Дослідження системи електропостачання феросплавного заводу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Технологічний процес вироблення феросплавів являється дуже енергоємним. У зв'язку з цим затрати на електроенергію складають значну частину собівартості продукції.

Задача організації системи електропостачання із найменшими втратами потужності та забезпеченням необхідної надійності являється актуальною на сьогодні. Робота присвячена дослідженню режимів роботи системи електропостачання Феросплавного заводу. Проведено дослідження системи електропостачання Феросплавного заводу, яка охоплює ключові підстанції „Дніпро-Донбас-330”, „Правобережна-330”, „Феросплавна-1” та Дніпровську електростанцію ДГЕС-1. Проведена оцінка перетоків потужності та втрат потужності в системі електропостачання Феросплавного заводу при різних схемах живлення та у різних режимах роботи системи.

Значна частина роботи спрямована на розробку оптимізаційної моделі автоматичного обліку і розподілу електроенергії серед споживачів Запорізького феросплавного заводу.

1. АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ АВТОМАТИЗАЦІЇ СИСТЕМ ОБЛІКУ ТА РОЗПОДІЛУ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ СЕРЕД СПОЖИВАЧІВ

1.1 Системи, засоби та пристрої обліку електроенергії

1.1.1 Спосіб вимірювання електроенергії в трифазній високовольтній мереж

Його суть полягає у удосконаленні відомого способу, коли струм та напругу підводять до лічильника електроенергії

Проаналізувавши дану роботу, було виявлено, що поставлена задача вирішується наступним чином: у способі вимірювання електроенергії в трифазній високовольтній мережі, при якому струм та напругу високовольтної мережі підводять до лічильника електроенергії через вимірювальні трансформатори і, згідно корисної моделі, вимірювання електроенергії виконують за допомогою трьох вимірювальних каналів, корпуси усіх апаратних засобів кожного з каналів розміщують під потенціалами фаз високовольтної мережі, а доступ до вимірювальної інформації здійснюють через гальванічне розв'язаний канал (Рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Пристрій обліку

До позитивних сторін даного способу можна віднести:

Підвищення точності і вірогідності вимірювання електроенергії;

Зниження витрат на побудову вимірювальних каналів;

Запобігання несанкціонованому доступу до вимірювальної комерційної інформації.

Негативним, на мою думку, може стати доцільність впровадження даного способу, так як він у повній мірі не виключає несанкціоноване втручання у цю систему обліку.

1.1.2 Спосіб визначення вартості електроенергії, що оплачується за диференційним тарифом [2]

Цей спосіб включає в себе, вимірювання спожитої електроенергії одно тарифним лічильником електроенергії в кожний інтервал дії відповідного зонального тарифу із коефіцієнтом пропорційності, причому в інтервал дії першого тарифу енергію вимірюють із коефіцієнтом пропорційності рівним 1, а в кожний інтервал дії наступного тарифу - із коефіцієнтом пропорційності, утвореним діленням значення поточного зонального тарифу на значення першого тарифу і розрахунок вартості спожитої енергії шляхом добутку суми виміряних зональних значень спожитої електроенергії на значення першого тарифу. Технічно реалізація способу за основним винаходом забезпечується пристроєм, здійсненим у вигляді спеціального трансформатору струму з відпайками, за допомогою переключення яких досягається спосіб, який характеризує закон зміни частоти обертання рухомої частини одно тарифного лічильника електроенергії в кожній із зон.

Реалізація способу, при його удосконаленні, досягається за рахунок того, що співвідношення тривалості імпульсу, який забезпечує обтікання обмоток лічильника струмом і обертання при цьому його рухомої частини до загальної тривалості циклу відповідає співвідношенню заданого значення тарифу конкретної зони до максимального тарифу.

Реалізація способу здійснюється будь-яким відомим виконавчим пристроєм.

Техніко-економічний ефект досягається за рахунок:

Спрощення схеми управління способом, що забезпечується, зокрема, виключенням спеціального трансформатора струму відпайками;

Розширення масштабів можливого зонального використання способу, яке виявляється тим;

Підвищення рівня надійності і точності, тому що лічильник може працювати в усіх зонах у стандартному режимі частоти обертів;

Здешевлення засобу, призначеного для реалізації способу, тому що виключається спеціальний трансформатор струму.

1.1.3 Спосіб обліку споживання електричної енергії [3]

Цей винахід може бути використаний для оптимізації обліку споживання електричної енергії.

В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу оптимізації обліку споживання електричної енергії за допомогою лічильника електричної енергії, шляхом здійснення обліку споживання електричної енергії впродовж доби одно тарифним або багато тарифним лічильником в залежності від того який тариф менше на момент споживання.

Сутність винаходу полягає у наступному. Нехай підприємство А здійснює облік споживання електроенергії одно тарифним або багато тарифним лічильником і отримує електричну енергію від електропостачальної організації. Для застосування пропонує мого способу оптимізації обліку споживання електроенергіїї необхідно:

1. Мати підприємство Б поруч з підприємством А;

2. Підприємству Б отримувати електроенергію від тієї ж електропостачальної організації та мати такий спосіб обліку електроенергії, який не використовується підприємством А;

3. Підприємствам А та Б мати можливість постачати один одному електроенергію, як субабонентам;

4. Споживання електроенергії впродовж доби здійснювати через засоби обліку того підприємства, через які економічно є більш вигідно (вдень - через одно тарифний лічильник, вночі - через багато тарифний лічильник).

Позитивною стороною цього винаходу, є наочна економічна вигідність.

Але практичне впровадження передбачає виконання таких умов, які на практиці рідко зустрічаються.

1.1.4 Спосіб та пристрій для електронного відтворювання виміряної електроенергії [4]

При вивченні даної роботи, було виявлено відоме технічне рішення, що характеризує пристрій і спосіб. вживані для електронного відтворення виміряної електроенергії. Пристрій містить перший процесор, входи якого сполучені з датчиками напруги і струму вимірюваної електроенергії. а вихід сполучений з входом другого процесора, що формує сигнали, і підключеного до блоку індикації і оптичного порту. Датчики напруги і струму вимірюють величини напруги і струму, по виміряних величинах визначають величину кількості електроенергії, формують енергетичний сигнал, що характеризує величину виміряної електроенергії і частоту визначення кількості електроенергії. Недоліком відомого рішення слід визнати складність перевірки пристрою і способу.

Технічне завдання, що вирішується цим винаходом, полягає в розробці способу і пристрою відтворення виміряних кількостей електроенергії, перевірка яких не представить складності.

Зовнішній вигляд пристрою наведений на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 - Зовнішній вид пристрою для електронного відтворення виміряної електроенергії

Технічний результат, отриманий в результаті реалізації винаходу, полягає в підвищенні точності відтворення при спрощенні технічного обслуговування.

Недоліком даного винаходу, слід визнати, складність алгоритму програмування роботи мікропроцесора.

1.1.5 Автоматизована система контролю та обліку вартості споживання електроенергії підприємствами за диференційованими тарифами [5]

Відомий пристрій для обліку вартості електроенергії за змінними тарифами, який включає два лічильники, тактовий генератор, імпульсний перетворювач та постійний запам'ятовуючий пристрій.

Недоліком відомого пристроює обмежені функціональні можливості, та невисока надійність у зв'язку з тим, що у відомому пристрої неможливо вести облік електроенергії за різними тарифними зонами, а також програмно у процесі роботи проводити зміну тарифних зон і тестовий контроль функціонування системи.

В основу винаходу поставлено задачу розширення функціональних можливостей, збільшення надійності функціонування, живучості та збільшення ступенів однорідності архітектури автономного пристрою запису та споживання. Поставлена мета досягається шляхом включення до автоматизованої системи контролю та обліку вартості електричної енергії підприємствами за диференційованим комерційним тарифом лічильників електроенергії, модулів обліку, діодів і процесорів, при цьому лічильники електроенергії. Виконані у вигляді (К*Р*N) матриць. Кожна з яких включає n рядків і m стовпців (Рис. 1.3).



Рисунок 1.3 - Структурна схема автоматизованої системи

Завдяки введенню нових елементів та зв'язків між ними, запропонована автоматизована система дозволяє вести облік електроенергії диференційовано за зонами доби.

1.1.6 Пристрій обліку електроенергії [6]

В основу винаходу (Рис.1.4) поставлена задача удосконалення такого пристрою, в якому шляхом введення нових елементі забезпечується можливість виконання автоматичного контролю справності індукційних засобів обліку електроенергії і припинення подачі останньої і за рахунок цього своєчасне автоматичне відключення споживача, що знижує збиток від розкрадань.

Рисунок 1.4 - Функціональна схема пристрою

Таким чином реалізація пристрою дозволяє:

Виключити без облікове споживання електроенергії при несправності індукційних засобів обліку чи навмисного втручання в їх роботу;

Забезпечити автоматичний контроль індукційних засобів обліку, припинення і відновлення подачі електроенергії споживачу залежно від їх справності.

До недоліків можна віднести, значне ускладнення простої схеми та можливі виходи з роботи пристрою, за рахунок цього.

1.1.7 Система обліку і управління електроспоживанням у комунально-побутовому секторі [12]

Цей винахід відноситься до електротехніки, зокрема до систем обліку і управління електроспоживанням і може бути використаний місцевим енергопостачальними компаніями в практиці управління споживанням електричної енергії в комунально-побутовому секторі.

Пристрій призначений для підвищення ефективності управління електроспоживанням промислового підприємства шляхом включення в ланцюг управління як самостійних об'єктів управління окремих ділянок, цехів, енергетичних агрегатів, які при необхідності могли б роводити зниження власного енергоспоживання до належного рівня.

Задачею винаходу є підвищення ефективності управління електровспоживанням у комунально-побутовому секторі.

Поставлена задача вирішується у такий спосіб, система обліку і управління електроспоживанням у комунально-побутовому секторі, що містить вузли обліку, встановлені в центрах електропостачанняі з'єднані каналом телеметрії з блоком прийому інформації, вихід якого з'єднаний із входом обчислювального пристрою, а вихід останнього зв'язаний із входом обчислювального пристрою, а вихід останнього зв'язаний із входом блоку видачі лімітів для кожного з центрів електропостачання (Рис. 1.5).



Рисунок 1.5 - Компонувальна схема системи

Використання запропонованої системи в комунально-побутовому секторі дозволить привчити побутових споживачів активно реагувати на команди диспетчерського персоналу енергосистеми, відновити платіжну дисципліну, а головне - поступово відмовитися від практики віялових відключень. Це, в свою чергу, призведе до зниження нерівномірності добового профілю електричного навантаження і підвищенню економічності виробництва електричної енергії об'єднаній енергосистемі, а також надійності її функціонування.

До недоліків даного винаходу, можна віднести,надмірне ускладнення існуючої системи обліку електричної енергії, що може позначитися на економічній невигідності впровадження даного винаходу.

1.1.8 Система обліку електричної енергії [13]

Ця система відноситься до галузей електротехніки, електроенергетики та вимірювання та призначена для використання у розподільчих електричних мережах у пунктах приєднання споживачів до електричних мереж постачальника.

Неякісна енергія є сумою енергій одноімених потужностей: пульсуючої потужності, потужності спотворень, потужності зміни, коливання та модуляції, імпульсна потужність.

У зв'язку з появою неякісної енергії, була поставлена задача: розробити систему обліку електричної енергії. Яка б вимірювала ту частину збитку постачальника, яка викликана відхиленням миттєвого значення потужності трифазної мережі споживача від постійної величини, що забезпечить спостережність та контроль режиму споживання активної енергії.

Поставлена задача вирішена шляхом вимірювання тієї частини неякісної енергії, яка генерується конкретним споживачем, а саме тим. що система обліку електричної енергії споживача, яка містить затискачі мережі постачальника, затискачі мережі споживача і лічильника активної та реактивної енергії, вхідні виводи яких приєднані до затискачів мережі постачальника, а вихідні виводи приєднані до затискачів мережі споживача, доповнена лічильником неякісної енергії, генерованої споживачем і переданої в мережу постачальника, причому лічильник неякісної енергії має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів системи споживача (Рис. 1.6).

Рисунок 1.6 - Блок-схема системи обліку електроенергії

Система обліку електричної енергії, яка пропонується, забезпечує:

проведення повного обліку електричної енергії, включаючи неякісну енергію, генеровану конкретним споживачем:

проведення повного аналізу режиму роботи навантаження споживачів;

виявлення джерел неякісної енергії;

4) встановлення відповідальності споживача за збитки від погіршення якості електричної енергії та додаткові втрати енергії в мережі постачальника;

5) встановлювати відповідальність решти споживачів перед конкретним споживачем за ті збитки, які наносить решта споживачів конкретному споживачу;

6) проведення електроенергоаудиту споживачів та постачальників.

1.1.9 Спосіб диференційного тарифного обліку і дистанційного управління споживанням електроенергії та інших енергоносіїв (з можливістю відключення) в кредит чи з передоплатою за допомогою електронних старт-карт чи пристроїв дистанційного управління та система його реалізації [14]

Винахід належить до вимірювальної чи обчислювальної техніки і може бути використаний для багато тарифного обліку та контролю вартості споживання електроенергії, а також для управління споживанням з можливістю відключення будь-якого виду ресурсів як з передоплатою, так і в кредит з урахуванням пільгових тарифів.

В основу винаходу поставлено задачу розширення функціональних можливостей способу диференційованого тарифного обліку і дистанційного управління споживанням електроенергії кредит чи з передоплатою за допомогою електронних старт-карт чи пристроїв дистанційного управління, та систем його реалізації за рахунок спроможності тарифного управління з можливістю відключення споживання будь-якого виду енергії за діючими тарифами в визначених зонах доби з урахуванням пільгових тарифів, а також збільшення надійності функціонування та живучості. На рисунку 1.7 представлена блок-схема алгоритму роботи системи.



Рисунок 1.7 - Блок-схема алгоритму роботи системи

Поставлена мета досягається тим, що спожита електроенергія в інтервалі дії кожної Si годинової зони доби вимірюється з ваговою функцією аі Li(t).

Вартість В спожитої електроенергії, визначається за формулою:

,

де An - виміряне значення електроенергії Si зоні часу доби;

B - вартість спожитої електроенергії;

An - тариф діючий в інтервалі Si часу доби;

L(t) - функція, яка визначає процес диференційного управління з можливістю відключення споживання електроенргії в кожній Si зоні з передоплатою чи в кредит.

1.1.10 Пристрій для обліку та контролю споживання електроенергії [17]

Проаналізувавши даний винахід, з'ясувалося, що він відноситься до електроенергетики та призначений для обліку і контролю електроенергії, споживаною на промисловому підприємстві.

Завдання винаходу - підвищення точності обліку електроенергії шляхом обліку перетікання потужності між споживачами і зменшення апаратурних витрат.

Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрій, що містить генератор тактових імпульсів, дільник тактових імпульсів, блок відображення інформації, згідно з винаходом, введено два блоки затримки часу, рахункові модулі, суматори і регістри (Рис. 1.8).

Сукупність істотних ознак пристрою, що заявляється, дозволяє підвищити точність обліку електроенергії за рахунок перетікань потужності між цехами, підрозділами підприємства і скоротити апаратурні витрати на реалізацію пристрою.



Рисунок 1.8 - Функціональна схема пристрою

1.2 Засоби та системи керування енергетичним об'єктами у системах електропостачання

1.2.1 Пристрій для автоматичного регулювання електричним навантаженням [7]

Винахід відноситься до електроенергетики, зокрема до пристроїв автоматичного управління електричним навантаженням, та може бути використаний у будь-якій галузі для підтримки електроспоживання на заданому рівні.

Задачею винаходу є підвищення точності процеса регулювання електричних навантажень в години максимуму і при аварійних ситуаціях в електричних мережах, на основі обліку динамічних характеристик споживачів-регулювальників, що призводить до зниження збитку від обмеження електроспоживання (Рис.1.9).

Поставлена задача вирішується тим, що процес регулювання виконується з використанням двох рівнів прийняття рішень.

Після проведення аналізу, був виявлений наступний недолік: надмірне ускладнення алгоритму роботи пристрою.



Рисунок 1.9 - Блок-схема роботи пристрою

1.2.2 Пристрій керування енергоспоживанням [8]

Винахід відноситься до області електроенергетики, зокрема, до ристроїв контролю, обліку та управління електроспоживанням електричних та теплових об'єктів, що працюють під впливом зовнішніх факторів, що обурюють та індустріальних перешкод.

Пристрій для автоматичного управління електричною загрузкою підприємства, має датчики технологічних процесів, зв'язані із вирішуючим блоком, підключеним до блоку управління приводами (Рис.1.10).



Рисунок 1.10 - Структурна схема пристрою

Дана реалізація пристрою, дозволила забезпечити високу надійність взаємного обміну інформацією, відсутність помилок та збоїв, що були визвані впливом різних обурюючи втручань.

1.2.3 Система електропостачання споживачів [9]

Винахід відноситься до галузі електроенергетики і електротехніки, до систем електропостачання змінною і постійною напругою споживачів.

Ця система забезпечує виконання функцій забезпечення ,керування та захисту як в режимі нормальної експлуатації так і в аварійному режимі одночасно.

В основу винаходу покладено завдання забезпечення (створення) системи електропостачання споживачів шляхом введення нового складу елементів, нової організації взаємозв'язків між елементами системи, зміни структури каналів електропостачання та системи в цілому, забезпечуючи виконання функцій керування і забезпечення в режимі нормальної експлуатації та режимі аварійного захисту, високу стійкість до накладення відмов, високу надійність електропостачання споживачів за рахунок виявлення «прихованих» відмов на рівні окремих елементів системи і особливо накладення відмов в супутніх системах, забезпечення високої надійності системи в цілому (Рис. 1.11).

Рисунок 1.11 - Структурна схема системи електропостачання

Технічний результат - забезпечення стійкості системи до накладення відмов, безперервної діагностики обладнання та елементів системи, підвищення надійності системи, забезпечення об'єднання в одній системі функцій керування, забезпечення та захисту, можливість використання при розробці нових систем та їх модернізації в майбутньому, а також модернізації вже діючих систем.

Система розрахована на режим цілодобової безперервної роботи з урахування здійснення технічного обслуговування та відновлення шляхом заміни будь якої змінної складової частини, що вийшла із ладу на справну.

Аналіз побудови структури дозволяє зробити висновки про те, що принцип незалежності реалізований на належному рівні - відмова або вихід з ладу будь якого виробу сполученого з системою, або будь якої складової частини системи не повинні приводити до відмови або будь як негативно впливати на роботу інших складових частин.

1.2.4 Пристрій для телеуправління енергетичними об'єктами [10]

Винахід відноситься до електротехніки.

Його задачею є таке удосконалення пристрою телеуправління , котре дозволяє розширити функціональні можливості пристрою за рахунок забезпечення контролю вірності виконання операцій телеуправління та підвищити надійність роботи пристрою за рахунок виключення мимовільного спрацьовування вихідних ланцюгів.

Поставлена задача вирішується за рахунок введення до пристрою, командного блоку, центрального приємо-передавального блоку, канлу зв'язку та інших елементів, сполучені між собою певним чином (Рис. 1.12).

Рисунок 1.12 - Структурна схема пристрою для телеуправління енергетичними об'єктами

Недоліком, може бути розцінено, надмірне ускладнення пристрою, за рахунок уведення багатьох нових компонентів.

1.2.5 Спосіб дистанційного управління електроприймачем та пристрій для його реалізації [11]

Він відноситься до електротехніки і може бути використаний для управління електроприймачами, в тому числі і тими що знаходяться в вибухонебезпечних середовищах на підприємствах вугільної, нафтової. Газової та інших галузей промисловості, що можуть мати вибухонебезпечну атмосферу.

Спосіб полягає в тому, що управління виконують за допомогою поста управління по лінії зв'язку означеного поста з джерелом живлення змінної напруги, обмежують струм в лінії зв'язку,шунтують одну полярність живлячої напруги в кінці лінії зв'язку, вхідний сигнал порівнюють з опорним сигналом, і отриманий в результаті порівняння сигнал використовують для вмикання та вимикання електроприймача. Структурна схема пристрою наведена на рисунку 1.13.

Рисунок 1.13 - Структурна схема пристрою дистанційного управління

Винахід вирішує задачу підвищення надійності за рахунок зниження можливості несанкціонованого включення електроприймача.

1.2.6 Спосіб регулювання режиму роботи енергоб'єднання [15]

Винахід відноситься до області електротехніки і може знайти застосування в автоматичних засобах оперативного управління режимами енергосистем в режимі реального часу.

Сучасна електроенергетична система функціонує в умовах навколишнього середовища, яке постійно змінюється (природні зміни навантажень системи). У реальних умовах має процес еволюції системи просторі станів часу. Виникаючі в системі аварійні збурення призводять до зміни траєкторії такого руху. Ситуації коли такі збурення призводять до виходу системи з припустимої області існування режимів, очевидно, будуть характеризуватися втратою системою робото здатності. Зазначимо, що в процесі функціонування електроенергетичної системи змінюється не тільки сама траєкторія руху останньої. Але й область її живучості. Таким чином, виникає задача недопущення виходу системи за внутрішні межі деякої критичної області, а у випадку такого виходу системи - задача пошук заходів щодо введення режиму в область нормального функціонування.

В основі винаходу покладено задачу створення такого способу регулювання режимом роботи енергообєднання, який шляхом формування сигналу пропорційного до величини сумарних збитків від недоотпуску електроенергії кінцевим споживачам, спричинених виникненням та поширенням по системі аварійних збурень надзвичайного характеру, та порівняння цього сигналу із сигналом, пропорційним до величини обґрунтованих збитків, обумовлених властивостями та технологічними умовами роботи електричної мережі. Дає можливість мінімізувати збитки від порушення нормального режиму роботи енергообєднання.

Поставлена задача вирішується тим. що в запропонованому способі регулювання режимом роботи енергообєднання вимірюють величину напруги у контрольованих вузлах мережі, струмів у контрольованих перерізах та формують сигнал, пропорційний до величини економічних збитків від відхилення перетоків потужності від припустимої величини.

Згідно з винаходом додатково вимірюють значення частоти в системі, визначають чутливість параметрів режиму роботи системи до зміни вузлових потужностей, формують сигнал, пропорційний до економічного збитку від відхилення величини частоти від нормальної величини, сумують його з сигналом, пропорційним до збитків від відхилення перетоків потужностей по контрольованим перетинам, порівнюють отриманий сигнал із сигналом, пропорційним дол. Величини допустимих, економічно обґрунтованих збитків, який є уставкою регулювання, та формують сигнали на зміну структури електричної мережі енергообєднання в залежності від цього порівняння. Структурна схема даного пристрою наведена на рисунку 1.14.

Рисунок 1.14 - Структурна схема пристрою регулювання

Таким чином, при використанні запропонованого способу забезпечується максимальна ефективність в процесі пошуку управляючих впливів на режим роботи енергообєднання в умовах надзвичайних ситуацій в режимі реального часу.

1.2.6 Пристрій для дистанційного керування енергетичними об'єктамипо лініях електропередачі [16]

Винахід відноситься до електротехніки. Зокрема до пристроїв дистанційного керування про лініях електропередачі і може використовуватися, наприклад, для дистанційного керування багатотарифними лічильниками електроенергії при використанні як ліній зв'язку трифазної силової електричної мережі.

У його основу покладена задача удосконалити пристрій дистанційного керування енергетичними об'єктами по лініях електропередачі шляхом уведення додаткових блоків, що забезпечує здійснення контролю виконання команди дистанційного керування, за рахунок чого розширюються можливості і підвищується надійність роботи.

Рішення поставленої задачі досягається тим. що в пристрій для дистанційного керування, що містить пункт керування, який включає приймач зовнішніх сигналів, таймер, елемент АБО, передавальний вузол та інші блоки., додатково введені командний блок, другий дешифратор і приймач (Рис. 1.15).

Рисунок 1.15 - Структурна схема пристрою

До позитивних сторін винаходу, можна віднести підвищення надійності роботи пристрою в цілому, а до негативних - ускладнення його архітектури.

1.2.7 Спосіб керування режимами електроспоживання підприємства [18]

Винахід належить до електроенергетики, зокрема до методів і систем керування режимами елктроспоживання підприємства.

Суть роботи даного способу полягає в керуванні режимами впливом споживаної потужності на електроприймачі, який відрізняється від відомого тим, що попередньо задають співвідношення значень мінімальної, максимальної і середньої споживаної потужності за вибраний період, визначають їх співвідношення і порівнюють із заданим, а при відповідності цих значень здійснюють вплив на електроприймачі аварійної броні (надалі АБ) електропостачання підприємства.

На рисунку 1.16 приведена узагальнена схема (алгоритм) керування електроспоживанням при обмеженнях електропостачання до рівня АБ.

Рисунок 1.16 - Узагальнена схема керування електропоспоживанням

Проаналізувавши роботу даного алгоритму, визначилось що він дозволяє сформувати режими роботи підприємства на період обмеження електропостачання до рівня АБ і підвищити точність визначення її потужності, що заявляється.

1.2.8 Спосіб керування об'єктами, підключеними до електричної мережі загального користування [19]

Винахід відноситься до обладнання електричних мереж і може використовуватись для керування об'єктами, підключеними до електричної мережі загального користування, а також в системах електропостачання.

В основу винаходу поставлено задачу створення способу керування об'єктами, підключеними до електричної мережі загального користування, який дозволяв би з високим рівнем надійності керувати розосередженими об'єктами, підключеними до цієї ж мережі, що знаходяться на значній відстані один від іншого.

Поставлена задача вирішується тим, що сигнал керування передають на промисловій частоті шляхом модуляції напруги, змінюючи в межах стандарту на якість напруги амплітуду на півхвиль синусоїди шляхом почергового використання добавки напруги на періоді передачі інформації керування.

Проаналізувавши дану роботу, можна зробити висновок, що потужний сигнал і вільний вибір параметрів цього сигналу суттєво поліпшують надійність керування. До того ж потужний сигнал дозволяє спростити дешифратори на керованих об'єктах.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ

Результати аналізу досліджень роботи автоматизованих систем обліку і управління електроенергією показали, що розвиток технологій у цій області є актуальним на сьогоднішній період, так як існуючі системи, моделі та винаходи мають ряд недоліків.

Для забезпечення безперебійності виробничого процесу, системи електропостачання повинні володіти підвищеною надійністю і гнучкістю, забезпечувати необхідні показники якості електроенергії, а також бути високо економічними. Особливе значення при експлуатації систем промислового електропостачання мають проведення активної енергозберігаючої політики, економія, облік і контроль за раціональним витратою електроенергії.

Це визначає гостроту проблеми своєчасної і точної організації взаєморозрахунків за електроенергію. При цьому, безперервний характер виробництва іреалізації вимагає безперервної організації відповідної оплати. Щоб максимально наблизитися до цієї ідеальній формі взаємних розрахунків між енергопостачальними організаціями та споживачами, широко застосовуються сучасні автоматизовані системи контролю, обліку та управління електроспоживанням (АСКУЕ).

Енергетичне господарство промислового підприємства являє собою сукупність розвинених енергетичних систем, від надійної роботи яких значною мірою залежить безперебійна робота підприємства і якість продукції. Воно має не тільки надійно забезпечувати споживачів промислового підприємства електроенергією заданої якості, необхідної для ведення нормального технологічного процесу, але і забезпечувати її раціонального витрачання з метою отримання максимально можливої економії.

Рішення цих завдань можливо тільки при максимальної автоматизації енергетичних процесів і автоматизованому централізованого управління енергетичним господарством підприємства.

При цьому прийняття правильних технічних рішень по управлінню відповідною системою енергопостачання, особливо при порушенні нормальної її роботи, або з локалізації наслідків аварій в системі, можливе за наявності на пункті управління докладної та своєчасної інформації про стан і становище окремих елементів системи і про всі порушення, які відбулися в будь-якій точці мережі і на будь-якому з об'єктів системи.

Іншим важливим завданням є здійснення цілеспрямованого регулювання режимів енергоспоживання в цілях енергозбереження. Необхідність такого регулювання обумовлена значною різницею між піком навантаження і нічним провалом в енергосистемах, недостатньою регулюючої можливістю теплових електростанцій і АЕС для покриття змінної частини графіків навантаження, несприятливою тенденцією зниження частки маневрених потужностей в енергосистемах.

В основу даної роботи, поставлена задача створення оптимизаційної моделі, яка б включала в себе, логічно пов'язані між собою, системи обліку електроенергії і управління режимами електроспоживання. Науковою новизною даної розробки, можна вважати, об'єднання цих систем в одне ціле, що не використовувалося в попередніх роботах. Дана концепція повинна сприяти оптимізації процесу електроспоживання та обліку електроенергії серед споживачів. В процесі виконання даної роботи, передбачається взяти існуючі моделі, які застосовуються у сфері електропостачання, і на їх основі створити узагальнюючу оптимізаційну модель, яка б поєднувала в собі всі переваги даних моделей.

Об'єктом застосування даної моделі, обрана підстанція "Феросплавна - 1" (надалі Ф-1), яка є живлячою для Запорізького заводу феросплавів і відноситься до Дніпровської енергосистеми. Технологічний процес вироблення феросплавів являється дуже енергоємним. У зв'язку з цим затрати на електроенергію складають значну частину собівартості продукції, що в свою чергу сприяє постановці задачі оптимізації електроспоживання.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕРЕЖІ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ФЕРОСПЛАВНОГО ЗАВОДУ ТА ПІДСТАНЦІЇ „ФЕРОСПЛАВНА-1”

3.1 Характеристика мережі електропостачання Феросплавного заводу

Електропостачання мережі здійснюється від ліній напругою 330кВ та Дніпровської електростанції. Електроенергія через кілька трансформацій у трансформаторах підстанцій по лініям потрібної напруги передається до споживача, забезпечуючи його стабільну й надійну роботу.

Дніпровська електростанція найбільша й найпотужніша електростанція Дніпровського каскаду електростанцій, сумарна потужність її досягає 1500 МВт. Вона складається із двох електростанцій ДГЕС-1 і ДГЕС-2. На ДГЕС-1 встановлено 9 генераторів потужністю 72 МВт і сумарна потужність яких досягає 650 МВт. На ДГЕС-2 встановлено 2 генератори потужністю 104,5 МВт й 6 генераторів потужністю 113,1 МВт, сумарна потужність ДГЕС-2 досягає 750 МВт.

Схема електропостачання міста Запоріжжя, а зокрема промислових підприємств, здійснюється по лініях напругою 150кВ. Зв'язок споживачів на напрузі 150кВ зменшує втрати потужності й напруги в лініях, що веде до істотної економії електроенергії.

Всі підприємства промислової зони живляться як мінімум від двох незалежних джерел живлення, що забезпечує безперебійне електропостачання в нормальному, ремонтному та післяаварійному режимах роботи мережі.

Мережа має досить велику щільність через велику щільність потужних металургійних споживачів і повністю закільцьована, що з однієї сторони гарантує надійність електропостачання відповідальних споживачів, відключення яких приведе до значних матеріальних витрат, з іншої сторони впливає на величини струмів коротких замикань сильно збільшуючи їх.

Для зменшення струмів коротких замикань і зменшення непотрібних перетікань потужності, застосовується поперечне й поздовжнє секціонування мережі. Так на підстанції “ДД” секційні вимикачі С-1 і С-2 між секціями збірних шин відключені. На підстанціях “М-1”, “Ф-1”, “Алюмінієва” вимикачі між збірними шинами відключені. Значні величини струмів коротких замикані пов'язане із близьким розташуванням потужних джерел живлення, таких як ДГЕС-1, і ДГЕС-2. Також на таких підприємствах як Алюмінієвий комбінат і Запорожсталь встановлені власні теплоелектроцентралі (ТЕЦ), генератори яких значно впливають на струми коротких замикань у системі.

3.2 Характаристика підстанції “Ф-1”

Живлення підстанції Ф-1 здійснюється від двох незалежних джерел живлення: через лінії №3,4,7А, які йдуть від ДГЕС-1 і через лінії №23,24,7Б, які одержують живлення від підстанції “ДД” (Рис. 3.1).

Підстанція “ДД” (Дніпро - Донбас) одержує живлення від ліній напругою 330кВ системи й від ліній №23,24 напругою 150 кВ і розподіляє електроенергію по підприємствах промислової зони Запоріжжя.

На підстанція “Ф-1” знаходяться 2 збірні шини напругою 150 кВ, на першу збірну шину під'єднані лінії №3,23,7Б, на другу №4,24,7А (Рис. 3.2). Лінії Л7А и Л7Б за допомогою шинних роз'єднувачів можуть бути підключені як до 1 так і до 2 сбірної шини, що дозволяє забезпечувати безперебійність і надійність живлення підстанції “Ф-1” при вивиоді в ремонт однієї із системи збірних шин.

Також на підстанції знаходиться 6 трансформаторів потужністю 63МВА й напругою 154/35/10 кВ, 2 секції збірних шин напругою 35кВ, які з'єднані секційним вимикачем. На кожній секції є по 2 збірні шини, які з'єднані вимикачем. Кожен вимикач як на стороні 150 кВ так і на стороні 35 кВ може бути з'єднан за допомогою шинних роз'єднувачів до будь-якої системи шин. Схема із двома системами збірних шин дозволяє ремонтувати збірні шини без перерви живлення споживачів, виділяти одну систему шин для випробування устаткування і ліній, здійснювати різні угруповання ланцюгів і приєднань і швидко відновлювати живлення споживачів при ушкодженні однієї системи шин. Ця схема транзитної підстанції “Ф-1” досить складна в експлуатації й вимагає складних блокувань і застосовується на підстанціях потужних промислових споживачів, у нашому випадку потужний споживач - електродугові сталеплавильні печі Феросплавного заводу.

Рисунок 3.1 - Однолінійна схема живлення підстанції Ф-1



Рисунок 3.2 - Однолінійна схема підстанції Ф-1

3.3 Характеристика споживачів Ферросплавного заводу

Основним споживачем підстанції “Ф-1” є сталеплавильні печі Запорізького феросплавного заводу (Рис. 3.3).

ВАТ "ЗФЗ" - один з найбільших у Європі виробників феросплавів, виплавляє широкий сортамент марганцевих і кременистих феросплавів, металевий марганець. Виплавка робиться в 4-х, спеціалізованих по видах продукції, цехах з потужними руднотермічними й електродуговими печами.

Як споживачі електричної енергії дугові сталеплавильні печі відносяться до другої категорії по надійності електропостачання, характеризуються високою одиничною потужністю, мають коефіцієнт потужності від 0,85-0,89 до 0,7, цілодобовий різькозмінний циклічний режим роботи.

режим робота електропостачання розподіл електроенергія



Рисунок 3.3 - Зовнішній вигляд дугової електричної сталеплавильної печі

У цих печах в якості джерела тепла використовують електричну дугу, що виникає між електродами й металевою шихтою. Дугова электросталеплавильна піч (Рис. 3.3) живлеться трифазним змінним струмом і має три циліндричних електрода 9, виготовлених з графітованої маси. Електричний струм від трансформатора гнучкими кабелями 7 і мідними шинами підводиться до электродотримачів 8, а через них до електродів 9. Між електродами й металевої шихтою 4 виникає електрична дуга, електроенергія перетворюється в теплоту, яка передається металу і шлаку випромінюванням. Робоча напруга 180-600 В, сила струму 1-10 кА. Під час роботи печі довжина дуги регулюється автоматично шляхом вертикального переміщення електродів.

Піч має сталевий зварний кожух 3. Кожух печі зсередини футерований теплоізоляційною і вогнетривкою цеглою 1, яка може бути основною (магнезитова, магнезитохромитова) або кислою (динасова). Подина 12 печі набивається вогнетривкої масою. Плавильний простір обмежений стінками 5, подиной 12 і склепінням 6, виготовленим також з вогнетривкої цегли і мають отвори для проходу електродів.

Рисунок 3.3 - Схема дугової електричної сталеплавильної печі: 1 - теплоізоляційна і вогнетривка цегла; 2 - жолоб; 3 - кожух; 4 - металева шихта; 5 - стінки; 6 - склепіння; 7 - гнучкі кабелі; 8 - електродотримачі; 9 - циліндричні електроди; 10 - робоче вікно; 11 - механізм; 12 - подина.

У стінках печі є робоче вікно 10 для управління ходом плавки і вічка для випуску готової сталі по жолобу 2 у ковш. Піч завантажують при знятому зводі. Механізмом 11 піч може нахилятися у бік завантажувального вікна і льотки. Ємність дугових електропечей 0,5-400 т. У металургійних цехах зазвичай використовують дугові електропечі з основною футерівкою, а в ливарних цехах - з кислою. Робочий елемент дугової електричної сталеплавильної печі - електрична дуга - є нелінійним активным опором, параметри її сильно залежать від умов горіння. Регулювання потужності дуги здійснюється індуктивними елементами живильної мережі, зміною напруги й довжини дуги. У період розплавлення, піч працює з максимальной потужністю й витрачає 50-80% всієї споживаної енергії на плавку. Миттєва потужність коливається навколо середнього значення, яке задається автоматичним регулятором. Коливання реактивної потужності досягають 200% і значно перевищують коливання активної потужності. У цей період відбуваються часті експлуатаційні короткі замикання за рахунок замикання електродів шихтою або рідким металом. В осцилограмі струмів спостерігається несинусоїдальність, кидки струму різної амплітуди й тривалості, що носять випадковий характер вищої гармоніки.

У руднотермічних печах нагрівання переробляємих матеріалів робиться за рахунок теплоти, що виникає при протіканні струму по електродах, шихті, електричній дузі й расплавленому матеріалу.

Загальними ознаками руднотермічних печей є:

1) Питомий електричний опір шихти сильно змінюється при підвищенні температури;

2) Температура перетворення шихти становить 1200- 2200 С, що визначає високі питомі витрати електроенергії на випуск одиниці продукції й наявність потужного енергетичного господарства;

3) Безперервний режим роботи протягом 1-2 років.

Електричний режим роботи відносно спокійний, на відміну від ДСП: поштовхи струму й експлуатаційні короткі замикання відсутні.

Основне електроустаткування дугових установок включає:

1) піч з електродами й ванною, у якій горять дуги та знаходиться переробляємий матеріал;

2) окремий для кожної печі знижувальний трансформатор, разом з яким розміщені дроселі;

3) коротку мережу, що з'єднує вторичні виводи трансформатора з електродами печі;

4) коммутаційну, вимірювальну й захисну апаратуру.

У дугових електропічних установках розрізняють головну й допоміжні ланцюги струму.

Основне електроустаткування й електричні дуги печі відносяться до головного ланцюга струму. До допоміжного відносяться ланцюги управління, виміру й захисту, автоматики й т.п..

У головному ланцюзі розрізняють первинну й вторинну сторони. Первинний ланцюг складається з послідовно з'єднаних проводів до апаратів високої напруги, дроселя й первинної обмотки трансформатора. Вторинний ланцюг складається з послідовно з'єднаних вторинної обмотки трансформатора, струмопроводів короткої мережі, електродів й електричних дуг. Всі частини ланцюга, розташовані поза піччю, одержали загальну назву живляча мережа.

Короткою мережею називають струмопровід від виводів вторинної сторони трансформаторів до електродів дугової печі. По короткій мережі йдуть великі струми (до 100 кА й вище), тому струмопроводи короткої мережі мають великий переріз проводів. Підведення живильної лінії високої напруги від уведення робиться через роз'єднувачі й вимикачі високої напруги, установлені разом із захистними апаратами в розподіленому пристрої електропічної установки.

Електропостачання трансформаторної пічної підстанції робиться від мережі напругою 35 кВ. Приєднання вимірювальних та захисних апаратів до проводів високої напруги робиться через трансформатори струму та напруги. Для підтримки найвигіднішого режиму роботи печі встановлюються автоматичні регулятори потужності печі. Такі регулятори управляють механізмами пересування електродів, змінюють довжину дуги та підтримують задане значення потужності дугової печі. Керування здійснюється за допомогою електронних обчислювальних машин, що дозволяє підвищити точність та оперативність регулювання.

Електропостачання Феросплавного заводу відповідає вимогам ДЕСТ 13109-67 на якість електроенергії.

4. ДОСЛІДЖЕННЯ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМУ РОБОТИ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ФЕРОСПЛАВНОГО ЗАВОДУ

4.1 Опис методики розрахунку

Режимом системи електропостачання називається сукупність процесів, що характеризують умови роботи системи та її стан у будь-яку мить часу. Параметри режиму є значення потужності, напруги, струму та інших величин, пов'язаних між собою залежностями через відповідні параметри елементів системи. До параметрів елементів системи відносяться опори та провідності, коефіцієнти трансформації та інше.

Розрізняють декілька видів режимів електричних систем:

1) Нормальний режим;

2) Нормальні переходні режими;

3) Аварійні режими;

4) Післяаварійні режими.

Виконувати розрахунки режимів необхідно при проектуванні та експлуатації мережі. Метою виконання розрахунку робочого режиму мереж, як правило, є перевірка виконання технічних умов, тобто відповідності струмів в окремих елементах і напруг у вузлах мережі припустимим значенням. Економічність роботи мережі характеризують значення втрат активної й реактивної потужності в розглянутих режимах роботи.

Для найбільш повного й економічного використання встановленого устаткування й ліній роблять розрахунки по оптимізації режимів роботи мереж і систем. До таких розрахунків відносять розрахунки по визначенню економічно доцільного розподілу потужностей між електростанціями, розрахунки по зниженню втрат електроенергії в елементах мережі й т.п.

У сучасних енергосистемах схеми живильних мереж можуть бути досить складними. Число вузлів у них може нараховуватися сотнями, а число замкнутих контурів - десятками. В об'єднаних енергосистемах схеми мереж можуть бути ще більш громіздкими. Ручний розрахунок таких складних замкнутих мереж дуже ускладнений. Тому для практичних розрахунків режимів складних мереж використають ЕОМ зі спеціальним програмним забезпеченням. Це дозволяє робити розрахунки за малий час і з високим ступенем точності.

В Запорізькому енергетичному регіоні спостерігається постійна зміна об'ємів споживання електричної енергії, це відбувається за рахунок зміни технологій, встановлення нового обладнання. В результаті чого треба постійно проводити розрахунки по дослідженню перетоків активної та реактивної потужності, стежити за рівнем втрат потужності в елементах мережі, оптимізувати режими роботи конкретних підприємств для вирівнювання добового графіка навантаження.

В даній роботі для проведення техніко-економічних розрахунків використовується ЕОМ зі спеціальним програмним забезпеченням розробленим вітчизняними науково-дослідницькими інститутами. Так, наприклад, для збору телеметричних показань у вузлах дослідної мережі, використовувався програмний комплекс АЛЬФА, а для розрахунку робочих режимів використовувався програмно-обчислювальний комплекс АНАРЕС.

Програмно-обчислювальний комплекс АНАРЕС є багатофункціональною обчислювальною системою нового покоління з реалізацією оригінальних технологій моделювання електричних режимів ієрархічних електричних систем, у тому числі з поданням комутаційних схем об'єктів, і високим ступенем інтеграції технологічних програм і спеціалізованого графічного інтерфейсу (Рис.4.1).

Програмно-обчислювальний комплекс має цілий ряд можливостей, що надаються спеціалізованими інтегрованими програмами. До складу АНАРЕС входять такі програми:

1) Програма розрахунку усталених режимів електроенергетичної системи змінного та постійного струму на 400 вузлів та 600 гілок. Ця програма використовується для розрахунку усталених режимів та потокорозподілу електроенергетичної системи

Рисунок 4.1 - Зовнішній вигляд графічного інтерфейсу програмно-обчислювального комплексу АНАРЕС

Для розрахунку можуть бути використані наступні моделі:

а) повний метод Ньютона з вибором оптимального кроку;

б) модифікований метод Ньютона з вибором оптимального кроку.

В обох моделях ураховуються обмеження по реактивній потужності генераторів. Існує можливість зафіксувати реактивну потужність на затисках генератора, яка генерується й зробити розрахунок у режимі з незмінною генерацією Q. Можна, також, зафіксувати напругу в будь-якому вузлі схеми для розрахунку такого рівня генерації, що б підтримати рівень напруги у вузлах відповідно до заданого. Якщо не фіксувати ні значення реактивної потужності ні напруги в вузлах, то програма розрахує оптимальні значення з урахуванням всіх факторів, що впливають.

Програма здатна розраховувати сталий режим системи змінного струму при довільному поділі змінних на вільні й фіксоване, це дозволяє моделювати дію будь-якого типу сучасних систем регулювання перетворювальних підстанцій, а такі проводити розрахунки перспективних схем енергосистем при фіксації необхідних змінних на бажаних значеннях

Дуже важливим для розрахунку є правильне ведення початкових наближень, оскільки неправильне ведення може різко збільшити число ітерацій або привести до поділу на нуль. Тому в програмі є спеціальна функція для розрахунку початкових наближень.

Програма дозволяє управляти ітераційним процесом рішення систем змінного струму, дозволяючи переглянути результати розрахунку після кожної ітерації й вирішити: продовжити або закінчити розрахунок.

Результати розрахунку відображаються в табличній формі та на схемі системи, яка розраховується.

2) Програма аналізу граничних режимів. Ця програма призначена для визначення розрахункової пропускної здатності електричної мережі з контролем існування рішення рівнянь сталого режиму методом Ньютона.

Обтяження виконується зміною активної й/або реактивної потужності різного знака в навантажувальних і генераторних вузлах (до 20 вузлів ) щодо виділеного перетину.

Вихід на граничну потужність із заданою точністю проводиться методом половинного розподілу кроку обважнення. Початковими умовами кожного наступного режиму є параметри останнього існуючого режиму.

При поділі схеми на частині процес обтяження може виконуватися тільки в одній з незалежних частин схеми, якщо режим в інших частинах існує, тому що в процесі розрахунку сталого режиму беруть участь всі подсхемы.

3) Програма пошуку слабких перерізів. Ця програма дозволяє визначити найбільш слабкий переріз в схемі для базових умов або після внесення змін з функцій дані, корекція, а також після виконання функції обважнення.

Пошук слабкого перерізу здійснюється послідовним відключенням найбільш слабких ліній до поділу схеми. Після кожного відключення виконується розрахунок електричного режиму. Якщо на будь-якому кроці розрахунку рішення рівнянь сталого режиму методом Ньютона не існує (ітераційний процес розходиться), то алгоритм автоматично перемикається на виконання однієї ітерації прийнятого методу розрахунку. Перша найбільш слабка лінія вибирається по найбільшому збільшенню взаємного кута лінії в післеаварійном режимі в порівнянні з базовим режимом. Розрахунковий переріз може служити перевіркою правильності обраної траєкторії обважнення, звичайно три, п'ять перерізів дають досить повну картину стану енергосистеми.

У випадку пошуку слабкого перерізу для базової схеми, першою слабкою лінією приймається лінія з максимальним взаємним кутом.

Реалізація алгоритму має велике значення для моделювання аварій каскадного типу або залежних відмов, а також як складова частина перспективного алгоритму моделювання адаптивних систем противоаварійного керування.

4) Програма мінімізації втрат активної потужності. За допомогою цієї програми можна вирішити задачі мінімізації втрат активної потужності в електричній мережі градієнтнім методом (Рис. 4.2). Керованими змінними є реактивні потужності й напруги генераторів, коефіцієнти трансформації трансформаторів з визначенням відпайок трансформаторів. У функції можливе завдання вузлів з постійними параметрами, регульованих вузлів, також вузлів із трансформаціями й без них.



Рисунок 4.2 - Графік зниження втрат при оптимізації

Розрахунок здійснюється за ознаками мінімізації втрат активної потужності, коефіцієнту деформації цільової функції.

Метод розрахунку строго витримує обмеження по реактивній потужності генераторів, А також контролюються рівні напруги у вузлах, як у навантажувальних, так й у генераторних. За порушення обмежень призначається штраф, що додається до величини втрат активної потужності в мережі. Оптимізація втрат може проводитися для трансформаторів з повздошно-поперечним регулюванням.

Результати розрахунку включають значення напруг і реактивних потужностей регульованих вузлів, а також номера відпайок трансформаторів.