автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Системные методы синтеза структуры электроснабжения промышленного района на предпроектной стадии

Введение

Глава I. Обзор и анализ работ по вопросам синтеза оптимальной структуры системы электроснабжения

1.1. Метод линеаризации функции расчетных затрат и возможность его использования для оптимизации систем электроснабжения при проектировании

1.2. Метод оптимизации цеховой электрической сети . . ЕЗ

1.3. Методы оптимизации систем внешнего и внутризаводского электроснабжения

1.4. Методы оптимизации систем внешнего электроснабжения промышленного района

1.5. Обоснование темы, цели и задачи диссертационной работы.

Глава 2. Исследование структурных связей и закономерностей формирования системы электроснабжения промышленного района.

2.1. Роль, место и особенности системы электроснабжения промышленного района

2.2. Определение численности промышленно-производст-венного персонала

2.3. Определение численности населения промышленного района и его селитебной зоны . ^

2.4. Электрическая нагрузка промышленного района

2.5. Общая характеристика исходных данных для синтеза структуры системы электроснабжения промышленного района на предпроектной стадии . ^

2.6. Выводы по главе

Глава 3. Синтез оптимальной цеховой и внутризаводской электрической сети

3.1. Общие положения.

3.1.1. Характеристики цеховой электрической сети. Задачи проектирования.

3.1.2. Исходные данные и основные обозначения.

3.1.3. Формулировка и обоснование принимаемых допущений

3.1.4. Определение суммарной длины цеховой электрической сети.

3.2. Разработка и исследование экономико-математической модели распределительной цеховой электрической сети

3.2.1. Цеховые распределительные сети, выполненные кабельными линиями.

3.2.2. Цеховые распределительные сети, выполненные ши-нопроводами.^

3.3. Разработка и исследование экономико-математической модели цеховой магистральной электрической сети

3.3.1. Цеховая магистральная электрическая сеть, выполненная по радиальным схемам.

3.3.2. Цеховые электрические сети при магистральной схеме питания ТП.

3.3.3. Магистральная цеховая электрическая сеть, выполненная шинопроводом . ^

3.3.4. Цеховые радиальные электрические сети

3.4. Разработка и исследование экономико-математической модели внутризаводской электрической сети ПО

3.4.1. Определение оптимального числа магистральных линий, заменяющих радиальные линии.

3.4.2. Определение рационального напряжения с применением метода линеаризации функции затрат и интерполяционной теории Лагранжа.

3.4.3. Оценка оптимального числа ПШ промышленного предприятия

3.5. . Выводы по главе 3.

Глава 4. Синтез оптимальной городской электрической сети

4.1. Определение суммарной длины петлевой линии до в городской электрической сети

4.2. Оптимальная мощность трансформаторной подстанции городской распределительной электрической сети

4.3. Определение оптимальной мощности городской подстанции глубокого ввода

4.4. Выводы по главе

Глава 5. Синтез оптимального внешнего электроснабжения промышленного района.

5.1. Технико-экономическое сопоставление двух вариантов внешнего электроснабжения промышленного предприятия

5.2. Технико-экономическое сопоставление трех вариантов внешнего; электроснабжения промышленного района

5.3. Выводы по главе'5.

В Сирийской Арабской Республике (САР) после достижения политической независимости были созданы принципиально новые условия для применения планирования как метода преодоления экономической отсталости. Таким образом, планирование предназначено быть наиболее полной формой выражения политики государственного регулирования, направленной на решение общенациональной задачи преодоления экономической отсталости и достижения подлинной самостоятельности.

В ходе исторического развития САР был накоплен большой опыт планирования, включающий составление программ плановых капиталовложений в отдельные проекты, разработку текущих, кратко-и среднесрочных планов развития отдельных отраслей хозяйства, преимущественно содержащих количественные оценки объема капиталовложений в крупные объекты и целые отрасли, а также переход к составлению долгосрочных программ в масштабе всего хозяйства.

В планах экономического развития намечается широкая программа изменения отраслевой структуры производства в направлении ускоренного развития отраслей материального производства, и в первую очередь, промышленного, с целью увеличения их удельного веса в стоимости всего общественного продукта. Это диктуется тем, что САР тщательно проводит изучение природных богатств районов и роста потребности страны в различных видах природного сырья и стремится вовлечь в народнохозяйственный оборот новые его источники.

Важно отметить, что на базе крупных месторождений полезных ископаемых и сельскохозяйственного сырья формируются промышленные узлы и территориально-производственные комплексы, включение которых в план экономического развития имеет важное значение для дальнейшей индустриализации страны. Это в свою очередь, требует все больших затрат на проектирование, строительство и эксплуатацию планируемых объектов.

Расчеты по определению экономической эффективности капитальных вложений, при планировании и строительстве промышленных районов, должны проводиться на всех стадиях и этапах проектирования и строительства.

В силу разнонаправленного и разномасштабного влияния факторов на полные капитальные вложения и объемы поставок основного оборудования, необходимого для строительства и эксплуатации планируемых промышленных районов в диссертационной работе рассматривается вопрос оценки объема капиталовложений на элементы системы электроснабжения (СЭС), исходя из определения ее рациональных параметров на начальных стадиях проектирования, т.к. система электроснабжения является одним из основных влияющих факторов на формирование и развитие промышленного района, в который вкладываются большие материальные и денежные средства. Для того, чтобы эти средства были рационально использованы, следует руководствоваться следующим:

1) применять не только технически правильные, но и экономически целесообразные решения СЭС;

2) минимизировать сроки проектирования и строительства и определить оптимальные сроки полезного использования построенного объекта.

Следовательно, все более остро встает вопрос создания рациональных систем электроснабжения и улучшения качества проектных решений.

Создать оптимальную СЭС промышленного района - значит выбрать оптимальный уровень напряжения, установить рациональное число и мощности трансформаторных подстанции, правильно разместить их по территории предприятий и жилых районов, рационально выбрать конфигурацию схем электроснабжения, т.е. принять верное решение по выбору оптимальных параметров элементов СЭС. ■ ~

В самом общем виде процесс проектирования любого объекта, системы может быть представлен состоящим из четырех основных этапов:

1) постановка задачи или так называемое "внешнее проектирование", определение свойств и характеристик будущей системы, ориентировочная оценка стоимости проектирования, производства и эксплу^ > атации будущей системы;

2) синтез проекта, в сущности это формирование вариантов системы из отдельных элементов;

3) анализ вариантов. На этом этапе производится окончательный расчет всех синтезированных элементов системы;

4) выбор наилучшего варианта по одному (в общем случае - нескольким) критерию.

Научно обоснованное создание оптимальных СЭС промышленного района ускорит электрификацию народного хозяйства, повысит ее эффективность и не будет сдерживать рост промышленного производства. Поскольку основные капитальные затраты идут на сооружение линий, подстанций и распределительных устройств, то выбор оптимальных параметров линий, трансформаторных подстанций и РУ - важная народнохозяйственная задача.

Принятый вариант должен быть эффективен не только для данной отрасли, или тем более предприятий, но и для народного хозяйства в целом. Любое техническое решение должно проводиться в жизнь после того, как оно проверено с точки зрения его экономической целесообразности.

Особенно важно на начальных стадиях проектирования (при минимальной исходной информации) разрабатывать методы комплексной технико-экономической предпроектной оценки систем электроснабжения промышленного района и выявить при этом закономерность формирования структуры систем электроснабжения промышленного района. Необходимо также разрабатывать приближенные способы расчетов и рекомендаций, которые дают возможность на первых стадиях проектирования систем электроснабжения наметить 2-3 (заведомо близких к оптимальному) варианта построения сети промышленного района, повысить качество проекта, сократить сроки проектирования, обеспечить в условиях эксплуатации сети минимальные затраты проводникового материала и потери электроэнергии при эффективном использовании капиталовложений в промышленную энергетику, отказаться от выполнения громоздких технико-экономических расчетов (ТЭР), а также определить важнейшие технико-экономические показатели, такие как: капиталовложения, номенклатуру и потребности в определенных видах электрооборудования, годовые эксплуатационные издержки и ряд других.

Внедрение мощных ЭВМ в практику проектирования 6ЭС дает возможность:

1) провести большой объем вычислительных работ;

2) сравнить множество вариантов;

3) резко повысить производительность труда;

4) выбрать оптимальные параметры элементов систем электроснабжения.

Если говорить конкретно об автоматизации проектирования СЭС, то здесь первоочередной задачей является разработка простых алгоритмов, описывающих отдельные этапы проектирования и весь процесс в целом, и позволяющих создать простые матшатико-экономические модели распределительной сети как основы оптимизации проектирования.

В диссертационной работе впервые в комплексе рассматриваются задачи разработки математико-экономических моделей оптишзации систем электроснабжения промышленного района на начальных стадиях проектирования с использованием метода линеаризации функции приведенных затрат на элементы СЭС.

ВЫВОДЫ К ДИССЕРТАЦИИ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Использование метода линеаризации функции приведенных затрат на все элементы электроснабжения показывает, что его можно применять с достаточной степенью точности при предварительном перспективном проектировании оптимальных систем электроснабжения промышленных предприятий, городов и сельскохозяйственных районов.

2. Исследование принятых допущений при оптимизации систем электроснабжения промышленного района показало, что погрешности, вносимые этими допущениями, находятся в пределах точности инженерных расчетов.

3. В качестве базовой величины для определения численности населения промышленного района может быть выбрана численность промышпенно-производственного персонала. Численность населения промышленного района однозначно определяет как площадь территории, так и электрические нагрузки городской зоны промышленного района.

4. Полученные экономико-математическеи модели при проектировании цеховых электрических сетей является предельно простыми и зависят в основном от плотности электрических нагрузок и от коэффициентов линеаризации функции затрат (X , $ , которые являются постоянными для каждой типовой группы элементов систем электроснабжения и могут быть рассчитаны заранее. Это существенно сокращает время решения задач выбора оптимального решения при проектировании систем электроснабжения, а также упрощает и ускоряет технико-экономические расчеты при проектировании систем электроснабжения по сравнению с другими методами, встречающимися в литературе.

5. Разработаны следующие методики: а) методика определения рационального напряжения внутризаводской сети с применением метода линеаризации функции затрат, которая позволяет при проектировании систем электроснабжения определить рациональное напряжение внутризаводской сети в зависимости от протяженности средней длины линии и средней мощности ЦИ1 промышленного предприятия; б) методика определения числа магистральных линий, заменяющих радиальные линии, которая позволяет при проектировании систем электроснабжения с учетом надежности и категории приемников электрической энергии промышленного предприятия разрабатывать оптимальную конфигурацию внутризаводской сети; в) методика оценки оптимального числа ГШ промышленного предприятия, которая позволяет оценить число ГШ, рациональное напряжение внешнего электроснабжения и сокращает число сравниваемых вариантов систем электроснабжения промышленного предприятия; г) методика определения оптимальной мощности подстанции глубокого ввода, которая позволяет в зависимости от места нахождения источника питания, плотности электрических нагрузок и коэффициентов линеаризации функции приведенных затрат определить оптимальную мощность подстанции глубокого ввода, их число и рациональное напряжение внешнего электроснабжения.

6. Использование метода линеаризации функции расчетных затрат позволяет значительно упростить технико-экономические расчеты при сопоставлении вариантов систем электроснабжения промышленных предприятий и промышленного района и дает возможность выявить технико-экономические зоны использования той или иной схемы электроснабжения.

7. Полученные экономико-математические модели и разработанные методики позволяют: а/ оценить объем капиталовложения, номенклатуру и потребность в определенных видах электрооборудования и заказать их у той страны, с которой имеются экономические^отношения в области энергетики; б/ внедрить и использовать их в инженерных расчетах и при проектировании систем электроснабжения промышленного района. При этом достигается экономический эффект за счет освобождения проектировщиков от утомительной вычислительной работы, что позволяет ускорить выполнение проектов при одновременном улучшении их качества путем сокращения числа конкурирующих вариантов.

8. Полученные экономико-математические модели и разработанные методики легко поддаются автоматизации с помощью ЭВМ. Программа выбора оптимальных параметров цеховой электрической сети может быть использована как составная часть САПР системы электроснабжения.

1. С.И.Гамазин, В.В.Черепанов. Применение методов математического программирования при проектировании систем электроснабжения. Учебное пособие. - Горький: Изд-во ГГУ, 1980.

2. Б.Д.Щукин, Ю.Ф.Лыков. Применение ЭВМ для проектирования систем электроснабжения. 2-е изд.перераб. и доп.- М.: Энергоиздат, 1982.

3. Тюханов D.M. Математическая модель задачи группировки электроприемников по силовым пунктам. Промышленная энергетика, 1980, № 8.

4. Морозов К.К., Одиновок В.Г. Использование ЭЦВМ при конструировании некоторых узлов РЭА М.: Сов.радио, 1972.

5. Гольденблат Б.И. Применение математического оптимального программирования для задач электроснабжения промышленных предприятий. Электричество, 1971.

6. Основы построения промышленных электрических сетей /Каялов Г.М., Каждан А.Э., Ковалев И.Н., Куренный Э.Г., подобщ.ред. Г.М.Каялова. М.: Энергия, 1978.

7. Каялов Г.М., Балабанян Г.А. Некоторые вопросы построения оптимальных цеховых сетей (Экономическая мощность цеховых подстанций). В кн.: Оптимизации промышленных предприятий. М. - 1973.

8. Алгоритмы оптимизации проектных решений. Под ред. А.И.Половинкина. М.: Энергия, 1976.

9. Веников В.А., Астахов Ю.Н. Экономические интервалы при выборе оптимальных вариантов энергетических объектов и их применение при технико-экономических расчетах электропередачи. Изв. АН СССР. Энергетика и!^ автоматика, 1962, № 3.

10. Вершинина С.И. Исследование зон экономического использования трансформаторов 6-10 кВ на ЦВМ. Тр./Моск.энерг. ин-т, 1972, вып.ЮЗ.

11. Л.М.Зельцбург. Экономика электроснабжения промышленных предприятий. М.: Высшая школа, 1973.

12. М.Гительеон С.М. Экономические решения при проектировании электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1971.

13. Проектирование цеховых электрических сетей с помощью автоматизированной системы /Мальцев П.В., Назарова Г.В., Щукин Б.Д. и др. Промышленная энергетика, 1979, № 5.

14. Федина З.А. Автоматическое формирование вариантов электрических сетей. Известия АН СССР, Энергия и транспорт, № 5, 1969.

15. Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий—М.: Энергия, 1972.

16. А.А.Федоров. 0 выборе экономически целесообразного сечения проводов и кабелей. Промышленная энергетика, 1961,8.

17. Федоров A.A. Теоретические основы электроснабжения промышленных предприятий.-М.: Энергия, 1976.

18. Каменева В.В. Определение местоположения главных понизительных или распределительных подстанций промышленных предприятий Электричество, 1970, № 9.

19. Никулин И.А. О концентрации элек рических систем и определение центров нагрузки и генерации. В. сб.; Оптимизация систем электроснабжения и режимов электропотребления в цветной металлургии. Материалы ко П Всесоюзному совещанию. M., 1970.

20. Каялов Г.М., Балабанян Г.А. Геометрические принципа размещения цеховых подстанций. Электричество, 1972, № 8.

21. Каялов Г.М., Балабанян Г.А. Выбор рациональной мощности цеховых трансформаторных подстанций. Известия вузов. Энергетика, 1977, « 5.

22. Саженков В.А. Выбор экономически целесообразных сечений линий в системах промышленного электроснабжения с использованием номограмм. Тр.ЛЯоск.энерг.ин-т, 1981, вып.511.

23. Гордлевский И.Г., Киселев В.Ф., Петров B.C. Критериальный анализ систем электроснабжения предприятий. Тр./Моск. энерг. ин-т, 1982, вып.559.

24. Федоров A.A., Садчиков C.B. Оптимальное группирование приемников электрической энергии по источникам питания. Тр./ Моск.энерг.ин-т, 1982, вып.559.

25. Саженков В.А. Совместный выбор рациональных значений напряжения и сечения линии в системе электроснабжения промышленных предприятий. Тр.Д!оск.энерг.ин-т, 1982, вып.558.

26. А.Э.Каждан. Общая задача построения промышленной электрической сети. Центр промышленной электросети. В кн.: Оптимизация режимов систем электроснабжения промышленных предприятий. - М.: МДНТП, 1973.

27. Каменева В.В., Киреева Э.А. О выборе оптимальной мощности цеховых трансформаторов. Тр./Моек.энерг.ин-т, 1975, вып.218.

28. Киреева Э.А. Применение методов планирования эксперимента для оптимизации систем электроснабжения промышленных предприятий: Автореферат канд.дисс. М.: Моск.энерг.ин-т, 1971.

29. Гамазин С.И., Костенко В.А. Эффективность применения методов линейного программирования при проектировании схем систем электроснабжения. Тр ./Моск. энерг .ин-т, 1972, вып. 103.

30. Костенко В.А. Выбор конфигурации сети системы внутризаводского электроснабжения с применением метода линеаризации затрат. Автореферат канд.дисс. М.: Моск.энерг.ин-т, 1973.

31. Зуховицкий Е.И., Авдеева Л .И. Линейное и выпуклое про-граммироммирование. М.: Наука, 1967.

32. Козлов В.А. Электроснабжение городов. Изд. 2-е переработанное .-Л.: Энергия, 1977.

33. Астахов и др. Оптимизация параметров глубоких вводов высокого напряжения в крупные города методом критериального программирования. Тр./Моек.энерг.ин-т, вып.133, 1972.

34. Гордиевский И.Г., Лордкипанидзе В.Д. Оптимизация параметров электрических сетей под ред. Г.В.Сербиновского. М.: Энергия, 1978.

35. Мартынов Г.В. Модели оптимизации многоотраслевых производственных комплексов. М.: Финансы и статистика, 1982.

36. Материалы ХХ1У Съезда КПСС.-М.'Политиздат, 1974.

37. Левин А.П. Эффективность промышленного производства: (региональные проблемы). М.: Экономика, 1982.

38. Смирницкий Е.К. Экономические показатели промышленности. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Экономика, 1980.

39. Основы экономики, организации и планирования промышленных предприятий: Учеб.пособие для обучения счетных работников пром. предприятий/ Под ред.Г.Я.Кипермана. М.: Экономика, 1982.

40. Методика определения электрических нагрузок городских потребителей/АКХ им.К.Д.Памфилова. М.: Стройиздат, 1981.

41. Козлов В.А. Городские распределительные электрические сети. 2-е изд. перераб.и доп. - Л. - Энергоиздат, Ленингр.отд-ние, 1982.

42. Гурьянов С.Х., Поляков И.А., Ремизов К.С. Справочник экономиста по труду: (методика расчетов по экономике труда на промышленных предприятиях) 5-е изд., доп. и перераб. - М.: Экономика, 1982.

43. Либерман A.C. Определение числа заводских трансформаторных подстанций. Электричество, 1934, № 10.

44. Е.Н.Приклонский. Выбор числа трансформаторных подстанций. Электричество, 1950, № 4.

45. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2-х кн. под общ.ред.А.А.Федорова и Г.В.Серебинов-ского. Кн.2. Технические сведения об оборудовании. М.: Энергия, 1973.

46. Борисов А.П., Бубес Э.Я., Ревунов М.Г. Экономика градостроительства: Учебное пособие для вузов. Л.: Строй-издат, Ленигр. отд-ние, 1981.

47. Статистика промышленности: Учебник/Г.П.Бакланов, В.Е.Адамов, А.Н.Устинов: под ред.В.Е.Адамова. 4-е изд., перераб.и доп. - М.: Финансы и статистика, 1982.

48. Головкин П.И. Энергосистема и потребители электрической энергии. М.: Энергия, 1979.

49. Арабские страны. История и современность (социальные, экономические и политические проблемы) М.: Изд-во Наука, главная редакция восточной литературы, 1981.

50. Электротехнический справочник: в 3-х томах. 3 кн. I. Производство, передача и распределение электрической энергии/под общ.ред.профессоров А.А.Жуков и др. 6-е изд. испр. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982.

51. Мельников H.A. Электрические сети и системы. М.: Энергия, 1975.

52. Каменева В.В. Область рассеяния центра электрических нагрузок. Тр./Моск.энерг.ин-т, 1969.

53. Федоров A.A. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1967.

54. Чмутов А.П. Оптимальное размещение источников питания электроэнергией. Электричество, 1969, А 12.

55. Бутков А.Н. Определение центра нагрузок при выборе источника питания электроэнергии. Электрические станции, 1957, № 6.

56. Электрические системы. Кибернетика электрических систем Т.5. Под ред. В.А.Веникова. М.: Высшая школа, 1974.

57. Укрупненные показатели стоимости элементов электроснабжения промышленных предприятий (УПС-ЭС). Горьковское отделение ТШ, 1971.

58. Веников В.А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики). Учеб .пособие для вузов. Изд.2-е, доп. и перераб. М.: Высш.школа, 1976.

59. Хрущов В.М. Электрические сети и линии. М.: Энергетическое издательство, 1932.

60. OpTïMizdTion of The Flqw throum mtwotkswith

61. GMNS.jean François maurrrs. ПатнвмапсаС programmingj U972).64, /? mrthemrtical fiomi for lom rrwe ехрдлыоу

62. PbfiWWG- OF GEVEPÛTWV /9/VD TRRWMISSIOM ГМelectric итшту à у stems ROMLV

63. EE Transaction on power fi/varatus and $ysmtrs, voh . 9S, Ho. 2, Mbrth/flpriê S9/Z/.

64. Гамазин С.И., Вершинина С.И., Бадран М.А. Экономико-математическая модель и обобщенные технико-экономические показатели электрической сети.-В сб.: Новая техника и эффективность промышленного производства. Чебоксары, 1982.

65. Вершинина С.И., Бадран М.А. Обобщенные технико-экономические показатели цеховых электрических сетей. Научные труды. Вопросы экономии и рационального использования электроэнергии в промышленности. Межвузовский тематический сборник № 7. М.: 1982.

66. Прошин Н.й. Сирия. М.: Мысль, 1979.

67. Белов В.П.Методика оптимального проектирования внешнего электроснабжения промышленного предприятия с учетом динамики его развития: Автореферат канд.дисс. М.: Моск. энерг.ин-т, 1978.