автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК СЕЛЬСКОХОЗЯИСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ



Челябинский орден» Трудового Красного Знамени институт механизации к электрификации сельского хозяйства

На правах рукописи

., ВОРОБЬЕВ . ^ "

Виктор Андреевич

УДК 63:621.311.153.Ы9.Й1

ч /

- ЗАНОЮШНЛНЯИ 40И(Ш)ЬАНИН ЭРОТИЧЕСКИХ- НА! РУЗОК СМЬОЮЛОЗШеГВЕНШХ тВДИШГИИ

Спвии»дьностьЧ)5.а0.0^ - Электрификация

сельскохозяйственного производства

А а Т О Р Е Ф В'Р'А Т

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

I

Челябинск - 1У68

У

)

Работа мяюлмш в Московской ордена Ленина и Гордан» Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академик имени

К.А.Тимирязева ,

Офицяальные оппоненты:

- - "j

Доктор технических наук, профессор Дястолов A.A. . ^ Доктор технических наук, профессор Кудрин В.И. Доктор технических наук, профессор Акжцев Б.И, .

" . ■ ' ^ Ведущая организация - Северо-Кавказский территориальный кооперативно-государственный ордена "Знак Почета"' научно-исследовательский и проектный институт . .

Агропромышленного комплекса - СЕШАВИШИАПЮПРОМ

Защита состоится ■" ' • - " 1 • 198__ г, в чае

на. заседании специализированного совета Д120.46.01 при ч" Челябинском институте механизации и электрификации сельоцого хозяйства по адресу: 464060, Челябинск, пр.Ленина, 76.

■ С дйоое'ртацией можно овнакоинтъоа в бсйииотеке ЧИИЭСХ. ¿ßjopeifepasr ра&ослан " ige г.

И.В.Авдеев

Ученрр с * е т»рь

ОЩАЯ ХАРЛгаГЕИКПЯА РАЕОШ

Актуальность. Сельское хозяйство является одним из группей-«а<* потребителей электрической энергия, которой использует около . 10 % вырабатываемой в стране электроэнергии. Абсолютное значение уровня потребления электроэнергии отрасль» неуклонно растет и к. 1990 году достигнет 210-235 млрд.вВт-ч.» т.е. увеличится почти а два раза по сравнению с 1902 годам. Энергетические мощности в колхозах н совхозах к этому времени возрастут в 1,6 раза. Все это создает надежную базу для уеденного регегтия Продовольствия»!! программы СССР, направленной ка полное удовлетворение потребностей стран» в сельскохозяйственно!! продукции, дальнейшее укрепление ма-терпально-техиической базы сельского хозяйства и социальное переустройство села.

Увеличение потребления электрической энергии в сельскохозяйственном производстве требует пошвекия эффективности использования электрооборудования и совершенствования иетодов расчета электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий.

Определение электрических тгруаок на. всех ступенях электрических проводок я сетей сельскохозяйственных предприятия - одна кэ первых я оснооополагахтах частей проектирования злектроснабже-шя. Электрические нагрузка определяет необходимые технические характеристики элеяегггов электрических проводок и сетей (площади поперечных сечений и марки проводов, параметры коммутационной и защитной аппаратуры, моцюсти и типы трансформаторов). Преувеличение ододаемнх нагрузок приводит к перерасходу проводов и кабелей я нсооредданночу "омертвление" средств, вложенных в завышенную мощность- трансформаторов, преуменьшение - к излишним потерям в се тях, перегреву проводов и трансформаторов и сокращению срока их службы. Анализ литературных данных и результатов обследований показывает, что между расчет»*» я фактическими нагрузками сельскохозяйственных предприятий существует значительный разрыв и на про тяжении длительного времгни эатрузка сельскохозяйственных транс-фориатормх подстадавй находится на уровне 30-35*1, слабо загруже-ш новые линии электропередачи. Повышение загрузки вводимых в стров сельскохозяйственных трансформатор»« подстанций и линий электропередачи а масштаб» страны связано с большим экономически* эффектом.

Таким образа«, повявеняе эффективности использования оборудо ваяня сельскохозяйственных трапс^ор^^т^^^гяишяЛ и линий

Плу>ия Ек^мот^л ГЛ^кгзснс:! Г.. . -.»;

электропередачи к связанная с этим необходимость повышения точности расчетов электрических нагрузок селъскохоэяйстсекиых предприятий актуальны» являются крупной научной и важной народнохозяйственной проблемой, созвучной основным подокениям Энергетической программы СССР.

Цель работы - со верше нет во ванне методологии исследований я определенен электрических нагрузок се л ьс кохоз н Я ст ве ннкгх предприятий, направленной на повышенна эффективности использования сельскохозяйственных электроустшюьок,

Научнлн новаапа результатов, полученных в диссертационной работе заключается а.следующих основных положениях:

1. Показана принципиальная ограниченность существующих методов исследований и определения электрических нагрузок и обоснована необходимость системных исследований закономерностей формирования электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий.

2. Доказано, что суммарные потоки включений и выключений электроприемникев на. вводах сельскохозяйственных предприятий имеют свойства: ординарности, стационарности и отсутствия последействия и вследствие этого являются простейшими.

3. Установлено, что процесс функционирования системы электроприемников сельскохозяйственного предприятия является марковским,

4. Разработаны математические модели формирования электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий,, связывание вероятностные характеристики нагрузок с режимами работы электропрнеы-ников, их количеством и мощноетями.

' На основе разработанных математических моделей исследованы 'взаимосвязи различных электроэнергетических показателей сельскохозяйственных предприятий и установлено, что число работагкщх электропрнемниное распределяется по асимптотаческиы законам Эрлан-га, Пуассона и др.

6. Разработаны новые метода определения к суммирования электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий, обеспечивающие высокую точность расчетов.

7. Разработаны новые электронные устройства, имевшие повышенную надежность и помехоустойчивость, которые используется для контроля режимов работы машин и повышения эагруэки силвшх трансформаторов.

в. Новая методология электрических нагрузок основывается на

устало в летшх я процессе исследований э акономе р! юсгпх формирования электрических нагрузок, оаклпч.т^ихся в объективном сущест-вовшг.ш суперпозиции простейших потоков включений н вмклглений электроприемников, которая обусловливает асимптотическое рлепре-деление числа работаксцдх олектроприемников по законам, отличннм от нормального, приемах регистра и» потоков включений и гмкл*ле-И1й электроприемнлков, анализе распределений времени между вилл-, чекиями и выключениями электроприемников, опенке степени последействия о этих потоках, ■ матемотическем моделировании формирования электрических нагрузок, опенке соотвгтствия статистических и теоретических распределении электрических нагрузок, приемах упрощения полученных зависимостей.

Практическая »«лтость полученных результатов замечается в разработке пакета сравнительно простых методов расчета и солирования электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий, в разработке алгоритмов и фортран-программ, обеспечивающих меньшие погрешности при электроэнергетических расчетах, которое успешно применяются в проектной практике ряда проектных учреззденпй, в разработке технических устройств для контроля н увеличения загрузки электрооборудования сельскохозяйственных предприятий*

Апробация г-аботы. Материалы диссертации обсуждены и одобреш на научных конференциях Московской сельскохозяйственной академии ам.К.А.Тнкчряэева в 1968-1988 гг., на совещании "Перспективы развития электрификации сельского хозяйства" в Смоленске в 1979 г., на Всесоюзном семинаре "Автоматизация проектирования электроснабжения сельских потребителей" в Кишиневе в. 1979 г., на научна* конференциях Московского института инженеров сельскохозяйственного производства им.ВЛЬГорячкина в 1931, 1982, 1985, 1986 гг. н Челябинского института механизации и электрификации о.х. в 1987 г., на постоянно действующем семинаре "Электроснабжение сельского хозяйства" ВАСХНИЕ в 1981 к 1965 гг..(руководитель семинара - академик ВАСХШЯ И.А.Будэко), на научном семинаре академика В.В.Гнеден-хо в КГУ их.М.В.Ломоносова на кафедре "Теория вероятностей" в 1985 г., на постоянно действующем семинаре кафедм "Электроснабжение промышленных предприятий* 11ЗД в 1966 г., на научно-технических советах ШИПИ Тякпромэлектролроект в 1986 г.. Ленинградского отделения Сеяьэнергопроекта в 1967 г.. Краснодарского Севкавпищвпром-проекта * 1987 г. и др.

Реализация работ». Результаты шполненшх исследования используются в проектной практике Гипрониселыоэа, Минского проектного института Велкооппроект, Витебского филиала республиканского проектно-изыскателъского института Еелколхоопроект, Гомельского филиала института Сельхоэтехпроект, Гомельских хомпяекскпс проегг-№>х мастерских Белгилроторга, Краснодарского отделения Гадрориб-проекта, Севкавпизспромпроекта, Краснодарагропромспеипроекта, Рос-агролромишшдустрпроекта, Украинского отделения Сельэнергопроек-та и в учебном процессе сельскохозяйственных вузов.

Структура -л обгемм работы, /диссертационная работа изложена на £50 страницах машикошекого текста и содержит введение, сесть глав, здкодо, в том числе 51 таблицу. Кроме того* работа имеет 41 рисунок, список использованной литератур» из 438 наименования и 9 приложений.

0 СТО ВШЕ ШДЕР1АККБ РАНИЫ

Количественная информация об электрических нагрузках является основой рационального решения практически всего комплекса задач, связанных с проектированием электрических сетей всех видов и эксплуатацией электрооборудования. Ввиду этого исследования электрических нагрузок проводились с начала развития электр»{якации страны и с годок<и не ослабевает.

Большой вклад в развитие теории электрических нагрузок внесли М.К.Харчев, Д.С. Лившц, Г.И.Каялов, Б.В.Гнеденко, Б.С.Кеселъ, С.Д.Волобринский, Э.Г.Куренный, В.И.Кудрин, И.ВЛекеленко, Б.А. КняэевскиЯ, Ю.А.йокин, А.Г.Захарин, И.А.Будэко, и.СЛевин и др. В выполненных исследованиях последовательно развивается мысль о / том, что случайная изменчивость электрических нагрузок является их органическим свойством, и , что при их исследовании необходимо применять аппарат теории вероятностей к ее ветвей. В этом направлении известны значительные достижения. Однако» в последние года при исследованиях электрических нагрузок проявляется своеобразия отход от анализа теоретических основ формирования их (глава I). В основной массе работ постулируется нормальное распределение электрических нагрузок и исследования направляются в русло учета особенностей нагрузок предприятий различи« отраслей народного хозяйства, анализа отдельных параметров нагрузок, шясненжя значимости попарных корреляций идах связей между электроприемниками и

нагрузками и др. Модели и расчетные зависимости не упрощаются, а уедотияются,. В них учитывается возрастающее число коэффициентов и параметров, что ведет к усложнению расчетов при незначительном повышении точности. В ряде случаев теряется физический сшсл происходящих процессов. Все это в целом указывает на несовершенство методологии электрических нагрузок. В результате разрыв между расчетными и фактическими .нагрузками промышленных и сельскохозяйственных предприятий имеет существенное значение и в отдельных случаях достигает 300^.

В диссертации при исследованиях электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий использованы общенаучные методологические подходы: системней и вероятностно-статистический (глава П) и математическое моделирование (глава И), т.е. исследования носили комплексный характер. Наряду с этим в работе вскрыты новые закономерности, использованы новые приемы, эффективно при исследовании электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий и при использовании результатов исследований, что составляет элементы новой методологии электрических нагрузок сельскохозяйственных .предприятий.

Анализ работы электрифицированных .сельскохозяйственных предприятий, выполненный в работе, приводит к выводу о возможности описании их функционирования в терминах системных объектов, свойств и .связей иежду ними и правомерности применения системного подхода к -.исследованиям закономерностей формирования электрических >ндгруаок лк* Действительно, электрифиц>фованное сельскохозяйственно« предприятие как динамическая система .С , обладает наиболее

^ -(H&litz^BJ,«, Ру,лг/и) U)

существенным признаком - целостность» Ц , Очевидно наличие у данной системы интегральных .свойств., .не сводимых к суше свойств ее элементов fi :: детерминированных и стохастических систем* В качестве детерминированных систем на сельскохозяйственных предприятиях выступает электрифицированные машины и механизмы, а в качестве стохастических - растения, животные, люди,. окружающая среда. ¡Рассматриваемой динамической системе присущ инвариантшй характер по отношению к качествен»« лсобеиностям составляющих ее элемент, тов, а также ее упорядоченность. Иерархичность строения системы l£Z означает, что данная система является частью системы более вы-

сокого уровня (колхоза, совхоза, объединения - по организационно-хозяйственному признаку или энергосистема - по энергетическому , я, в сбою очередь, элементы данной системы представляют системы более низкого уровня (цехи, отделения - со организационно-хозяйственному признаку, электроустановки, электроприемники - по энергетическому, детершшированкие и стохастические -по причинно-следственному признаку и др.). Также вполне определенными является цели система и ее подсистем G , которые могут ■ быть сnucas; с заданной полнотой, Важним э данном подходе язлнется описание победе и; л системы В и учет и t tjo p^aintc кнэ го асмета Т , Octioucíi рассматриваемо Я динамик ее so .4 систем: является уксжествэ ti эдектроприемгаков с установление и мощюстью /у , pe:?ü:.í¡> работы которых хара кт е p;t эуюте л интенсивностью включений Л и шклгяе-шй /i .

Технологические процессы на э л е к т рифш и роцгахлх сельскохозяйственных предприятиях непосредет веяно связаны с работой отдельных алектроприемникоа и определиот характер элехтропотреСленпя предприятия в иелсм. Участие стохастических систем в технологически процессах сельскохозяйствен«« предприятия отражается на динамике электропотребления.

Анализ электропотребления сел ьсканоэяЯсгвеншх предприятия позволяет обнаружить общие черти в работе всех электроприемников, установленных на этих предприятиях, независимо от размеров "н типов их. Эти черты заключаются в том, что процесс работы лсбого эдект-роприемника может быть представлен в виде простого графика, характерными чертами которого является чередующиеся период! работы и паузы. По этому графику можно установить моменты включений, выключений, а также продолжительность работы электроприемника.

Несколько моментов включений одного электроприеишка, следующих друг за другом, образуют элементарный лоток вклхнений его* несколько моментов выключений электроприемника - элементарный потек выключений. Накладоваясь друг на друга, потоки вклхяений и выключений отдельного элехтроариемниха образуют график электрических нагрузок этого электроприемника.

Суммарный график элвхтрическях нагрузок на ввода сельскохозяйственного предприятия представляет собой наложение j^yx результирующих потоков: потока включений электроприемников и потока выключений /7¿t)trj,t состоящих из ряда элементарных потоков включений

и выключений каждого электроприекника, установленного на предприятии г , г л

Пвкл " *П&кл >

П$ьшл =Пбыкл +Пьыкл*Пбыкл+—''* ПвыкА -(2) Исследуя элементарные потоки вклямений и выключений электроприемников на сельскохозяйственных предприятиях, могко в зависимости от степени определенности их параметров разделить на два типа: регулярные и нерегулярные.

В случае регулярных потоков, являющихся разновидностью детерминированных потоков, включения электроприемников следуют одно за другим через строго определенные промежутки времени. Например, на молоч1!ых форлах такши потоками являйте я потоки включений электроприемников при мйеншном доении коров, уборке навоза и др. Однако, регулярность таких потоков включений электроприемников относительна, т.к. дал;е при программном управлении работой этих элеятро-приемников с помощью командных устройств будут иметь место определенные отклонения от регулярности. Это обусловливается наличием я командных устройствах синхронных электродвигателей, частота вращения которых определяется изменяющейся по случайному закону частотой тока в сети.

Нерегулярные потоки - это потоки, характер протекания которых в значительной мере неопределенен, случаен вследствие зависимости их от многих факторов (сезонные, погодные условия, состояние среда производственного помещения и животных, время суток и т.д.). Примерами таких потоков могут служить потоки включений и шклхнв-ний электроприемников, обеспечиващих водоснабжение, электронагрев воды, охлаждение молока, освещение и др. Случайный характер их не снимается и при автоматизации.

При исследовании суммарных потоков включений и выключений элеятроприемников электрифииироважых сельскохозяйствен»« пред-" приятиЙ обращает на себя внимание свойство стационарности этих потоков в определенных интервалах времени. Для этих потоков веро-* ятность возникновения определенного количества включений (выключений) электропр иемни ко в в течение определенного промежутка времени не зависит от начала отсчета временч, а зависит от длины этого промежутка. ■

Как показывает анализ потоков ЕклшениЯ и шключений злектро-прискииков, -ьроисходат Еклжекие (шкдтение) примерно одинакового «иола электроприемников э течение сезонов, месяцев,.недель,, сутрк и е;.:ен. Например, за двое отдельных суток (смен), шбралных. произвол ьно на оси времени! происходят примерно одапаковые жоли^ества включения йлектрспри еми ик о в. Это согласуется-тайке и с те», что за указанные промежутки времени на сельскохозяйственной предпрня-тип производятся примерно одинаковые объемы. продукции (суточше, сг.хише и др.), обусловленные работой примерно .одинаковых чисел элоктроприо^ников.

¿следствие того, что на современных сельскохезяйстБексте предприятиях имеется достаточно большое ко^:чество автоматических установок: вентиляторов, калориферов, водонагревателей, холодильников и др., включение и отключение которнх происходи - г.о ,сяучай-ному закону, невозможно точно предсказать сколько произойдет^, включений того или иного автоматизированного электропркеккнка. Тем|фне менее, средние значения чисел включений (выключений) электроприем-• ников за указанное интервел^ времени приобретает свойство стабиль-г ной устойчивости.

Стационарность рассматриваемого процесса подтверждается так-¡¡*е' устойчивыми средние значениям;! электрической нагрузки на вводе ..•сельскохозяйственного предприятия за отдельное интервалы времени: смену, сутки, неделю и др.

Вторым важным свойством потоков включений и исключений.электроприемников на электрифицированных сельскохозяйственных предприятиях является отсутствие последействия, которое занимается в том, что число включений (выключений) электросриеыников, происшедших после произвольного момента -времени , не зависит от того, какое число включений (Еыкл1ЯекиЯ)/9лектроприемнаков произошло до момента £

Поток событий не имеет .последействия, если закон распределения группы х(^-ю)~х(а) I, 2,..., /? ) прл.^ъО^н любом а >0 не зависит от значений .величины х(^ при

Как известно,-на «водах электрифицированных сельскохозяйственных предприятий имеют-место реэультирукцие.-потоки вклюенкй ди выклшений электроприемнико.в,„■ образуемые несколькими.элементерад-ми-потоками вклшений-.н'-шклшений олектроприемников,< среди,кото-- .рахл^гут быть регулярные^Иснерегулярные потоки. При уве^шнещы

числа слагаемых элементарных потоков последействие в суммарном потоке постепенно ослабевает, даже если оно значительно в отдельных потоках. По данним Е.С.Вентцелъ, достаточно сложить 4-5 потоков, чтобы получить поток с ограниченным последействием, а на совре.ченшх сельскохозяйственных предприятиях число элементарных потоков значительно больше, вследствие этого последействие в ре-зультируевдх потоках включении и выключений электроприемников очень мало.

Следукзздм водным свойством потоков включений и выключений электроприекникоь на электрифицированных сельскохозяйственных предприятиях является их ординарюсть.. В ординарных потоках невозможно иля почти невозможно, одновременнное включение (выключение) двух ила больваэго числа эле ктроприемнико в. У ординарных потоков вероятность того, что произойдет больше одного включения (выключения) электроприемников за малый промежуток времени, есть бесконечно малая величина Солее высокого порядка, чем вероятность включения одного электроприемника.

В то же время, потоки вклинений и выключений электроприемников на сельскохозяйственных предприятиях имеют особенности, заключающиеся в том, что условие ординарности выполняется лишь длл числа электроприемников, а по току и мощности это условие видоизменяется. Это связано с различными значениями мощностей вклшае-мых и выключаемых электроприемников. В соответствии с разработками Г.П.Климова в данном случае поток включений электроприемников представляет собой поток "вызывающих" моментов. В каждой 0вызываний" момент включается (выключается} случайное число элементар-№гх электроприемников. Поэтому реальше потоки включений # выключений электроприемников можно представить в виде потокф^ .обраэо-ваншх включениями и выключениями случайного числа электроприем-киков одинаковых мощностей.

Так как потоки включений и вьпелючений электроприемников сельскохозяйственных предприятий обладают свойствами стационарности, отсутствия последействия и ординарности, то их можно считать простейшими.

Для экспериментального подтверждения теоретически обоснованного простейшего характера потоков вклшениВ и выюимений электро-приеммиков использованы регистрограммы электрических кагрУ30* «et

вводах сельскохозяйственных предприятий, подученные с помощь» регистрирующих приборов. Исследования распределений промежутке времена между включениями и шюаяенчши алектроприемников док за/л, что эти промежутки распределяются по экспоненциальному закону -&t/m

1<rz=f~e * , (3)

где Л t - интервалы зремени «езду включениям» {вмкхшвнилми) эле ктропр иемни ко в; ttlf - математическое ожидание интервалов времени. Этот закон свидетельствует о простейшем характере потоков включений и выключений эхектролриемникоь на сельскохозяйственны предприятиях.

Учитывая, что характеристики потоков включений и выклзснени эл е ктр о прием нико в являются важной методологической основой для дальнейших теоретических исследований и обобщений, была оценена степень последействия в указанных потоках с помощью нормирована потоков Эрланга. Коэффициент последействия определялся по форму;

к« " ml/¿>t - * > í4)

где Of - дисперсия интервалов времени между вклинениями

электроприемняков. При этом оказалось, что значен*« последействия в указанных потоках близко к нулю, а в ряде случаев оно оказалось отрицателькым. Этот ношП факт-также подтверждает вывод о том, упомянутые потоки являются простейшими. Наличие у ряда потоков отрицательного последействия можно рассматривать как резерв для суммирования к установкенн!Л4 электроприемникам таких, которые имеют регулярные режимы работы и после этого рассматриваемые потоки не будут Иметг последействия. 4

На сельскохозяйственных предприятиях многие поток» включений (шклшений) электроприемников носят характер ограниченных потоков Берну лли ввиду того, что каждый из вклюмаешх (выклхмаемых) по заданной программе или графику работы электроприемшков обязательно (с вероятностью, равной единице) вклшается (выклшается) в течение определенного промежутка времени. Так, вполне очевидно, что на животноводческом объекте в течение смены (суток) обязательно произойдет вхличение осветительшх приборов, хоркораздагоч-

шх я навозоуборочжх механизмов и др., & затем шжхтеше их. На сельскохозяйствен»!« предприятиях имеется целый ряд электроприемников, которые в определенном интервале времени порождают поток, состояний всего из одного вклшения (выклшения). Причем, для каждого из этих электроприемников вероятность вклшения (выклшения) в любом интервале, содержащемся в 0%Т и имением длину t , равна t/T. Суммарный поток, получающийся в результате наложения этих потоков, и является потоком Берцулли. Известно, что с увеличением числа элементаршх потоков, поток Вернулли превращается в простеяшнй.

Таким образом, в данной работе использован новый подход к исследовании поведения системы электроприемников сельскохозяйственного предприятия, эахлдоащийся в детальном анализе потоков вхлшений и шклхмений электроприемников. Нам не известны отечестве m*ie и зарубежные литературные данные обоснованно и однозначно доказывающие простейший характер потоков включений и выклжне-1Шй электроприемников на сельскохозяйственных предприятиях.

Произведен анализ продолжительности работы отдельных электроприемников и распределений ее, который шлвал разнообразие этих распределений, что с учетом исследований Б.А.Севастьянова, оказывает незначительное влияние на формирование электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий, а требуется лишь учет математического ожидания продолжительности работы электроприемников.

Установлена новая зависимость'числа состояний груши электроприемников от числа ступеней их загрузки

где П., I - число электроприемников в группе и число ступеней их загрузки.

Для определения частшх чисел состояний группы влектропри-емнкков с изменяющейся загрузкой используется зависимость

А-ГС, <б> .

где Ся - число сочетаний из /7 электроприемников по Ш .

Разработано устройство для контроля режимов работы маши, которое защищено авторским свидетельством W 851434 t* соавторстве).

При шссдедрва&иях было обращено внимание на то, что многие трансформатор»«е подстанции сельскохозяйствен»« предприятий ока-

энваются недогруженными, особенно в ночное время. Для повышения загрузки трансформаторных подстанций разработано несколько электронных устройств, одно из которых защищено авторским свидетельством J.- 69ID29 (в соавторстве).

Проанализирован характер зависимости коэффициента одновременности при различдах типах пропорциональности мегду максимальной И установленной мощностями сельскохозяйственных предприятий.

3 качестве объектов исследований были шбраны современные э ле кт рифпш ¡со ванны о сельскохозяйственное предприятия различных направлений: птицефабрик:! и лтицефер.'-U, комплексы по шращизашт и откорлу крупного рогатого скота и свиней, молочные фермы и комплексы. Восго в процессе исследований обследовано более 300 электрифицированных сельскохозяйственных объектов в различных зонах страны, на которых работает более 50 тысяч электроприемников различных типов. Произведена регистрация изменений электрических нагрузок на закимах более ICO силовых трансформаторов, питающих отдельные объекты и их Группы. В обслуживании приборов и в сборе данных об злектроприемннках обследованных сельскохозяйственных предприятий принимали участие Ходановнч Б.В., Горин А.Е., Зелепу-кин А.И,, Кочеткова D.A.i Буробина Н.Б., Корявых Н.С.

Дальнейший анализ работы эяектроприеынихов на электрифицированных сельскохозяйственных предприятиях показал, что любая система электроприемников может находиться в одном из /V различных состояний ), которые являются дискретными.

Переходы из одного состояния в другое осуществляются скачком. Ввиду того, что данная система может переходить иэ состояния в состояние в любое время, случайный процесс, протегаивдЯ в системе, является процессом с Непрерывным временем.

Если в системе с дискретными состояниями происходит случайный процесс с непрерывный временем, то переходы системы из состояния в состояние можно рассматривать происходящими под влиянием некоторых потоков событий. Как показано выве, потоки вклгнений и Еыклшений электроприемгаков, переводящие систему иэ состояния в состояние - простейшие. Вследствие этого случайный процесс формирования электрических нагрузок обладает свойствами марковских процессов. Марковский процессt протекагсщи Й в системе с дискретными состояниями и непрерывный временем» характеризуется системой

^^Ф^решиалТьных' уравнения, опнсывавдей вероятности состояний системы,- со от ветст вутвд х различ}Ей1 числам работающих электроприемников (О,- I,- 2,..., К )

При составлении этих уравнений удобно пользоваться размеченными графами состояний системы.

В связи с тем, что на современных электрифицированных сельскохозяйственных предприятиях установлено и работает большое число электропркемников, имеющих разнообразные режимы работы,- оказалось возможны* разработать три у "о»^'веские' модели, опирающиеся на наиболее характерные показатели, присуще процессу формирования электрических нагрузок.

Обс^й во всех трех указанных моделях является учет простей-пйтйкбй включений и выключений электро приемников,. под воздей>-к'отбрвх системы переходят из состояния в состояние, Отли>-чЯгельными особенностями указанных моделей являются следутапде» ЙервагГ ибдедь бази^ется на представлении процесса формировани'я -эдёйтрич'ёспих нагрузок системы алектропраемников, имеющей огран!Г->Йнно6 числб состояний« Вторая модель основана на представлен«» процесса формирования электрических нагрузок системы электропр»-¿мпйко'в,* имеицей неограниченнов число состояний. В третье» модели учитывается возможность произвольных переходов системы электропр»-еыников из состояния в состояние.

Вычерчивая размеченные гр»£ы для систем о различными числам» »¿ейтроприемнинов и руководствуясь мнемоническим правилом А. Н.Колмогорова при составлении дифференциальных уравнений, получаем для сйстймы,- состоящей #з двух олектроприемшков четыре уравнения -¿о Числу возможных ё&стбяний* для системы из трех электроприемников - в уравнений» Для системы из 4 злактроприемкиков соответственно - 16 зфаёНёмЛй И т.д. Напр»«ер4 для системы, состоящей »8 трех электро{фййЙ1й#ов; имеем слбдухщув систему уравнений

с» с ■

Процесс составления д{1$ференциальных уравнений для систем* имеющих более 4 эяектроприеукиков, усложняется, т.к. число уравнений возрастает по экспоненциальному закону. Однако^ дальнвйие-го составления уравнений не требуется, т.к. алгоритм составления их выяснен, а для анализа достаточно имеющихся.

Анализируя системы дифференциальных уравнений, характеризующих возможные состояния системы эле ктропри емнижо в, можно отметить группы сходных уравнений, которые описывает вероятности появления одинаковых состояний системы, например, одновременную 'работу 2, 3, 4 и т.д. злехтролриеынихов. В результате система уравнений упрощается

ПМ го; (У,

(в)

и Сп - числа сочетаний из /7 електроприемнияов по Л* И ПО Л>/ . :

Поденная система уравнений отличается от вида известных систем. Осуществляя предельный переход при «*» , данную систему дифференциальных уравнений преобразуем в систему алгебраических

Решение этой системы уравнений приводит к уравнению Эрланга

где »- нормирующий множитель; в ^Л/Ц .

Таким образом, впервые осуществлен вывод уравнения, указывающего на асимптотическое распределение числа работающих электроприемников сельскохозяйственного предприятия поэакону фланга, который можно использовать для расчетов электрических нагрузок.

Переход к математическому выражению, отражающему существо второй модели, осуществляется при. При этом нормирующий мнояитель Ы0 выражения <10) превращается в е~а» а само выражение преобразуется в уравнение Пуассона

« , . . (II)

К этому уравнению приводят и два других пути, использованных в реферируемой работе для получения объективных результатов, многократной проверки их и теоретического подтверждения.

В литературе, посвященной исследованиям электрических нагрузок, анализируется нагрузки, выраженные в амперах и киловаттах. Новый методологический подход к формированию электрических нагру- -аок указывает на необходимость исследований распределений числа работающих электрет риемки ков, Эта необходимость обусловливается тем, что математическое ожидание я дисперсия электрических нагрузок связаны о ее изменению соответственно прямой пропорциональной я квадратичной завиемоеттои Различие значений математического ожидания и дисперсии электрических нагрузок ориентировало последователей на нормальное распределение нагрузок. Однако, вели правильно выбрать среди» мощность (ток) одного злектролркемннка, то оказывается, что число работали«* электроприсшшкоа и электрические нагрузки распределены по асимптотическому закону Пуассона.

Отмеченное иллюстрирует табл.1, где представлена возрастающая часть реализации электрических нагрузок на вводе 7П £ I откормочного комплекса совхоза "Растоьцы" Московской области. 1Ь дашых табл.1 видно, что с увеличением значения среднего тока одного электроприемника /с , значения математического ожидания Мк и дисперсии числа работавших электроприемников уменьшается. При этом математическое ожидали е уменьшается меньшими темпами по сравнению с темпами снижения значений дисперсии. РгзансгЕОМк и йк достигается вблизи значения 7« = 8 А. Отсюда следует, что любую реализацию электрических нагрузок можно преобразовать в вариационный ряд; управляемый асимптотически законом Пуассона. При этой значение среднего тока (мощности) одного электроприемки к& определяется по формуле

(12)

Тс

где ¡2 — число частных значений нагрузки ; - математиче-

ское ожидание нагрузки.

Третья математическая модель базируется на размеченном графе системы электроприемников, все состояния которого связаны между собой. Алгоритм составления дифференциальных уравнений остается прежним. Однако, традиционные приемы решения системы этих уравнении не дали желаемых результатов. Ввиду этого основное уравнение системы приведено к интегральном}' уравнению Вольтерра второго род* к

где г{к) = уСкфСп '

Ъ?п~тЫт*-т)А ~ **** И»""™-Решая это уравнение,получаем зависимость вероятности вклшення К электроприемников от й а /? .

= —-;- ' (И)

ТаСлада I

Расчет математического ожидания и дисперсии числа работала электроприемников

X п,г 4 - I A ' Л . 2 A ■It . 5 ft А - 8 А Л ÎO А iIt я 15 А и - 20 А

i /í* к К К* H К* К /Г* H К* H /Г*

У * 180 32400 90 8100 36 1296 23 529 18 324 12 144 9 81

: 190. 36100 95 9025 38 1444 24 S76 19 361 13 169 10 100

* 220 48400 lio I2IQ0 44 1906 26 784 22 484 15 225 It 121

4 230 52900 115 13225 46 2116 29 841 23 529 m -

S 245 60025 123 I5I29 49 2401 31 961 25 625 16 256 12 144

6 260 67600 130 16900 ea 2704 33 1089 26 676 17 289 13 169

7 262 76644 131 17I6I - - - - - - - - - -

8 280 ■ 78400. 140 19600 56 3136' 35 1225 26 784 19 361 14 196

9 320 102400 160 25600 64 4096 40 1600 32 1024 21 441 » 256

2 2187 556869 1094 136640 385 ' I9I29 243 7605 193 4Q07 ИЗ 1835 85 1067

M* 243 121,56 48,13 30,38 24, Ï3 16,14 12,14

M¿ 59049 14776,03 2316,49 922,94 582,26 260,49 147,38

«'S 61874,33 15204,44 2391,49 950,63 600,88 269,29 152,43

2825,33 427,61 74,63 27,69 18,62 В,В 5,05

3178,49 481,06 85,29 '31,65 21,28 10,26 5,69

Для проверки полученных теоретических распределений электри^ ческих нагрузок производилось их сопоставление со статистическими распределениями, полученными на основе регистрограмм (глава 1У). Регистреграммы нагрузок были получены самопиауп^ши амперметрами и ваттметрам!', установленными на вводах обследованных сельскохоэяй-ст&еншх предприятий.

В результате предварительной оценки дисперсии графиков электрических нагрузок сельскохозяйствен! их предприятий №ло установлено, что для получения достовсршх сведений об их изменениях на вводе конхретного сельскохозяйственного предприятия достаточно получить 7 реализаций нагрузок - суточных регистрограмм. Регистре граммы спрямляли в получасовых интервалах. Эта длина интервала соответствует утроенной постоянной времени нагрева проводников, применяемых на сельскохозяйственных предприятиях. Получение данные преобразованы в вариационные рядо. Степень соответствия теоретических и статистических функций и плотностей распределений числа работающих электроприемников оценивалась с помощь» критериев А.Н.Колмогорова и К.Пирсона. По всем трем математическим моде-дям проверка показала высокую степень соответствия теоретических и экспериментальных результатов.

В работе детально исследовано поведение полученшх зависимостей при варьировании входящих а них показателей. Таким образом, оставив в описании процесса работы систеш алектроприемников лишь еше существенные параметры: потоки вклшений и выключений электро ориемников и их общее чвсдо» осуществлен переход к математическим моделям формирования электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий. В этом переходе эаюткены черты синтеза, когда из отдельных всесторонне проанализированных элементов путем изученного алгоритма, получается единое целое с ногчми характеристиками, что является чАстыр методологической структуры системного подхода.

Для выполнения показательных и сравнительных расчетов электрических нагрузок необходим учет основных статистических характеристик обследованшх сельскохозяйствен»« предприятий. В табл. Z предстаалеш параметры, характеризующие статистические модели некоторых объектов. Распределения установленных мощностей электроприемников обеладоваших предприятия имеют характерную особен-

Таблица Z

Статистические параметр« распределений установленных мощностей электроприемников обследованиях объектов

Р*/<т, квт п пэ McL

2110,3 930 51,7 0,06

1767,88 шо * 411,6 1Д

1281,36 266 133,17 1,1

1395,24 129 16,24 М

678.8 136 33,45 5,5 6^5

635,9 168 54,63 0,75

1339,9 669 194,44 1,1

686,5 100 9,34 0,1

713,2 те 14,88 2,2

1436,06 305 87,38 0.37 1.55 3.0

П. П.!

Название объекта

Рср. кВт

1. та * юг

птицефабрика "Цариискал"

2. ТО 5 101 птицефабрика "Париискал"

3. ТП £ 2, Тр.1 птицефабрика "Петелинекая"

4. ТП J г, Тр.2 птицефабрика "Петелинская

5 «.Til tf I комплекс с-за "Растовцы"

6.ТП » 2 комплекс с-за "Растовцы"

7. TU tf I комплекс с-за

"Дружба" í. ТО I к

в. Til В- i комплекс с-э& "Победа* 9. ТП JÍ 2 комплекс с-эа "Победа* 10. ТП № 68 комплекс с-эа им.50-л.СССР

67,54 9,36 2,27 3,96 1,99 1,35 23,23 4.62 4,82 8X8,73 20,61 10,62 126,94 11,35 6,46 29,91 5,47 3,79 8,26 2,67 1,54 464,66 21,56 6,69 399,33 18,95 9,14 55,39 7,44 4,71

ность, ваклхяахцупся в тон, что мода tid относится ж никам о мопгюстаым 0,75-2,2 кВт. Если не учитывать оЛл дане нив электроприемников в группы, то модальше значения мощностей сдвигаются в сторону мадах значений, которое имеют осветительные установки. Дет&льшй анализ распределений установленных мощностей олектропрившмкев сельскохозяйствен«« предприятий при вода т к объективно существуицему явлению обьеданендо технических средств в единую взаимосвязанную систему - техноцеиоэ ш Н-распределвшло этих средств, а с учетом биологвчееккх объектов - к бмотехноцвно-эам„

Статистические модели шштрифи иромнвд сельскохозяйствен-

шг предприятий не даст полной картщы формирования электрических нагрузок. Поэтому в работе исследована зависимость вероятности появления электрической нагрузки от режимов работы, числа, и молено стей электроприеыникоа (глава У). Эта зависимость - трехмерна и*может бить представлена в трехмерной системе координат О К Рф^ Абсцисса этой зависимости характеризует число' работающих электро-приемтков К , ордината - их суммарную мощность Р , а аппликата - вероятность появления электрической нагрузки и числа работающих электроприеиншеов Зс^- . На фронтальную плоскость ОкЩ( проецируется плотность распределения числа работающих электроприемников, на горизонтальную плоскость ОкР - зависимость местности электроприемников от их числа, на профильную плоскость - зависимость вероятности нагрузка от ее значений. Бели алектро-приемникн, установленное на предприятии, имеют одннакоше ковкости, то зависимость имеет вид прямой, проецируемой на горизонтальную плоскость, а график плотности распределения электрических нагрузок повторяет трафик распределения числа работавших олектроприемников. При этом занисимость "/{к, Р) имеет вид плоскости, перпендикулярной плоскости Ох Р (горизонтальной]. Верхняя часть этой зависимости, представленной на гранке, ограничивается кривой, проекции которой на фронтальную и профильную плоскости имеют вид плотности распределения Пуассона.

В тех случаях, а их в практике подавляющее большинство, когда мощности электро приемников на предприятии или в группе не одинаковы, форма зависимости »¡¿•«/¡(Я;^'усложняется. Эта форма определяется. числом сочетаний мощностей электроприемников. Так, на- . Пример, из десяти электроприемников, мощности которых различи* а Имеют значения от I до 10 кВт, пять работающих олехтроприемников могу* иметь сумидоуп мощность, изменяющуюся от 15 до 40 кВт.

Зависимость мощности гругты элекгролриемников ст числа ра-ботыщих электроприемнняов имеет фориу своеобразного листа, проецируемого на горизонтальную плоскость системы координат. Нетрудно убедиться в том, что ширина этого листа увеличивается при уве-лнчешн различий между мощностями электроприем ни ко в.

В результате взаимодействия сочетаний мощностей плектропри-емниксв с параметрами плотности распределена» числа р^ботаклих алектроприемниксь зависимость нр1к»бр:тоот сгоеобр&пыую

фор/у "теоретического кристалла", вапомккапцего кдин. Проекция этой зависздсстн на профильную плоскость ОРг*гк растягивается и похохвкие ее крайних лишй отфедадяется минимальными и максималь-шма значениями йотцкостей групш электроприемников. Эта. проекция определяет границы изменения форд* многоугольников распределения ■ электрических нагрузок группы эдектроприемников. Анализ зависимости додает ясными прачвиг разнообразия представлений различных исследователей о характере распределения злектр^неских нагрузок предприятий. Эти представления были обуслозлеш отсутствием единой методологической основы я поверхность»:;! исследованиями электрических нагрузок.

Установленная зависимость позволяет указать диапа-

зона изменения активных а реактквшх электрических нагрузок и выполнить их расчет с желаемой точностью.

Б работе проанализирована взаимосвязь числа электроприемников, участвующих в максимуме К , с коэффициентом использования электрооборудования К* и общим числом установленных электропри-еиников п . Эта взаимосвязь характеризуется данными табл.3.

Из табл.3 видно, что при увеличении числа работящих зяектро-приемнаков для обеспечения одновременной работы их требуется повышение коэффициента использования Кц . Данные таблица указывают и на пределы применимости асимптотического закона Пуассона для расчетов электрических нагрузок.

Результаты анализа корреляции между графиками нагрузок сельскохозяйственных предприятий показывают, что независимо от наличия на указан}их предприятиях одинаковых или похожих технологических процессов, значения коэффициента корреляции р между нагрузками весьма малы. Орочем, для срааяктелыю небольших предприятий, какими являются ыолочше фермы, р между нагрузками № превышают 0,53, а для комплексов - 0,15. Даже между функциями математического ожидания нагрузок откорючдох комплексов совхозов "Растовцы" и "Дружба* р оказался равный 0,16.

Казалось бы, что корреляционная связь мехду реализациями нагрузки одного и того же предприятия в* двое соседних суток дол-хна быть очень тесной, а должен быть близок к единице. Однако, расчеты по ряду объектов показывав?, что между реализациями нагрузок одного и того же объекта не достигают значения 0,9. Так,

для Рыжевской молочной фермы = 0,83, для комплекса совхоза "Растовцы" - 0,16, а для комплекса совхоза "Дружба" - 0,71 и т.д.

. Таким образом, при расчетах электрических нагрузок в узлах электроснабжения, питающих несколько разнородных по технологии сельскохозяйственных предприятий, коэффициент корреляции между их нагрузками можно не учитывать. Кроме того, сравнительно слабая корреляционная связь между электрическими нагрузками аналогичных по технологии сельскохозяйственных предприятий требует более осторожного использования типовых графиков нагрузок.

Таблица 3

Зависимость числа электроприемников, участвующих в максимуме, от коэффициента использования и общего

числа установленных электроприемников

п

1

пМ 1 | 1 ■

10 [ 20 1 30 Г 40 50 60 70 80

0,1 4,72 6,63 8,38 10,02 11,59 13,09 14,57 16,0

0,2 6,63 10,02 13,09 16,0 18,78 21,46 24,05 25,56

0,3 8,38 13,09 17,4 21,46 25,33 29,03 32,71 36,24

0,4* 10,0 16,0 21,46 25,56 31,51 36,24 40,63 45,31

. 0,5 - 18,78 25,33 31,51 37,39 42,99 48,59 53,99

0,55х - 20,0 27,23 33,8 40,43 47,03 51>03

0,6 - - 29,05 36,24 42,99 49,69 S6.II' 62,36

• 0,63* . - - 30,0 37,23 45,0 52,03 57,9 64,7

' 0,66* - - - 40,0 47.43 55,4 61,9 66,73

0,7 - - - - 48,59 56,11 63,41 70,66

0,73х - - - 50,0 58,03 66,2 73,9

0,76* - » - - 60,0 67,73 74,0

0,79* - - - - - - 70,0 77,33

0,8 - - - - - - — 78,42

0,81* - - - - - - - 80,0

Следующим этапом работы явилась оценка возможности практического использования полученных результатов. Применение асимптотической формулы Эрданга для расчетов электрических нагрузок требует больного объема громоздких вычислений, связанных с необходимостью предварительного определения нормирующего множителя по эара-

нее заготовленным таблицам. Эти таблицы, рассчитанные с применение» ЭШ, приведены в приложении диссертации. Зависимость (14) также требует определения нормирующего мносителя, хотя аьмисление его менее трудоемко по сравнения с предздусим случаем. Самим удобным для практического использования является асимптотическое распределение Пуассона, которое характеризуется равенством математического сжкдакня и дисперсии числа рабогаюцих элекгроприемкиков и сравнительно больпей простотой композиций этих распределений.

Для упрощения расчетных зависимостей выбрано приемлемое значение вероятности появления расчетных нагрузок на вводах сельскохозяйственных предприятий. Это сделано с учетом предельного распределения электрических нагрузок по нормальному закону, к которому стремятся другие законы. Расчетная нагрузка на вводе сельскохозяйственного предприятия может быть определена со формуле

Рр~Рс (15)

где Рс - математическое ожидание нагрузки;

«У - среднее квадратическое отклонение нагрузки;

р - кратность меры рассеяния нагрузок. Каждому значение р соответствуют определенные значения вероятностей появления расчетных нагрузок на вводах сельскохозяйственных предприятий. Бели принять, что расчетные нагрузки появляются в диапазоне, ограниченном р » 2*5-3, то используя нормированную функцию Лапласа» можно определить значение вероятности появления таких нагрузок

где Рр>, Рря, Рр<р - значения расчетной электричесхой нагрузки: минимальное, максимальное, фактическое;

^ Сх) - нормированная функция Лапласа.

К аналогичному результату приводит и оценки частоты появления максимальных нагрузок, подученные на основе вксоершенталышх замеров на вводах еельскохоэ яйст вегомх предприятий.

Подставляя полученное значение вероятности появления расчетной нагрузки в итоговые выражения любойматематмчеекоа модели, формирования электрических нагрузок, получаем расчетные зависимости.

Для полунения явной функциональной зависимости числа елект-

роприемшков, участвупаих в максимуме /( от среднего юс числа' а , в формуле (II) заменяем факториал к/ асимптотической формулой Стирлинга. После логарифмирования получается трансцендентное уравнение, итерационно-графическое решение которого приводит к выражениям

К » 2,49а0,82 + 2,23 при а < 45,

К ж 1,0?а + 13,27 при а?> 45,

которые можно использовать при определении расчетных электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий.

Разработанные математические модели1 формирования электрических нагрузок сельскохозяйственных ¿федпршй'йй позволяют предложить несколько новых методов расчёта электрических нагрузок.

I.Расчет электрических нагрузок на основе данных 6 режимах работы элзктроприемников.

При этой долкно быть дано: I. Мощность каждого электроприемника (кВт) и их чийло П . Лучшиз результаты получаются при использовании числа ординарных электроприемников, т.е. таких, группы которых вкл»:аются разновременно различными коммутационными аппаратами.

2.Среднее время работы каждого электроприемника. эа смену, *

3.Число смен на проектируемом .предприятии (средняя прододлительность смены Тс » ч).

. Расчет нагрузок выполняется следующим образом.

1. Определяем получасовую интенсивность вклшений электропри-

2. ОгфьДбЛЯеЦ среднее время работы одного орМИарЙоЬо злек*-ройрИеНШИЕ* Шз формуле ^

3. Определяем вреднее число работашщи* дАёктропрйейШкВв

a~Яt(20)

4/По зависимостям (I?) или по номограмме, отражающей зависимости (17) определяем число электроприемников, участвующих в максимуме.

5. Определяем среднюю мощность одного ординарного электроприемника

Pep = g pi А (кВт) {2I}

6. Определяем активную расчетную электрическую нагрузку сельскохозяйственного предприятия

pf^frPcfi (*аг), <22)

оо значению которой нетрудно выбрать площадь поперечного сечения Провода и мощность силового траясфориатора, Аналогично ведется расчет реактивных и подных мощностей предприятий.

В таблице 4 представлены примеры расчета электрических нагрузок некоторых объектов указанном способов. Как показало сравнение значений фактических Рт и расчетных Рр электрических нагрузок, средняя относительная оеибка расчетов предложенным методом не прешел.от 5 Такая точность не достижима сумеетвувддмк методами расчета электрических нагрузок. В работе выполнены сравнительное расчеты нагрузок с использованием метода упорядоченних диаграмм и статистического. В первом случае средняя относительная ошибка расчетов составила 16,4??, а во втором - 15,Эти опибки - минимально ваямоямые, т.к. в расчетах использованы коэффициенты, полученные в результате натурных обследований сельскохозяйственных предприятий. В реальных условиях из-за отсутствия информации о коэффициентах, характеризующих электропотребление сельскохозяйственных предприятий, эти ошибки будут несравненно больше.

П. Расчет электрических нагрузок на основе норм »лектропотребления.

Должно быть дано: I. Мощности ординарных электроприемников P¿ (кВт) и их число /7 .

2. Одна иэ'нор* потребления электрической энергии: на единицу объема выпускаемой продукции - \)УуЗ , голову скота — Щ/д или единицу площади - , кВт-ч;

3. Размеры предприятия: П - голов скота; V - объем выпускаемой продукции; F - площадь.

Расчет выполняется следующим образом*

I. Определяем количество электроэнергии, потребляемое предприятием за год, по одной из формул

Щ, » W"af7 W&F. (кВт-ч) (23)

2.Определяем среднюю мощность, потребляемую предприятием а*

ПО;"аСа Pcp cKSV - - )Уг/}7520

Таблица 4

. Примеры расчета электрически* нагрузок аявотноводческих объектов

п Названия Электроэнергетические показатели

пп объектов . fytm, кВт п кВт Л tept чае а К 4 KÖT Рт кВт iñ %

I ' 2 3 4 Б 6 7 8 9 10 II 12

I. 2Ш,3 930 2,27 38,75 2,23 87,2 107 242,69 241,92 0,4

а. ¡Й&ШёсЖЬ'Г 1767,68 1310 1,35 64,66 2,65 144,6 168 236,6 226,16 0,29

э. Петелинскал отииеФабтюа Московской обл.ТШДрЛ 1261,36 266 4,62 И,08 4,14 45,9 60,2 260,16 284 2,2

4, Пвтелинскм птидефабрика Московской обл,Ш2»тр.2 1395,24 123 ю,ег 5,36 4,66 24,63 36,67 398,93 426 6,4

Б, комплекс ne откошу кн; __ с-за ^acTjBua" Носковск, 87В,8 136 6,46 6,67 3,17 17,97 28 160,68 166,29 V»6

6. -»-->•- ТП »2 * 636,9 168 3,79 7,0 0,66 4,66 10,89 41,27 39,44 4,6

7, Комплекс по откорму КРО °бл Tínfi ДСК* 1339,9 669 1,64 36,2 2,6? 93,0 ИЗ 174,02 161,44 4,1

6. Иолочдай кадплеяс с-эа "Победа" Московской обл. та 11 - » - ТП * 2 666,6 100 6,9 6,25 3,16 19,7 31,1 214,69 195,64 9,7

713,2 76 9,14 4,66 1,91 9,34 17,9 166,61 162,62 7,3

10. Свиноводчвокяй комллвка c*sa им,6$«явш СССР ГорЬковсКой обл.Ш68 1436,06 90S 4,71 12,71 6,78 06,17 106 499,26 636,44 6,9

Ù Pep, % • 4,94 %

3. Определяем среди*» мощность одного ординарного о до ктро приемника по формуле (21).

4. Определяем среднее число работавших алектроприемников

ñfi-CíJTv/Рср. (25)

5. Определяем число электроприемкнков, учадгяуюа^х а максимуме со заеяггкостям (17).

6. Определяем актвв!гур расчетную электрическую натруину предприятия пс формуле (22).

EI. Расчет электрических нагрузок по правилу "трех сигм? Одизм из предыдувдх методов определяем cpe;ytee число работа гцих электропрпемниково. Затем определяем среднее квадратическс отклонение —_

, cf = /а (йб)

Определг^м число злектроприемнгков, участвующих в максимуме а -(-г,?^. (27)

Определяем расчетную активную электрическую нагрузку предприятия по формуле (221В таблице 5 тфиаедецы элементе расчета нагрузок данным методом. Как ьидно зэ данных столона 10 средняя относительная ошибка этого метода не превышает 5

Разработанная методология позволяет предложить и другие методы расчета электрических нагрузок. Для ускорения расчетов электрических нагрузок на. ЭЭУ и обеспечения возможности вялшения расчетов в САПР в работе представлен* соответствующие схемы алгоритмов и фортран-программы.

При проектировании систем электроснабжения сельскохозяйствен него производства очень часто требуется рассчитывать электрически нагрузки в определенном узле сети, от которого питается группа объектов, например, на вводе районной подстаидки. Цря этом необходимо суммировать расчет) не электрические нагрузки, группы объектов,

В соответствии с положениями теории вероятностей следует, что, если числа работающих электроприемников отдельных подаруш распределены по закону Пуассона, то суммарное число работающих электроприемников этих подгрупп также распределено по этсцу закону. При этом математическое ожидание результирупцего распределения равно сумме математических ожиданий составляющих распределений.

Таблиц» 5

■Расчет электрических нагрузех по правилу "трех сигм"

п \ otSbexTL \ Электроэнергетические показатели *

по тасл,4/ Рср, /а 2,5/â K*a*zm h, Pm кВт àP, ЛР t

Т, 1 2 з 4 ь 6 ? b 9 11)

I. 87,2 2,27 9,34 23,35 110,55 249,84 241,92 7,92 3,3

2. 144,6 1,35 12,06 30,15 174,75 235,91 226,15 9,76 4,3

3. 45,9. 4,82 6,7В 16,95 62,35 302,94 284,0 18,94 6,7

4. 24,63 10,62 4,95 12,38 36,91 399,37 426,0 26,63 6,3

s; 17,97 6,46 4,24 10,6 28,6? 164,56 168,29 16,27

б. 4,55 3,79 2,13 5,33 9,ee 37,45 39,44 1,99 5,0

7. 93,0 1,64 9,64 24,1 117,10 160,33 181,44 1,11 0,6

е. 19,7 6,9 4,44 ".I 30,6 212,52 195,64 16,86 6,6

9. 9,34 9,14 3,06 7,65 16,99 155,29 152,52 2,77 1.8

ю. 86,17 4,71 9,28 23,2 109,37 - 515,13 536,44 21,31 4,0

Примеры суммирования электрических нагрузок на вводах ряда животноводческих комплексов представлены .в таблице 5. Использованный метод обеспечивает достаточно высокую точность расчета -средняя относительная ошибка не превышает Точность может .

-быть по шее кг, если использовать не общие значения среднего чмс-,яа. работающих электроприекнкков, а конкретные зкачешд по сукмч-^руемым реализациям нагрузок сельскохозяйственных предприятий. •.Нам неизвестны литературные.источники теоретически обосношва- * .коде процесс суммирования электрических нагрузок с учетом (II),

Разработанное математические модели позволили впервые свя- . .зать значение вероятности появления мексгсд&яьной нагрузки с числом работающих электроприемкиков, их мощностями к режимами работы. Это дает возможность резко сократить .объем статистического мате-■риала,,необходимого для расчетов электрических нагрузок, т.к. .отпадает необходимость в вычислении.различных эмпирических коэффициентов, использовавшихся в известных методах расчета электрических нагрузок. Ноше модели формирования эдектрлческих .нагрузок требуют .использования новых для электроэнергетиков понятий; интен-.сиБность включений эдектроприе-дников, орданарше злектроприемникм . (глава УХ).

. Осноё!{мм. преимуществом,разра(^танных.методов расчета .нагрузок .является то, что.они.позволяв?.на,основе учета показателей , режимов. работы электроприемтцеов. рассчитывать .максимальную анегг-.ркческую нагрузку, грущш .их. При'этом независимо; ли речь ...о , но вом.строител ьст во . к ли. реконструи^и .

• Катеыаттескае, модели фер^ифева^я нагрузок,

. вкдгмагхцие .наиболее, .существенные _ параметры потребителя электриче-. . ской энергии, розволдют вьтоднв^ь расчет .с хед?еиой точность».

• Значение 1Ш^олнедныхг«сследадм^й.определяется и тем, что р.в, редультауе ик разработаш..метода ;опраделе-,.ния электрических кнагру?оя,, которые значительно.точнее .ооытно-,.статястических,.^иценязшихсяд0гсчх;П0р.

; Экономическая эффективность, повтеения »точности (расчетов. . эле ктр ич е ских. нагрузок, на .вводах .сельскохозяйственных 1^дпрйятий . складлваетсяиз экономических ед?нот.ус^янения,недргруэки , ских линий электропередачи и трансфорчаторов. Только.повгаюнвв загрузки сельских трансформаторов; в. масштабе, страда ■ на, одан сро-иеитдает годовой .экономический, эффект,.равный.0,66 млн,руб.

Т&бллиа. б

Примеры суммирования электрических нагрузок на вводах животноводческих комплексов

? объ-ехта по тайл,4 Исходные данные Расчетные даннне фактические дешдае

Риет, кВт п КР, кВт а 2» кбт п* Яр! КЙГ а* к 1' кВт 'г я», «5т лР, %

3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 13 14 15 16

1. 2102,63 930

2. 1767,68 1310

3. 1281,36 266

4. 1365,24 129

5. 876,8 183

6. 635,9 -168

7. 1339,9 869

8. 689,5 100

9. 713,2 70

10. 1436,06 305

2,27 1,35 4,82 10,82

4.8 3,79 1,54

6.9 9» 14 4,71

87,2

144,6

45,9

24,53

24,2

4,55

19,7 9,34 , £6,17

1+2 2+3 3+4 4+5 5+6 6+7 7+8 8+9

3870,1 3049,24

2676.6 2274,04

1514.7

1975.8 2023,< 1401,7

9+10 2149,26 6+1 2738,2 8+1 2790,8 3+5 2160,16 5+6 1567,3 3+10 2717,42

2240 1,73 1576 1,53 395 6,76

312

351

1037

969

170

363

7,29 4,32 1,91 2,09 7,87 5,61

1093 2,49 ЮЗС 2,71 449 4,81 283 5,54 571 4,76

231.8 259 448,07 190,5 216 416,68 70,43 89 603,42 48,73 63 459,27 28,75 41,6 179,71 97,55 Н8 225,38 112,7 135 282,15 29,04 42 330,54 95,51 116 650,76 91,75 112 278,68

106.9 127 344,17 70,1 89 428,09 43,9 61 337,91 132,07 155 737,8

880 462,81 14,74 3,2 930 489,11 72,23 14,8 1270 667,92 64,5 9,7 ИЗО 594,29 135,02 22,7 375 197,22 17,51 8,9

409 215,1 667 350,79 630 331,33 1240 652,14 51С 272,43 780 410,22 66,05 490 415,48 12,61 619 321,06 16,08 1470 773,1 35,3

10,28 4,7 68,64 19,6 0,79 0,2

1,38 6,45

0,2 2,4 16,1 3,0 5,0 4,6

8

АР<р,% -8,2*

ОСНСЕШЕ азида

1. 1Ь выполненного а диссертации анализа состояния вопроса исследований и определения расчетных электрических нагрузок следует, что существующие метода расчета электрических нагрузок как промышленных, так и сельскохозяйственных предприятий имеют ограниченную точность, которая не отвечает современшм требованиям более эффективного использования оборудования линий электропера-' дачи и трансфор/аторньгх подстанций и обусловливает недостаточную загрузку их. Точность определения электрических нагрузок может быть значительно позишена з результате использования методологических подходов (системного, вероятностно-статистического и математического моделирований к закономерностям формирования электрических нагрузок.

2. К а с с но ем и',!* анализа графиков электрических нагрузок, полученных на реальнь"х сельскохозяйственных предприятиях в результате натурнгх исследований с использованием регистр*руюцих приборов, установлено, что суммарные потоки включений и выклшений злектрсприемников на вводах сельскохозяйственных предприятий об-, ладах/г свойствами: ординарности, стационарности И отсутствия последействия. Причем, в ряде потоков включений и выкдшекиЯ электро-приемникоз отмечено отрицательное значение коэффициента последействия, что создает своеобразный резерв для дополнительного включения в работу электроприемников, имеющих регулярные режимы работы. 3 рамках принятых ограничений можно считать суммарные потоки включений и выключений электроприемников на вводах сельскохозяйственных предприятий простейшими.

3.Установлено, что процесс переходов систем электроприемников сельскохозяйственных предприятий из состояния в состояние имеет параметр» марковского процесса, поскольку эти системы имеет дискретные состояния, процесс переходов из состояния в состояние является процессом с непрерывным временем, л указанные переходы осуществляются под влиянием простейших потоков. Уго дает основание применять аппарат теории вероятностей и теории случай- . ньос процессов для исследований и моделирования закономерностей формирования электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятия.

4. Уиьжества состоящий систем эяектроприемников сельскохо» эяДственних предприятий и перехода этих систем состояния з состояние н^гЛядно и просто формализуются с помощью размеченных градов, на основании которых посредством использован;!л мнемонического правила Колмогорова с учетом особенностей топологии систем осуществляется переход к математическим моделям формирования электрических нагрузок предприятия* описываемым системами дя^решиальннх уравнения.

Исследования разработанных математических моделей формирования электрических нагрузок сельскохоэяйственних предприятий позволили проанализировать взаимосвязи разл/чннх электроэнергетических показателей и установить, что число работ аигих элек-троприеммиков распределяется по асимптотическим законам:Эрланга, Пуассона и др. Особенностями полученных зависимостей является учет различий электрсприемников по мощности и продолжительности работы, по характеру переводов системы из состояние в состояние и по числу работапдах электроприемников. Полученные выражения -позволил» разработать несколько методов определения расчетных электрических'нагрузок, огираха^ихся на различный объем исходной информации (с использован;)ем коэффициентов, характеризующих режимы работы электроприемников, правила "трех сигм", норм электропотребления и др.) й обеспечивающих заданную точность расчетов. Указанные методы могут использоваться обособленно и в дополнении друг к Другу.

6. Установлено, что зависимость вероятности появления электрической нагрузки от числа работающих электроприемников, режимов их работы >1 мощностей имеет трехмерную форму своеобразного

теоретического кристалла, анализ которого позволяет полнее представить особенности формирования электрических нагрузок,

7. Подученше в результате исследований зависимости обеспечивает более точное определение электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий и позволяют значительно снизить существующий разрыв между расчетными и фактическими электрическими нагрузками, что. открывает возможность более рационально использовать оборудование сельскохозяйственных электроустановок.

Доя реализация разработанных методов расчета

ЭЛектрмзсктс нагрузок на. Э££1 к в САПР разработаш соответствуй сше алгорттин в фортран-програмхы,.

В. Установленное закономерности форлпрсвания электричестгжх нагрузок сельоссхоэяЛстиепилс предприятий позволила теоретически Обосновать процесс суммирования электрических нагруэсх нескольких ггредлршггэс (объектов), заключаться в ксмсозжисг аошвяжг«-скях законов Пуассона. Это дает возможность более тсио опреде- ■ хять агектргческяе нагрузки в узлах электроснайкгняж пре строительстве и ре конструкции электрических сетсЗ и позволяет более эффективно использовать электроэнергетическое абору^ддавае их,

9» РадраСотаны ноше электронные устройства, дли имптролп режимов работы машин и регулирования загрузк* стловых трансформаторов. обладание повыюанлоД надежностью и отгехпустойчввосгвю, кстор'е эасяасни авторскими саидетельстзаыя*

10. -етодологпд элехтркческих нагрузок селъскахаэябственшх: прсдпргяткЛ, раэвчтая в работе» основывается на установлеиннх закономерностях ^ормироваипя электрических наг рушат» эаапмшди-ся в сбчеггяьис^ существовании суперпоэмдми простейших потоки» вклгчени^ а а-ятжчеюй электроприемников» которая: обуславлвзает асжптоппеское распределение числа работающих злетгтроприемнтгав по законам, отлжчньи от нормального, приемах регистращп» к шш— лжза потоков вклшений я втлглтенжЯ электращшгаязшют Я опенки степени последействия в них.

11. В.иолиендае исследования могут стать оаювой. дзот со вер— сенствованжя методов расчета параметров сельскахпаяЯегаенвнх электршесюх сетей, обеспечивактах внеокуя точность» »методологической базой.для дальнейших исследовпшй в пазраяловкс оптпппацжи систем электроснабжения седьскохозлйи»еенцх потребжтелей.

Оснорше положения диссертация иэлагеиа в еяеддпдцих работал, оцубликомнгг« без соавторов:

1. Анализ некоторых электроэнергетических показателей молоч— т при комплексной эдектроиехаяизадаи .//Доклада ТСХА.

- 1907. - Г»*п. IX. - С. 117-123.

2. Длиамлр"» потребления электрической энергии на колочтх фер-гах./ЛЬвестип ТСХА. - 1968. - Ьпг. 3. - С.212-221.

3. К вопросу анализа электрических нагрузок электронеханн-зированннх молочных ферм.//Докладу ТСХА. - 1968. - Вып. 141.

- С. 99-104.

4. Взаимосвязи электроэнергетических показателей электроые--ханлэпросанюх молочтх ферм.//íb веетия ТСХА. 1968. - Вт. 6.

- С. 189-106.

5. Взаимосвязь изменений электрического тока и напряжения на Рводс ммот'х ферм.//Доклада ТСХА. - 1969. - Ша. 146.

- С. 93-90.

6. Автоматическое выравнивание графиков электрических нагрузок сельскохозяйственных потребителей.//Доклада ТСХА, - 1969.

- Иь-п. I5E. -С. 119-122.

7. Закономерности формирования электрических нагрузок электромеха низ и реванш х молочных ферм.// Сбор«к: Механизация сельскохозяйственного производства. U.: Московский рабочий. -4.1.

- 1969. -С. 112—IIP.

8. Автоматические управление электронагревателымми установками.// Техника в - сельски« хозяйстве. - 1971. - 5 6. -£..39-40.

9. Анализ потока включений электроприемников на злектрсмо-ханнзированных мояочдах фермах.// (¿еханн&ация и электрификация сельского хозяйства. - 1972. - Я» - С.41-42.

10. Исследование взаимосвязей параметров электрических нагрузок сельскохозяйственных потребителей,// Известия ТСХА. - 1972.

- Вып. 5. - С. 179-187.

11. Прогнозирование электрических нагрузок на мояочшх фермах.// Доклада ТСХА. - 1972. - Вып. 190. - С.69-74.

12. Расчет электрических нагрузок на основе закона Пуассон». // Известия ТСХА. - 1973. - йщ. 2. -С. 171-178.

13. Исследование распределений электрических нагрузок седь-скохоэяйствепмлс потребителей,//1 Известия ТСХА. 1974. - Ьга. 5.

- с. xee^is?.

14. Зависимость величины максимальной электрической нагрузки от степени использования электроустановок.// Доклады ТСХА.

- 1975. - йгп. 210. - С. 267-272.

15. Изменение массималывгх нагрузок * узле электроснабжения в зависимости от числа яодклотениых групп электроприемиикоа.// Известия ТСХА, - 1975. - АмД - С. 166-190.

16» O aartene i ж еда ль un груш эллктрзприемнико a одной акен-валентной./ЛЬеестяя ТСХА. - líT'S. - üm. 6. - С. IC4-I69.

17. Згроятностяче хлрагтержгтэлевтра^ииарованного сельскохозяйственного предграятия./ЛЬьггстия ТСХА. - 1976. - Влт_ 2.

- С. 181-150.

Ш. Пути упроеатпи расчетов электрачееких нагрузок" еельско-хозяйстеекь-ь-х пред^рдяте5 _// Доклады ТСХА» - 1976. - Вызт. 220.

- С. 242-253.

19. Псг.олазование размечещалх графов для аналзза электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий.// Доклады ТСХА»

- 1977, - 230. - С.Кб-131.

20. Определен»» вероятности состокшш группы электроприем— киков сельскохозяйственного предприятия. // Доклад» ТСХА- —1977- Вып. 235. - С. 158-154.

21. Определение вероятности состояния системы: алежтроправ«— никое сельскохозяйственного предприятия. //Известия ТСХА. — 1?77.

- Выя. 4. -С. 167-196.

22. Зависимость числа состояний группы эдектраприемпшота от числа ступеней их загрузки.// Доклады ТСХА. - 1979. — ЕЬи. 245.

- С. 128-132.

23. Совертенстэдваше методов расчета электрических нжгруэсж сельскохозяйственных предприятий.// Перспективы развития электрификации сельского хозяйства. -И.: над. ШЭСХ» - 1979. - (X ЕЗ-

24. К расчету электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий.//Известяя ТСХА. - ÍS80. -йта. Г. - С. 164-16Э.

25. Электрическав нагрузки мжетиоеодчвекжх вбмжто&У/ Сборник научных тру ДО a Ш2£И. - 198 Г. - С. Ю-2Г.

26. Экономическая дефективность повышения точности расчет* электрических клгрузок сельскохозяйственны*:" объектов.// Доклады ТСХА. - 1981. - Вш. 265. - С. 159-164.

27. Указания по шполнеюю лайсржторвоД работа "Определен** электрических нагрузок сельскохозяйственен предпржитяй"'. —

ЫОС СССР, изд.ТСХА. - ISS2. - 14 е.

28. Распределение чаела работящих адектропркдоико» па сельскохозяйственном предорилтм.// Известия ТСЗД. - 1962,

- Вып. 4. - С, 157-164.

29. К определеюга максимальных электрических нагрузок животноводческих объектов.// Сборник научных трудов ВШИ. - 1964.

- С. 74-77.

30. Особенности работы злегтргчрнемнигов сельскохозяйственного предприятия.// Цяхшизацня к электр ифякаия.ч сельского хозяйства. - 1984. - йш. 5. - С. 40-44.

31. Указами по выполнении лабораторных работ по курсу "Электрификация сельскохозяйственного производства*". - Ы. : КСХ СССР, изд. ТСХА. - 1965. - 68 с.

32. Электр »ftикания сельскохозяйственного производства.

- U.S Агропрсмиздат, 1965. -208 с.

33. Расчет электрических нагрузок на вводах животноводческих объектов.// Известия ТСХА. - 1966. - Вып. I. - С. 173-178.

34. Ноп>е средства по и пения эффективности эксплуатации электрооборудования сельскохозяйственных предприятий. // Известия ТСХА. - 19ГС-. - Шп. 4. - С. 168-168.

35. берма зависимости вероятности электрической нагрузки на ввода сельскохозяйственного предприятия от числа и мощности элек-тропрнеикнхов.//Иэвеетяя ТСХА. - ISG7. - Был. 2. - С Л 61-164.

36. Вероятностные характеристики электрических нагрузок сельскохозяйственных предприятий.// Известия ТСХА. - 1907.

- Шп. 5. - С. I5I-I66.

3f?. О комплексном методе расчета электрических нагрузок предприятий.// Промкилечкая энергетик». — 1907. - Ьщ. 7.

- С. 57-56.

38. Описание распределена!! электрических нагрузок объект« уравнением Пуассон».// Электричество. - 1967. - * 9. - С. 50-51.

39. Соверсенствованле методов опредгленяя электрических иагруэск сельскохозяйствен«« предприятий.// Известия ТСХА. -

• - 1966. - Вып. I. - С. Г7О-Г70.

40. Определен*« распределения электрических нагрузок во iponm .//Энергетики (Известия вузов) - 1968. - » 2.

41. Электрические нагрузки сельскохозяйственных предприятий с индустриальной технологией.// Электромеханики (Ив вестмя вузов)

- 1988. - * 9. - С. 34-38.

и в других работах ф^Ьввторами.

Подписано д? />е*а/гк/ Of.fg.Stf VfS

Тираж- fCO За#ая VU/ЧЭСХ