Автоматизированные системы контроля и управления энергопотреблением

Установка многотарифных счетчиков позволит перейти на расчёт за потреблённую электроэнергию по современным тарифам. Во многих энергосистемах установлена разная цена на электроэнергию ночью, днем и в часы пиковых нагрузок энергосистемы. Если предприятие перенесет выполнение части работ на время, когда электроэнергия стоит дешевле, то при том же потреблении сможет платить за нее значительно меньше. Учитывая, что в среднем по России ночной тариф за электроэнергию в три раза дешевле, чем днем, экономия может составить до 30%.

Энергокомпания, в свою очередь, выигрывают из-за того, что выравнивается график нагрузки во всей энергосистеме. Энергосистемы отказываются от ввода новой мощности для покрытия растущей нагрузки или от покупки электрической мощности у других энергосистем. Вследствие этого улучшается режим работы тепловых электростанций, сокращается расход топлива на выработку электроэнергии и износ энергетического оборудования.

3.5 Повышение точности учета

Внедрение современных микропроцессорных счётчиков, благодаря их высокой точности 0,2S и 0,5S (ГОСТ 30206-94), позволяет получить более достоверную информацию об энергопотреблении. А это дает возможность точного сведения балансов, нахождение потерь и выявление неучтенных потребителей. Только на этом экономия может составить до 2?5%.

3.6 Расчет по фактической нагрузке

Современный микропроцессорный счетчик ? это фактически компьютер, установленный в точке учета. Он не только измеряет активную и реактивную электроэнергию в двух направлениях, но и фиксирует дату и время максимальной нагрузки для каждой тарифной зоны. После считывания информации со счетчика в компьютер строится график потребления активной энергии.

Предприятие и энергосистема строят графики нагрузки каждого участка, цеха или производства за день, неделю или месяц. Анализ графиков и определение совмещенного максимума показывает, как надо скорректировать технологический режим работы. Это поможет в несколько раз снизить потребляемую мощность в часы пиковых нагрузок энергосистемы.

Как видно из графиков, внедрение энергосберегающих технологий, переход на расчет по тарифам и снижение заявленной мощности позволит значительно уменьшить свои расходы на электроэнергию, сохранив тот же уровень потребления.

3.7 Контроль качества электроэнергии

Современные потребители электроэнергии при всей своей технологической эффективности часто отрицательно влияют на качество электроэнергии. Ухудшение качества электроэнергии негативно сказывается на работе электротехнического и технологического оборудования, понижает надежность системы электроснабжения. Вот несколько небольших примеров.

Искажение формы кривой напряжения отрицательно сказывается на работе многих элементов систем электроснабжения: возникают добавочные потери активной мощности и энергии, более интенсивно происходит процесс старения изоляции, увеличивается погрешности электроизмерительных приборов, затрудняется эксплуатация ЭВМ, устройств релейной защиты, автоматики и связи, что снижает надежность систем электроснабжения, ухудшает условия учета электроэнергии.

Появление колебаний напряжения в СЭС отрицательно сказывается на работе чувствительных к ним электроприемников и, в первую очередь, на работе установок электрического освещения.

При несимметрии напряжений в трехфазных сетях появляются дополнительные потери в элементах электросетей, сокращается срок службы ламп и электрооборудования, снижаются экономические показатели его работы. Нагрев трансформаторов и, следовательно, сокращение срока их службы могут оказаться существенными.

Качество электроэнергии должно отвечать государственным стандартам или предусматриваться договором. За ухудшение качества электроэнергии предусмотрены экономические санкции: скидки и надбавки к тарифу на электроэнергию. Размер скидок и надбавок установлен в «Правилах применения скидок и надбавок к тарифам за электрическую энергию».

Скидки с тарифа применяются при отпуске потребителю электрической энергии пониженного качества по отклонениям напряжения и частоты, а также при отпуске электроэнергии пониженного качества по вине энергоснабжающей организации по показателям: коэффициентам несинусоидальности, обратной и нулевой последовательностей и размаху изменения напряжения (дозе колебания напряжения).

Надбавки к тарифу применяются при снижении по вине потребителя качества электроэнергии по показателям: коэффициентам несинусоидальности, обратной и нулевой последовательностей и размаху изменения напряжения (дозе колебания напряжения).

Учитывая вышесказанное, становится ясно, почему в настоящее время проблемы качества электроэнергии постепенно выходят на первый план.

В России (как и в большинстве стран СНГ) принят стандарт ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Согласно стандарту, систему показателей качества электроэнергии при питании от сетей трехфазного тока образуют: отклонение напряжения, размах изменения напряжения, интенсивность (доза) фликера, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент высших гармоник, коэффициент обратной и нулевой последовательностей напряжения, длительность провала напряжения, импульс напряжения, коэффициент временного перенапряжения, отклонение частоты.

Как же обстоит дело с контролем показателей качества электроэнергии? Современные счетчики электроэнергии нередко позволяют оценивать качество электроэнергии. Например, все новые счетчики серии Альфа имеют возможность измерять и контролировать ряд параметров качества электроэнергии, такие, как текущие значения фазных токов, напряжений, частоту сети и коэффициент мощности; фиксировать в памяти и сигнализировать о выходе параметров за пределы уставок. Есть возможность при превышении заданных уставок по показателям качества запрограммировать срабатывание реле, которое будет сигнализировать о данной ситуации или отключать часть нагрузки.

Однако есть и негативные моменты. Счетчики электроэнергии с функцией контроля качества достаточно дороги. Например стоимость счетчика Альфа-Плюс составляет около 1000$. Счетчики Альфа не могут заменить прибор измерения параметров качества электроэнергии при проведении обследований, поскольку измерение параметров качества заявлено в описании типа как индикаторы.

3.8 Автоматизация системы учета

При объединении счетчиков с помощью линий связи появляется возможность построить АСКУЭ. Для работы в АСКУЭ счетчики серии Альфа имеют как цифровые (ИРПС "токовая петля", RS232, RS485), так и импульсные интерфейсы связи.

Система АСКУЭ позволяет, не выходя из кабинета, при помощи компьютера собрать все данные со счетчиков, провести анализ потребления, сделать прогноз и подготовить отчеты, необходимые для осуществления платежей. Автоматизация сбора данных со счетчиков и взаимных расчетов энергоснабжающими организациями позволяет повысить эффективность этих работ при меньших временных, денежных и людских затратах.

Современные технологии учета электроэнергии проверены и признаны во всех регионах России и СНГ. Полученный опыт показал правильность применяемых инженерных решений и широкие возможности систем АСКУЭ, выполненных на принципах цифровой передачи данных со счетчиков.

3.9 Экономия на обслуживании и эксплуатации

Отсутствие подвижных деталей, современная элементная база обеспечивают надежную и не требующую ремонта работу микропроцессорных счетчиков. Это подтверждается длительной эксплуатацией таких приборов в России и других странах. Например, счетчики АЛЬФА имеют максимальный среди других производителей температурный диапазон работы: от -40 до +60°С. Это особенно важно в России, с ее суровым зимним климатом. Ведь зачастую счетчики стоят в неотапливаемых помещениях.

3.10 Выход на ФОРЭМ

Вопрос организации федерального оптового рынка электроэнергии и мощности (ФОРЭМ) является довольно сложным, и его полное освещение не входит в цель данного учебного пособия. Далее в пособии перечисляются лишь основные моменты, которые касаются систем АСКУЭ.

Выход на ФОРЭМ в настоящее время особенно выгоден для больших предприятий, в этом случае они получают возможность покупать электроэнергию по более низким ценам. В соответствии с законами функционирования рынка, цена на электроэнергию стремится к такой величине, которая устраивала бы и потребителя, и продавца.

Для того, чтобы предприятие вышло на ФОРЭМ оно должно иметь коммерческую систему учета электроэнергии. Причем к таким системам предъявляется ряд специфических требований, которые направлены на обеспечение единообразия учетных принципов и повышении эффективности функционирования АСКУЭ предприятия в рамках оптового рынка.

Основными функциями коммерческой АСКУЭ субъекта оптового рынка электроэнергии являются:

- выполнение измерений 30-минутных приращений электроэнергии;

- периодический (1 раз в сутки) и по запросу автоматический сбор измеренных данных;

- передача результатов измерений;

- обеспечение защиты от несанкционированного доступа к техническим, программным средствам и результатам измерений;

- диагностика и мониторинг технических и программных средств;

- обеспечение единого времени в системе;

- конфигурирование и настройка параметров системы.

В ГОСТ 34.601?90 приводятся основные концепции создания коммерческой АСКУЭ субъекта оптового рынка электроэнергии:

- основания для разработки системы. Цели и задачи;

- характеристика объектов автоматизации;

- архитектура корпоративной системы (преимущества и недостатки вариантов, выбор оптимального варианта с обоснованием, необходимые затраты ресурсов);

- требования к техническим и программным средствам;

- требования к надежности;

- требования по метрологическому обеспечению, электромагнитной совместимости, безопасности;

- порядок внедрения, модернизации и эксплуатации системы.

Основными нормативными актами в части создания и эксплуатации коммерческой АСКУЭ субъекта оптового рынка электроэнергии являются:

- Постановление правительства РФ от 24.10.2003 №643 «О правилах оптового рынка электрической энергии (мощности) переходного периода»;

- Федеральный закон РФ от 26.03.2003 №35 «Об электроэнергетике»;

- Федеральный закон РФ от 27.12.2002 №84 «О техническом регулировании»;

- Закон РФ от 27.04.1993 №4871-1 «Об обеспечении единства измерений».

3.11 Оптимизация электропотребления

Процесс электропотребления для многих представляется весьма органичным: сколько электроэнергии необходимо потребителю, такое количество и должна обеспечить служба главного энергетика. Об управлении этим процессом задумываться не приходится. Для большинства руководителей на первом месте стоит план выпуска продукции и с тем, что мешает выполнению плана нужно упорно бороться.

Однако процессом электропотребления оказывается можно управлять, таким образом, из множества возможных режимов можно выбрать один, который наибольшим образом удовлетворяет задаче регулирования. Другими словами можно оптимизировать режим, чтобы целевая функция управления была минимальна (максимальна).

За счет административных решений можно упорядочить режимы работы электрооборудования и технологических резервов. Для этого на предприятиях разрабатывается план-график проведения постоянно действующих регулировочных мероприятий в часы максимума активных нагрузок энергосистемы. Дальнейшего снижения нагрузки в часы максимума нагрузок энергосистемы можно добиться за счет оптимизации режимов работы электрооборудования и возможного изменения технологических процессов без снижения выпуска продукции.

Для управления процессом электропотребления, с целью его оптимизации, необходим «инструмент», с помощью которого будет изменяться режим. На промышленном предприятии этим «инструментом» являются потребители-регуляторы ? специальные потребители, состоянием которых можно намеренно управлять с целью оптимизации режима.

3.11.1 Выбор потребителей-регуляторов

При выборе потребителей-регуляторов не следует забывать о затратах на саму систему управления. Количество потребителей-регуляторов должно быть небольшим, их единичная мощность должна быть значительной, чтобы суммарная мощность оказалась достаточной для уменьшения мощности предприятия в большинстве случаев. Желательно, чтобы они были территориально сосредоточены, чтобы находились в одном технологическом процессе.

Потребители-регуляторы, выбранные по этим правилам, легко контролировать, количество линий связи будет минимальным.

Однако определяющим фактором является ущерб, который возникает от отключения потребителей-регуляторов. Неправильный выбор потребителей-регуляторов приводит к невыполнению плана и нарушению технологии. Поэтому между технологами и электриками существует психологический барьер, ограничивающий возможности регулирования электропотребления.

Минимизация ущерба с помощью составления ранговой матрицы. Потребители-регуляторы разбиваются на группы, которые можно представить в виде ранговой матрицы (таблица 4), где

У₁ -- потребители, отключение которых не вызывает ущербов для предприятия;

У₂ -- потребители, отключение которых вызывает восстанавливаемый в течение суток ущерб;

У₃ -- потребители, отключение которых вызывает не восстанавливаемый в течение суток ущерб;

Т₁ ? потребители, отключение которых не вызывает изменение технологии;

Т₂ ? потребители, отключение которых вызывает изменение технологии;

Т₃ ? потребители, отключение которых вызывает нарушение технологии.

Таблица 4

Матрица потребителей-регуляторов

Определив электроприемники, относящиеся к каждой группе, можно построить матрицу отключаемой нагрузки (таблица 5), где P₁…P₆ ? отключаемая нагрузка (цифрами указаны группы потребителей).

Отключение потребителей в группах 1 и 2, как правило, можно осуществлять произвольно, так как это не связано с ущербами для предприятия.

Распределение отключаемой нагрузки между потребителями групп 3?6 связано с определенными ущербами и нарушениями технологии. В одну группу, как правило, могут входить потребители, имеющие разные ущербы, поэтому формирование отключаемой нагрузки необходимо осуществлять, исходя из минимума функции ущерба, для чего необходимо знать ущерб при отключении потребителей.

Таблица 5

Матрица отключаемой нагрузки

Определив зависимость между производительностью технологических установок и отключаемой мощностью, можно для любого момента времени найти отключаемую мощность потребителя-регулятора при минимальных ущербах.

При решении данной задачи возможны два варианта постановки.

1. Отключаемая нагрузка -- непрерывная функция. С учетом характера технологии и типа электроприводов газоперерабатывающих заводов такой вариант осуществим при дросселировании газовых потоков, воздуходувок, насосов. Данный вариант регулирования имеет ограниченное применение. Снижение нагрузки можно определить, сформулировав функцию Лагранжа и решив систему линейных уравнений.

2. Отключаемая нагрузка -- дискретная функция, связанная с отключением конкретного привода. Данный вариант -- основной при ограничении нагрузки предприятия в часы максимума энергосистемы.

Основным вариантом регулирования является отключение целого агрегата (или производственной линии), поэтому отключаемая нагрузка является дискретной функцией. Математически формулировка задачи регулирования:

пусть x_i - состояние i -ого потребителя регулятора:

i = 1,n.

Для оптимизации режима регулирования необходимо найти такое значение х, чтобы функция результирующего ущерба по предприятию F(x) была минимальна:

где y_i -- ущерб при отключении i-го потребителя-регулятора.

При этом суммарная отключаемая мощность потребителей-регуляторов должна быть достаточна для непревышения заявленной нагрузки предприятия.

где -- мощность i-го потребителя s-й группы, согласно матрице отключаемой нагрузки;

Р -- мощность, которую необходимо отключать, используя потребители s-й группы.

Критерий эффективности регулирования электропотребеления в часы максимальных нагрузок энергосистемы:

,

где ? экономия приведенных затрат энергосистемы при выравнивании ее графика нагрузки;

? приведенные затраты промышленного предприятия в режиме регулирования нагрузки при условии выполнения суточного плана по выпуску продукции. Они определяются как разность между затратами (ущербом) предприятия на регулирование и уменьшением оплаты за электроэнергию за счет снижения заявленного максимума.

Для регулирования нагрузки в часы максимума активных нагрузок энергосистемы предприятия разрабатывают регулировочные мероприятия и выделяют потребители-регуляторы. Задача состоит в наиболее эффективном использовании потребителей-регуляторов и оперативном управлении электропотреблением в темпе работы промышленного предприятия согласно заданным режимам электропотребления.

Необходимо получить максимальный экономический эффект за счет выравнивания графиков активных нагрузок энергосистемы, т.е. сформировать такой вектор управления V, который обеспечивал бы при заданном количестве ресурса управления достижение поставленной цели.

3.11.2 Регулирование потребления в часы пиковых нагрузок энергосистемы

Установка современных счетчиков позволит избежать штрафов за превышение заявленной мощности. Например, счетчик Альфа может сигнализировать о превышении заданного порогового значения мощности. Этот сигнал может использоваться для предупреждения персонала или для автоматического отключения нагрузки. Оперативный контроль за режимом энергопотребления позволит вовремя обнаружить и не допустить превышения заявленной мощности и избежать штрафов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Переход экономики России на рыночные методы хозяйствования предъявляет жесткие требования к достоверности и оперативности учета электрической энергии. Эти требования могут быть удовлетворены только путем создания автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии.

Основная цель создания технических АСКУЭ ? максимальная автоматизация и снижение трудозатрат при получении точной, достоверной и оперативной информации об энергопотреблении предприятия и его отдельных подразделений для решения следующих задач:

- соблюдение заданных режимов электропотребления;

- получение информации о полном энергопотреблении отдельных подразделений предприятия для определения производственной энергоемкости выпускаемой продукции;

- проведение анализа энергопотребления с целью разработки и эффективного внедрения организационных и технических мероприятий, направленных на рациональное использование энергоресурсов;

- автоматизация финансовых расчетов с энергоснабжающей организацией (при переводе системы в разряд коммерческих).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Системы АСКУЭ: учебное пособие / А.Н. Ожегов. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2006. - 102 с.

2. СТО АТС 02.03.17-2003 Коммерческий учет на оптовом рынке электроэнергии. Автоматизированные информационно-измерительные системы. Порядок допуска к приёмочным испытаниям. - М.: Изд-во стандартов, 2004. - 20 с.

3. СТО ЮУрГУ 17-2008 Учебные рефераты. Общие требования к построению, содержанию и оформлению. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. - 41 с.

Размещено на Allbest.ru