следующих исходных данных: load var  Pload var  30%, P bat max  Pbat max  10  40%, W bat max  Wbat max  5  30%PPload maxPload maxWload в суткиα k  0  0.2, β k  0  0.2приведено на рисунке 3.5.

Сравнивая графики потребляемой от сети мощности, представленные на рис 3.4 и рис. 3.5 можно видеть, что для режима, представленных на рис. 3.5 равномерность потребления существенно улучшена –54потребляемая из сети мощность постоянна и не зависит от времени.Заключительным этапом нашего рассмотрения будет решение двухкритериальной задачи (одновременная минимизация F1 и F2). При этом функционал F1 дополнительно модифицирован. В нем приближенно учтем затраты наприобретение и эксплуатацию накопителя:F1  K t Pnet  NCWbat max K Накопителя  min ,где NC - число циклов работы накопителя, а K Накопителя - приведенная стоимостьМощности – кВтЭнергия накопителя –кВт.часнакопителя (руб/кВтЧ).Рис.

3.5 Графики изменения величин соответствуют точке с минимальным значениемфункции F2, при Pbat max  10 кВт; Wbat max  75 кВт чРис. 3.6 Парето фронтОчевидно, что решение такой задачи даст возможность «лицу, принимающему решение», анализируя полученное множество Парето обоснованно55принять решение о наилучшем составе энергетического оборудования. Решение (множество Парето) двухкритериальной задачи одновременной минимизаций F1 и F2 представлено на рис 3.6.На Рис. 3.7 приведены графики изменения мощностей и энергий задачив течении времени, которые соответствуют точке, выделенной красным цветом, на Рис.

3.6. Для этой точки Pbat max  16,282 кВт, Wbat max  88,014 кВт ч,F1  40766 руб. (снижение на 7,5 % в сравнении с неоптимальным решением),Мощности – кВтЭнергия накопителя –кВт.часF2  160,51 кВт (снижение на 73 % в сравнении с неоптимальным решением).Рис. 3.7 Графики изменения величин соответствуют точке, выделенной на рисунке 3.63.4ВыводыРассмотрены особенности применения генетического алгоритма и метода многоцелевой оптимизации для решения электротехнических задач. Насодержательном примере задачи оптимального управления нагрузкой автономной системы с накопителем энергии показана высокая эффективность этихметодов.Для задачи оптимального управления нагрузкой автономной системы снакопителем энергии полученные результаты показывают, что даже при достаточно свободных допущениях, использование накопителя снижает стоимость потребленной ЭЭ не более чем на 5-25%. При этом капитальные затратына дополнительное оборудование (накопитель и связывающий его с сетью преобразователь) следует оценить как значительные.

Существенный (10 и болеепроцентов) выигрыш в затратах на ЭЭ получается при мощности преобразователя в 10 и более процентов от мощности сети. Таким образом, вопрос о том,где выгоднее покупать мощность: у сети или «у себя» имеет ответом (согласно56нашему исследованию) – примерно одинаково.Следует также отметить существенный положительный эффект от накопителя, связанный со стабилизацией уровня потребления энергии из сети.Даже незначительный по мощности (в сравнении с мощностью сети) накопитель позволяет практически полностью уничтожить неравномерность потребления мощности нагрузкой. Это, с нашей точки зрения автора, наиболее значимый эффект от использования накопителя.Решение двухкритериальной задачи с одновременной минимизацией F1и F2 дает возможность, анализируя полученное множество Парето обоснованно принять решение о наилучшем составе энергетического оборудования.Эффективность этого решения может быть приближенно оценена по одной източек множества Парето.

Так для выбранной нами точки (красная точка на рисунке 4) снижение затрат на электроэнергию составило 7,5 % в сравнении снеоптимальным решением, а снижение неравномерности потребления составило 73 % в сравнении с неоптимальным решением.574СИММЕТРИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНЫХСИСТЕМ СТЕКОЛЬНОГО ЗАВОДАВ этой главе полученные ранее теоретические соотношения применяются для симметризации режима работы трехфазной системы промышленногообъекта (стекольного завода). Режим нагрузки фаз был определен экспериментально в течении 24 часов работы предприятия.4.1Описание трехфазной системы стекольного завода и основныедопущения, принятые при оптимизации режимов в этой схемеВ этой части, рассмотрим применение предложенных подходов к задачесимметризации трехфазной электрической сети технического объекта, в качестве которого здесь будет рассмотрена трехфазная сеть стекольного завода.Эта система в упрощенном виде представлена на рисунке 4.1.

Мы рассматриваем далее типичный режим работы завода в течение 24 часов его работы.Рис. 4.1 Электрическая система стекольного завода.Вид напряжении и токов фаз (экспериментальные данные в 720 точках повремени) представлены в рисунках 4.2-4.6 для напряжений и токов нагрузокНагр1-Нагр5. В рисунках 4.2-4.6 тоже представлены амплитуды переменнойсоставляющей мгновенной мощности в нагрузках Нагр1-Нагр5.Как можно видеть, имеет место существенная несимметрия для всех58нагрузок. Почасовые токи всех фаз сильно различаются из-за несбалансированной нагрузки фаз, различаются также и полные мощности фаз.Взаимное влияние режимов работы нагрузок в данной сети незначительно. В этой ситуации задача размещения существенно упрощается, так каккомпенсирующие устройства целесообразно размещать непосредственно унагрузок (по 2 устройства на каждую нагрузку).

При этом наилучшее размещение определяется из анализа всего шести вариантов: компенсаторы в фазахА, В, в фазах А, С, или в фазах В, С, только в фазе А, только в фазе В, тольков фазе С.Моделирование электрической системы стекольного завода в течение 24часов выполнялось на Matlab до и после установленных компенсации с параметрами, полученными из решения задачи (3.5).

Приведение к 220В напряжения питания для завода рассматривалось как постоянное (220 В) и симметричное.Рис. 4.2 Фазные напряжения, токи и мощности на шине нагрузки Нагр1до компенсации.59Рис. 4.3 Фазные напряжения, токи и мощности на шине нагрузки Нагр2до компенсации.Рис. 4.4 Фазные напряжения, токи и мощности на шине нагрузки Нагр3до компенсации.60Рис.

4.5 Фазные напряжения, токи и мощности на шине нагрузки Нагр4до компенсации.Рис. 4.6 Фазные напряжения, токи и мощности на шине нагрузки Нагр5до компенсации.4.2Применение метода быстрого оценивания целевых функций коптимизации режимов работы трехфазной системы стекольного заводаДробно-полиномиальные функции, полученные нами выше для зависимостей токов и напряжений от параметров компенсирующих устройств, былииспользованы для решения задачи оценивания целевых функций к оптимизации.