автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и формализация комплексного метода определения электрических нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий на предпроектных стадиях

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 658.26:621.311.017(043)

ЯЧКУЛА Лидия Ивановна

РАЗРАБОТКА И ФОРМАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК СИСТЕМ ШЕКТРОСНАБКЕНИЯ ПРОМЩШЕИШХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ЛРЕДПРОЕКТНиХ СТАДИЯХ

(Специальность 05.СО.03 - электрооборудование)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

1988

Работа выполнена на кафедре Электроснабжения промшапенных предприятий Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- доктор технических наук, профессор КУДРИН Б.И.

- доктор технических наук, профессор МЕНЬШОВ Б.Г.

- кандидат технических наук, доцент ГОРДЕЕВ В.И.

- ГШ Электропроект, г.Москва

Защита диссертации состоится "1988 года в аудитории М-214 в <(0 час. ¿У? мин. на заседании специализированного Совета Д 053.16.04 Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах о заверенной подписью просим направлять по адресу: 105835 ГСП, Москва Е-250, Красноказарменная ул., д.14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. , Автореферат разослан " " -Ф вс /Ш^Ь 1988 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

Д 053.16.04 ^

кандидат технических наук, доцент Э.А.КИРЕЕВА

ОВЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Перестройка структурной и инвестиционной политики, курс на ускорение научно-технического прогресса, определенный в решениях ХХУП съезда КПСС и последующих Пленумах ЦК КПСС, остро ставят вопрос о внедрении прогрессивных методов и средств автоматизации при выполнении проектных работ.

На решение этой проблемы направлено Постановление ЦК КПСС и Совмина СССР "О'дальнейшем совершенствовании проектно-сметно-го дела и повышение роли экспертизы и авторского надзора в строительстве", в соответствии с которым разрабатывается комплексная программа автоматизации проектных работ на базе ЭВМ и уровень автоматизации проектных работ в ХП пятилетке будет доведен до 15-30$ от общего объема работ.

Все это целиком относится к области проектирования систем промышленного электроснабжения, характеризующейся широким кругом взаимосвязанных задач большой сложности. Масштабность решаемых проблем на современном этапе требует широкого применения САПР.

Первым и важнейшим этапом проектирования является определение расчетных электрических нагрузок предприятий. Все последующие проектные решения при разработке систем электроснабжения в значительной степени определяются пх величиной. Поэтому повышение эффективности построения и обеспечение рационального функционирования электрического хозяйства предприятий предполагает решение актуальной проблемы - достоверного, научно обоснованного определения ожидаемых электрических нагрузок и потребления электроэнергии по отдельным производствам (цехам), предприятиям, а также отрасли в излом.

Существующие методы определения основных параметров, характеризующих электропотребление при перспективном проектировании и принятии плановых решений, базировались на экстенсивном пути развития отраслей народного хозяйства и приводили к нерациональному использованию создаваемых систем электроснабжения. Такая практика привела, в частности, к недопустимо низкому использованию основных элементов систем электроснабжения промышленных предприятий: загрузка ежовых трансформаторов для большинства промышленных объектов не превышает 25-40%, для распределительных кабельных сетей - 15-30$.

Лля коренного улучшения использования электретеского хозяйства промышленных предприятий необходимы новые методы определения расчетных электрических нагрузок. Эти методы должны обеспечивать достоверное прогнозирование применяемых обобщающих показателей промышленных объектов, управлешю ими с целью объективного учета динамики развития для целей проектирования и планирования.

Диссертационная работа направлена на повышение эффективности проектных решений по электрическому хозяйству промышленных предприятий за счет достоверного определения электрических нагрузок на основе информационных баз данных, включая режим САПР.

Работа выполнялась в соответствии с Координационным планом научно-исследовательских работ по научный основам ускоренного перехода народного хозяйства СССР на энергосберегающий путь развития, совершенствованию энергетики и дальнейшему углублению электрификации, утвержденным постановлением ГКНТ СССР по науке и технике и Президиума АН СССР от 17.03.83,задание 03 "Исследовать основные направления развития альтернативных вариантов электрификации СССР до 2005 года и в более дальней перспективе",по разделу "Разработка рекомендаций по рациональным направлениям и уровнял электрификации основных технологических процессов в черной металлургии" (программа Минчермета й 08-06).

Целью работы является разработка и формализация комплексного метода определения электрических нагрузок при проектировали нового строительства, реконструкции, технического перевооружения систем электроснабжения промышленных предприятий на основе информационных баз данных.

В соответствии с поставленной целью в работе решены следующие основные задачи:

1. Исследование электрического хозяйства металлургических предприятий на качественном и количественном уровнях; выявление закономерностей построения и функционирования электрического хозяйства промышленных предприятий отрасли.

2. Анализ реально существующих схем электроснабжения промышленных предприятий черной металлургии, построенных за последние 10 лет, в части эффективности потребления электроэнергии и использования электрооборудования.

3. Анализ основных методов, применяющихся при расчете электрических нагрузок промыпленных предприятий и выявление объективных причин завышения расчетных электрических мощностей при проектировании на разных стадиях.

4. Выявление групп обобщающее электрических показателей генеральной совокупности предприятий черной металлургии и определение устойчивости их развития и прогнозируемости.

5. Разработка комплексного метода определения электрических нагрузок на разных стадиях проектирования и уровнях систем электроснабжения промышленных предприятий.

6. Обоснование и формулировка требований к информационному обеспечению при автоматизированном проектировании систем электроснабжения.

7. Классификация предприятий черной металлургии по ряду электрических, технологических и технико-экономических показателей на основе теории распознавания образов с целью выделения объектов-аналогов и нахождения их обобщающих показателей.

Методика проведения исследований определялась каждой ц.) поставленных задач и опиралась на общие положения теории систем, аппарат математической статистики, корреляционный и кластерный анализы, анализ временных рядов и на экстраполяционный метод прогнозирования. Теоретические исследования сопровождались разработкой математических моделей, алгоритмов и программ, используемых для расчетов на ЭЕМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается большим объемом статистических данных по обобщенным электрическим (основным и дополнительным).технологическим показателям, полученным для генеральной совокупности металлургических предприятий СССР за последние 10 лет, применением научных методов обработки полученной информации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На основе анализа существующих схем электроснабжения промышленных предприятий доказано, что количество установленных электроприемников и других элементов системы электроснабжения можно отнести к практически счетному множеству.

2. Предложена методика определения расчетных электрических нагрузок по иерархическим уровням систем электроснабжения от источников питания к отдельным электроприемникам.

3. На основе теории распознавания образов осуществлена формализация профессионально-логического анализа при определении электрических нагрузок дифференцированно по стадиям проектирования и уровням системы электроснабжения.

4. Разработала алгоритм и программа, реализующие комплексный метод определения электрических нагрузок по уровням системы электроснабжения, а также программа классификации генеральной совокупности предприятий и их обобщающих показателей отраслевого информационного банка данных "Черметэлектро".

Практическая ценность работы. Разработана методика, позволяю-^ щая о достаточной степенью точности определять электрические нагрузки при проектировании нового строительства промышленных объектов, технического перевооружения и на перспективу. Методика применима при выполнении Схемы развития и размещения промышленных предприятий, при разработке ТЭО и пусковых комплексов. Разработан проект "Указаний по определению электрических нагрузок комплексным методом систем электроснабжения промышленных предприятий на проектных стадиях".

Реализация работы. Программы комплексного метода определения электрических нагрузок по иерархическим уровням системы электроснабжения и комбинационной-статистической группировки объектов черной металлургии включены в отраслевой перечень программных средств системы автоматизированного проектирования САПР-Чермет (подсистема 220. САПР-Электро). Программы распространяются в проектные институты черной металлургии через базовый'институт,ответственный за подсистему САПР-Электро. Методика определения электрических нагрузок комплексным методом внедрена в проектную практику института "Гипромез". Результаты работы были использованы при проведении научно-исследовательских работ кафедрой электроснабжения промышленных предприятий Алма-Атинского энергетического института на Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов; на Кольчугинском заводе "Электрокабель", на Кустанайском заводе химического волокна, на Целиноградском керамическом комбинате, на Челябинском электродном заводе. Кроме того, результаты работы были использованы при уточнении установленной мощности нагрузки на ТЭЦ-3 Павлодарэнерго.

Содержащиеся в работа выводы неоднократно включались в рекомендации всесоюзных научно-технических конференций,семинаров, совещаний.

Апробация работа. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научней конференции "Пути экономии и повышения эффективности использовашя электроэнергии в системах электроснабжения промышленности и транспорта"(г.Казань, октябрь 1984 г.); на IX сессии Всесоюзного семинара "Кибернетика электрических систем" (г.Новочеркасск, сентябрь 1987 г.); па научно-технических семинарах Московского Дома научно-технической пропаганда им.Ф.Э.Дзержинского (г.Москва, май 1984 г., июль 1987 г.);на научно-практической конференции республиканского дома экономической и научно-технической пропаганды общество "Знание" Украинской ССР (г.Киев, май 1986 г.); на научно-технической конференции Свердловского дома техники ОТО (Свердловск,сентябрь 1986г.); на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Алма-Атинского энергетического института (г.Алма-Ата, октябрь 1986 г.); на областной научно-технической конференции Павлодарского совета НТО (г.Павлодар, май 1987 г.); на научно-технической конференции "Оптимизация электропотребления"(гЛ'иасс,сентябрь IS87 г.); на постоянно действующем научней семинаре кафе г;': ЭПЛ (июнь, октябрь 1987 г.) и школе молодых ученых и специалистов Московского энергетического института (сентябрь 1986 г.).

Публикации, По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, выпущены два госбюджетных отчета, которые переданы ряду планирующих и проектных организаций (Госплан СССР, ЭНШ им.Кржижановского, Черметэнерго, Черметпроект, ЦШИпроект)для принятия плановых и проектных решений по развитию электрохозяйств.

Объем и структура работы. Диссертация содержит 145 страниц машинописного текста. 41 таблицу, 25 иллюстраций, список использованной литературы из 148 наименований, приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во вво.ггешти обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе показаны проблемы развития электроэнергетики и, в частносаи, намечаемое дальнейшее развитие промышленного производства В уСЛОВТТп'К перестройки структурной и инвестиционной политики, которое влечет, за собой увеличение потребления электроэнергии и увеличение количества устанавливаемого электрооборудования. Существует явная тенденция роста норм элэктропотребления по

энергоемки?.! видам продукции; прослежена динамика электропотребления по отдельны;.! видам продукции. За последнюю пятилетку норма на производство электростали возросла на 2,0%, на прокат черных металлов - 3,0,».

В условиях опережающих те шов электрификации необходимы качественно иные пуп., позволяющие оценивать эффективность осуществляемых решений по электроэнергетике промышленных предприятий.Встают задачи сравнения ранений, обеспечения эффективности организации и управления электрическим хозяйством, начиная с его создания.

Возроссие требования к качеству проектирования систем электроснабжения промышленных предприятий вызывают необходимость повышения точности проектных расчетов, в частности расчетных нагрузок, по значения:.! которых выбираются мощности трансформаторов, сечения питающих линий и определяется заявляемая предприятием мощность.

Практика эксплуатации систем электроснабжения показывает,что расчетные нагрузки существенно отличаются от действительных.

Анализ причин несоответствия расчетных нагрузок фактическим выявил в качестве основных данных, использование получасового максимума нагрузки для элементов системы электроснабжения, тлеющих большие постоянные времени нагрева, сложностью (кногопараметрич-ностью) алгоритма и принципом подсчета нагрузок верхнего иерархического уровня по соответствующим данным нижнего.

Указано на необходимость пересмотра существующей методики расчетов и организации исследований электрических нагрузок в связи с разработкой и внедрением автоматизированных систем проектирования.

Во второй главе на основе анализа реально существующих схем электроснабжения, построенных за последние 10 лет показано,что количество установленного электрооборудования на предприятии можно отнести к практически счетному множеству. Оценено использование математических средств с точки зрения полноты решения задачи и пригодности дая организации автоматизированного проектирования. Бесконечное множество XV счетно,если можно установить взаимно однозначное соответствие между нем и множеством натуральных чисел к! . Объект(точка)и;.содержащийся в множестве .есть элемент множества и^ е\х/ ,где \>У- электрохозяйство в целом; £-/<- элемент

электрохозяйства; ¿«¿,2.....ь ; г\<Ы ; Ь1 ~ натуральный ряд,

информация о котором принципиально не может быть получена к моменту принятия решения на следующем более высоком уровне иерархии

(например, при определении числа и места размещения КТП неизвестны далпыа о каждом приемнике;при выборе ГШ - данные обо всех РП.КТП, высоковольтных двигателях). Множество элементов мо'яо отнести к практически счетному, если распределение элементов по повторяемости гиперболическое (видовое Н -распределение).

Обработка 500 выборок и генеральных совокупностей установленных электроприемников для 6УР, 5УР по всем предприятиям черной металлургии подтвердила теоретический вывод о негауссовом характере распределения, следовательно, об отсутствии математического ожидания и бесконечной дисперсии. Для практики это означает:

1 - исследования режимов работы любого агрегата могут продолжаться сколь угодно до.тго, т.е. исследование "вглубь" нескончаемо;

2 - полученные результаты не тождественны результатам, полученным на аналогичном оборудовании, точнее, нет одинаковых условий и рэжгмов; индивидуальность увеличивается с увеличением уровня.

Как приближение для 1УР принимается нормальное распределение, т.е. считается, что название приемника однозначно задает расчетные коэффициенты. Расчет электрических нагрузок при рабочем проектирования и САПР па этой стадии не могут не основываться на эт.1Х коэффициентах. Но дая 4УР-6УР, когда начинают действовать негауссовы законы (это происходит при практически счетном количестве приемников: от сотен и выше - налргалэр, для двигателей оно наблюдается при числе их от 200-400), коэффициенты, оставаясь правильными .дают неправильный результат из-за системных свойств, проявляющихся в структуре установленного оборудования и в свертке практической бесконечности.

Таким образом возникает задача определения электрических нагрузок сверху вниз, опираясь на статистические данные по предприятию 6УР, производству (цеху) 5УР при отсутствии или неопределенных исходных данных для низеего уровня.

Электрическое хозяйство промышленного предприятия определено как большая (сложная)система, поэтому для оценки эффективности его работы предлагается использовать системный подход, который позволяет качественно п количественно оценить промышленное предприятие, определить приемлете методы управления электрическим хозяйством и его основными режимами электропотребления, прогнозировать перспективы его развития.

Показаны проблем^' проектирования электрического хозяйства при строительстве новых предприятий и техническом перевооружении действующих, среди которых необходимо выделить: сокращение времени

проектирования и осуществление его в реальном времени вместе с технологами, электрикгдш, заводами-изготовителями и строительством; проектирование должно давать точные результаты с конкретной привязкой к технологии и по времени реализации в условиях неопределенности исходной инфор/ации со стороны технологов,электриков, энергосистем, строительных организаций; проблема оценки, заключающаяся в выборе критериев, по которым проектировщик должен производить выбор технического варианта; проблема выбора технико-экономических показателей, схем, проблема информационного обеспечения задач проектирования.

Особое значение приобретает подготовка проектных и плановых решений, которые должны использовать метода оптимизации,применение формализованных математических моделей, обеспечивающих экономию времени и средств при строительстве и проектировании. Построение моделей помогает привести сложные и неопределенные факторы в логи-чс'ки стройную систему, определить достоверность исходных данных.

Электрическоэ хозяйство описыьается с помощью системы обобщающих показателей, которая внедрена и действует в черной металлургии с 1976 г. (рис.1). Применение системы показателей позволяет составить формализованное описание электрического хозяйства любого промышленного предприятия как системы в целом и ее подсистем.

Функциональное описание системы, как агрегата (агрегативные модели используются при проектировании), задается формальным пространством

S - [Т,Х, Г, Y, 2,н,&, b] ;

где Т - множество рассматриваемых моментов времени t6 Т ;

Х4 X - входной, у е Y - выходной, g £ Г - управляющий сигналы; 2« Z - состояние; H и G - операторы переходов и выходов, реализующих г(^) и у (t) ; £> - пространство параметров агрегата с элементами j, =j>i, J>j., jlJ7 J>n & 5 .

На основе анализа временных рядов объема электропотребления предприятий черной металлургии показано, что этот показатель устойчиво развивается во времени и достоверно прогнозируется с помощью простой экстраполяции на основе методов самоорганизации.

Третья глава посвящена разработке комплексного определения электрических нагрузок на предпроектных стадиях и разных уровнях СЭС. На основе структурного анализа стадий проектирования электрической части промышленных предприятий к предароектнкм стадиям от-

6УР Граница раздела предприятия с энергосистемой

Предприятие и, Рм,Т, 4, Кс . к, Рс, Ду, Да? (?та*, п , продели регулирования, генплан, штаты

5УР Производство

ГПП 1ТГВ ОП У, Рм, П, Рс. Па» , Р*аа , Ргтехн., Рсось., Пгрг.^ , Зхтрт-ет штаты, объем продукции, площадь

4УР Цех

РП 17, Рм,Ом,П, Рс, ПВ8, Ргосв., Птр1-пг , площадь,объем продукции, штаты , А , зд., С^.

<

ЗУР Отделение цеха

ктп тп и А, , , £тр, Г, М, Сл.штаты

2УР Участки

ЩУ.ВД, СП и, I ,

I

1УР Отдельные электроприемники

эп а, Ки, Кс

РисЛ. Система обобщающих показателей электрического хозяйства промышленных предприятий

несены: схемы развития и размещения отраслей промышленности (отраслевые схемы), схемы развития и размещения производительных сил по экономическим районам и сошным республикам (территориальные схемы и схемы по регионам),технико-экономическое обоснование (ТЭО) строительства, реконструкции, расширения и технического перевооружения предприятий, в ражах схем требуется определение параметров электропотреблэния промышленных предприятий на 10 и белее лет по пятилетиям с подробным-обоснованием первого пятилетия.

Предложенный научным руководителем д.т.н., профессором Б.И. Кудриншл комплексный метод определения электрических нагрузок про-МЫШЛ01ШЫХ предприятий, эмпирически излагает опыт ряда проектных организаций.

Учитывая иерархичность систем электроснабжения до I кВ и выше (рис.2) при расчете электрических нагрузок комплексным методом следует различать следующие уровни:

первый уровень (1УР) - отдельные электроприемнкки, агрегаты (станок) с ыногодвигателышми приводами или группы электроприемников, технологически (или территориально) связанных между собой и образующих единое изделие, мощность которого указывается в его паспорте заводом-изготовителем (приемники первого уровня питаются по одной линии);

' второй уровень (2УР) - распределительные щиты переменного (напряжение - до I кВ) и постоянного (напряжение - до 1,5 кВ) тока, щиты управления, силовые шкафы, вводно-распределительный устройства, шилныэ выводы, сборки, силовые пункты, магистрали;

третий уровень (ЗУ?) - щит низкого напряжения трансформаторной подстанции Ю(6)/0,4 кВ (при рассмотрении нагрузки следующего уровня следует учитывать потери в трансформаторе);

четвертый уровень (4УР) - шины распределительной подстанции РП-Ю(б) кВ (при рассмотрении слодупцего уровпя учитывается загрузка РП в целом);

пятый уровень (5УР) - шины главной понизительной подстанции (ГШ1), подстанция глубокого beom (ПГВ), опорной подстанции района (0П);

шестой уровень (6УР) - граница раздела предприятия и энергосистемы, на которой нагрузка заявляется, лимитируется и контролируется.

Расчет величины максимальной электрической нагрузки комплексным методом выполняется последовательно: предприятии г, целом - 6УР; комплекс (цех), группа цехов и рассредоточенных объектов, район

Подстанции и ТЭЦ энергосистемы

Рис.2. Уровни (ступени) системы электроснабжения промышленных предприятий

предприятия - 5УР; цех или район предприятия с объектами, питающимися от одной РП - 4УР.

Исходными данными для расчета являются обобщающие показатели, заложенные в информационный банк данных "Черметэлектро". При определении электрических нагрузок на 6УР, 5УР при выполнении схемы развития и размещения предприятий отрасли; при разработке расчетных и обосновывающих материалов; при выпуске ТЭ0 строительства или технического перевооружения предприятия задается общий объем технологической продукции, перечень основных цехов, агрегаты большой единичной мощности, ситуационный план района и генплан предприятия, сведения об энергосистеме.

Шестой уровень описывается системой основных электрических показателей Р0 как некоторое векторное пространство, позволяющее принять управляющее решение:

Ро {т}'1М "W'f^MM'W.

где Рм - максимальная нагрузка, МВт; Т - число часов использования максимума, ч; Мс- коэффициент спроса установленного электрооборудования, о.е.; п. - количество установленных электродвигателей, шт.-; РСр - средняя мощность установленного электродвигателя, кВт; Ат - электровооруженность труда промименно-производственно-го персонала; Аэ- производительность труда электротехнического персонала, МВт.ч/чел.

Комплексный метод основывается на одновременном и обязательном применении следующих способов душ расчета максимальной нагрузки Рм :

по электроемкости продукции Aj. на 6УР

Ри - Ас Mi /Т ,

где А;. - электроемкость продукции L -го вида; Mj. - объем технологической продукции I -го вида; Т - число часов использования максимума;

по общегодовому алектропотребленив А или среднегодовой мощности Per на 6УР, 4УР, ЗУР

Ри ■ Км А/Тг = Кн рег ,

1'дз среднегодовой коэффициент максимума; Т = 6760 - число

«асов ч году;

„■дельным годовым расхо.лйм г-локтроэнергии пи 5УР,

4УР, ЗУР

Ри-КмЕСА^.М« /т),

где Т ~ годовое число часов работы цеха (производства); по среднегодовому коэффициенту спроса к'о на 6УР-1УР

Ри - Кс РУ ,

где Ру - установленная мощность; • ' по удельным мощностям нагрузок на 6УР-2УР

Ри = <Г Р '

где $ - удельная мощность (плотность) нагрузки; Р - площадь предприятия, района, цеха, отделения, участка; прогнозированием временных рядов

Р.'ЯЦ), \х/г£СА.0.

.где - есть функция технологического или электрического показателя, определяемая временным рядом;

профессионально-логическим анализом в режиме САПР

Рм '

-где Ро — электрические показатели, характеризующие расчетный уровень.

.Четвертая глава посвящена формализации профессионально-логи-.ческого анализа при расчете электрических нагрузок с использованием теории распознавания образов.

Теоретическое обобщение происшедших изменений планирования и проектирования, топливно-энергетической политики, количества и качества устанавливаемого электрооборудования привело,применительно к расчету электрических нагрузок, к следующим выводам.

Удельные и общие расходы электроэнергии, распределение предприятий по максимуму нагрузки,количество и структура устанавливаемого электрооборудования любой выделенной технической системы(цех, производство, предприятие, отрасль) устойчивы и описываются распределением, закон которого одинаков для всех технических систем и соответствует математическому аппарату устойчивых законов безгранично делимых распределений Леви-Хинчина. Практически это оз-

начает индивидуальность каждой системы: нельзя оперировать.например, средними удельными расходами, средней мощностью по отрасли, рассчитывая нагрузку для конкретного завода, производства. Можно использовать лишь аналог-объект, имеющий близкий "образ".который определяется экспортно инженером проектировщиком, а в режиме САПР - с использованием математических моделей кластер-анализа, ¡выбирающих по заданным параметрам "неразличимые" объекты.

Классифицировать Металлургические предприятия на однородные группы предложено по таким обобщающим электрическим и технологическим показателям как объемы электропотребления, заявленный максимум, число часов использования максимума, объем выпускаемой продукции и др. Множество объектов, подлежащих классификации, U'fUj} считается конечным с объемом К. Каждый объект Ujе U обладает числом степеней свободы m , равным числу признаков, с помощью которых его можно описать. Любой объект Uy описывается с помошью многомерного признака Xj (х^сс'"... t ее. при этом под Xj по-

нимается результат измерения к-го признака на j -ом объекте. В качестве меры сходства в кластерном анализе используется геометрическая близость между исследуемыми объектами Щ и Uj , т.е. расстояние .между точками в многомерном пространстве признаков. Мера сходства с?у должна удовлетворять общим требованиям:

ау > О ; = ;

Ct-ij ; v Uj G U.

В работе в качестве меры сходства принята метрика - взвешенное евклидово расстояние, которое позволяет учитывать различные веса признаков:

ArL^W«* I/11'

где иЭ - вес к -го признака.

Различные варианты разбиения объектов сравниваются по крите. рию качества классификации F :

F-E S Pi (ХЛ ; C^; ,

ГД0 Soi ; С ) - квадрат евклидова расстояния от точки oL о координатами ¿Си до центра своего класса С , а число

объектов в классе Ве . Лучшему варианту классификации соответствует минимальное значение критерия Р .

Таким образом, всю совокупность исходных данных, находящихся в банке "Черметэлоктро", могло разбить на определенное количество кластеров, в зависимости от задачи исследования. Классификация конечной выборки делается доя краткого описания их генеральной совокупности.

Алгоритм автоматической классификации, выбранный для решения поставленной задачи, выделяет таксоны (классы) простой сферической форлы. Он работает с объектами, описанными количественными характеристиками, т.е. признаками, измеренными в шкале интервалов, разностей, отношений или абсолютной.

Приведены итоговые результаты классификации промышленных предприятий по электрическим, технологическим и технико-экономическим показателям по отрасли в целом (таблицы 1,2) и оценка метода определения электрических нагрузок.

Количественная оценка точности комплексного метода по результатам пассивного эксперимента, проведенного нами в 1986 г., охватывающего все заводы черной металлургии, показала, что он обеспечивает точность на 10 лет в пределах 10%.

Результаты классификации предприятий черной металлургии

а) по электрическим признакам (начальная группировка - пример по Рм )

Таблица I

Номер таксона Электрические показатели Кол-во объектов

I Рм » 100 МВт 17

2 Рм * 100 МЗт 12

3 Рм до 20 МВт II

б) по технологическим признакам

Таблица 2

№ таксона • Технологические признаки 4м, ,4, М*. МФ, Мп, Мс Кол-во объектов

I Коксохимические 8

2 Ферросплавные 5

3 Огнеупорные 6

4 Трубные 9

5 Метизные 4

6 РУ и ГОКи

В приложении приведены: проект "Указаний по определению электрических нагрузок комплексным методом систем электроснабжения промышленных предприятий на предпроектных стадиях"; тексты разработанных в диссертации программ; обобщенные показатели по цехам и производствам; акты о внедрении и использовании результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Установлено, что при проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо использовать методы анализа, опирающиеся на системные свойства формирования и развития электрического хозяйства и его отдельных подсистем - электроснабжения, электрооборудования, 'Электроремонта.

2. Доказано, что в основу систем!ого описания электрического хозяйства промышленных предприятий может быть положена группа обобщающих показателей, реализуемая в информационной базе данных. Система показателей позволяет применять формализованные методы оценки существующих закономерностей и тенденций в функционировании электрического хозяйства предприятий, прогнозировать развитие расчетных электрических нагрузок на перспективу.

3. Обоснована необходимость проектирования электрического хозяйства промышленных предприятий в соответствии о иерархической структурой системы электроснабжения и с учетом задач, решаемых на кавдой стадии проектирования.

4. Показано, что принятие решений по электрическому хозяйству на предпроектных стадиях происходит в условиях значительной неопределенности исходных данных (технологических, электрических,ре-

сурсных ограничений). Указанное обстоятельство на данном этапе проектирования не позволяет применять существующие методы определения электрических нагрузок.

5. Разработан комплексный метод определения расчетных электрических нагрузок на основе информационной базы данных в режиме САПР.

6. Проведена классификация генеральной совокупности предприятий черной металлургии на основе кластер-анализа по обобщающим электрическим показателям, что позволяет, используя базу данных, выделить объекты-аналоги для профессионально-логического анализа при использовании комплексного метода определения электрических нагрузок в режиме САПР.

7. Разработан проект "Указаний по определению электрических нагрузок комплексным методом систем электроснабжения промышленных предприятий на прэдпроектных стадиях".

8. Разработаны алгоритмы и программы, реализующие комплексный метод определения электрических нагрузок по иерархическим уровням системы электроснабжения и комбинационной статистической группировки объектов (автоматической классификации) черной металлургии.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ячкула Л.И. Анализ загрузки элементов систем электроснабжения промышленных предприятий // Сб.научн. трудов. № 90. М.:Моск. энерг.ин-т. 1986. С.81-85.

2. Ячкула Л.И. Рациональное использование загрузки элементов систем электроснабжения промышленных предприятий // Межвуз. сб. трудов. Алма-Ата: Каз ПТИ. 1986. С.104-108.

3. Создание подсистемы САПР-Элэктро / Балаганский Ю.Ф., Вго-ничек Г.В., Ершов А.Г.', Котельников А.И., Ячкула Л.И. Сталь. 1987. № 5. С.92-95.

4. Асамбаева Т.А., Ячкула Л.И. О комплексном методе расчета электрических нагрузок предприятия /) Промышленная энергетика, 1987. * 7. С.54-56.

5. Больнов А.Н., Ячкула Л.И. Уточнение удельных расходов и электрических нагрузок промышленных предприятий на начальных стадиях проектирования Ц Совершенствование нормирования и регулирования электропотребления в промышленности. Материалы семинара.М.: ВДНГП. 1987. С.139.143.

6. Ячкула Л.И. Системный подход к методу расчета электрических нагрузок промышленных предприятий // Сб.научн. трудов. № 125. М.: Моск.энерг. ин-т. 1987. С.107-113.

Пиши, 111,1 К 11ГЧ.ПИ . ¿¡Лй^/-^

____¿¿5 I3'«»

Типография МЭИ, К|,ии„№,иа|,м|И|мя. 13