автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование методов расчета электрических нагрузок для снижения потерь электроэнергии в электрических сетях 6 кв приисков

$0.0% 91

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи

КОРЕНЕВ Александр Николаевич

УДК 622.342.1.037 : 621.311 (043.3)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6 КВ

ПРИИСКОВ

Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель докт. техн. наук, лроф. ЩУЦКИЙ В. И.

Официальные о.ппопенты: до;кт. техн. наук, проф. АЛЕКСЕЕВ В. В., канд. техн. наук КРИЦЕВЫЙ Ю. Ф.

Ведущее предприятие — Производственное объединение «Лензолото».

Защита диссертации • состоится « » /угб^Я 1992 г.

в /•^.'час. на- заседании специализированного совета К-053.12.03' в Московском горнам институте то адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « .Ф. »" . ^^¿Р.^^А . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, доц. ШЕШКО Е. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На современном этапе экономики: страны не снята с повестки дня острота вопроса о рациональном иотреблении топливно-энергетических ресурсов и -проведения отвечающей нуждам /производства энергосберегающей политики.

Развитие производства в современных условиях требует эффективного использования электроэнергии за счет рационализации режимов работы электротехнических комплексов и систем .и снижения потерь электроэнергии. Эти задачи, имеют особо важное значение для горных предприятий Восточной Сибири, так как в силу географически,х условий, пространственной протяженности, климатических факторов и других причин экономичное иалользоваиие 'электроэнергии при разработке россыпных .месторождений этого региона является главным условием 'Повышения .производительности труда. При постоянном дефиците электроэнергии особое значение имеет .повышение эффективности ее использования.

Существующие в настоящее время методы определения нагрузочных характеристик электропотребителей в недостаточной степени учитывают специфику горнодобывающих предприятий. Наблюдаются, с одной стороны, завышение расчетных нагрузок и повышенный расход цветных металлов на линии электропередач, с другой стороны,— повышенные потери электроэнергии из-за заниженных значений расчетных нагрузок. Как следствие, повышение точности расчетов электрических нагрузок и, потерь мощности в сетях имеет важное значение для ¡повышения эффективности электроснабжения предприятий,

Таким образом, совершенствование .методов расчета электрических нагрузок для снижения потерь электроэнергии в электрических сетях 6 кВ приисков является актуальной научной .задачей.

Актуальность настоящей работы подтверждается тем, что она выполнялась в соответствии с комплексной целевой программой Минвуза СССР «Экономия электроэнергии» на 1982—1990 тт. (приказ Минвуза СССР № 703 от 14 июня 1982 г.).

Целью работы является установление закономерностей формирования графиков активных (Р) и реактивны,х (С) нагрузок на разных временных уровнях, направленных на совершенствование методов расчета электрических нагрузок для снижения потерь электроэнергии в электрических сетях б кВ приисков, 1что обусловит повышение эффективности экс-длуатации электротехнических комплексов и систем в условиях разработки россыпных (.месторождений.

Идея работы заключается в том, что совершенствование методов расчета электрических нагрузок и потерь мощности при эксплуатации электротехнических комплексов и систем должно осуществляться на основе вероятностного моделирования с учетом режимов работы горно-механического оборудования в условиях ¡конкретного производства.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

1. Общие закономерности формирования электрических нагрузок электроприемников технологических установок приисков, отличающиеся тем, что отражают вероятностный характер электрических нагрузок и служащие основой зависимостей =/ (Р) * на разных временных уровнях.

2. Математические модели активных и реактивных нагрузок как отдельных электроприомников, так и их групп, отличающиеся тем, 'что ,в них учтен полимодальный характер законов распределения нагрузок каждого электроприемника, входящего в труппу.

3. Метод расчета электрических нагрузок, .отличающийся те;м, что- позволяет определить расчетную нагрузку для любого сочетания типов электроприемников приисков и их числа в группе с учетом вероятностного характера потерь мощности в электрических сетях.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

достаточным объемом экспериментальных исследований получасового расхода активной и реактивной энергии (около 5500 измерений), статиспмсских данных о суточном электропотреблении (около 10000 значений расхода активной и реактивной энергии), экспериментальных данных измерений мгновенных значении нагрузок (около 12000 значений);

обработкой результатов исследований с использованием (методов теории вероятностей и математической статистики, методов кластерного, регрессионного анализов;

удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований (при доверительной вероятности 0,95 расхождение результатов не превышает 8— 9%).

Значение работы. Научное значение работы заключается: в установлении общих закономерностей формирования элект-

рическнх нагрузок технологических установок и их групп; разработке математических ¡моделей и »метода расчета электрических нагрузок приисков Восточной Сибири, что является вкладом в развитие методов расчета электрических нагрузок горных предприятий по разработке россыпных месторождений открытым способом.

Практическое значение работы состоит в разработке: рекомендаций >по расчету электрических нагрузок -приисков, основанных на использовании разработанных ¡моделей нагрузок и зависимостей 1йф * = [ (Р*), позволяющих повысить (эффективность использования электроэнергии за счет снижения потерь .мощности в электрических сетях-,'

методических указаний по расчету реактивных нагрузок и компенсаций реактивной .мощности в электрических сетях приисков, основанных на использовании разработанных .математических ¡моделей нагрузок.

Реализация выводов и рекомендаций работы

Рекомендации по расчету электрических нагрузок ¡приисков с учетом потерь мощности в сетях использованы при расчетах параметров реконструируемых электрических сетей предприятий ПО «Лензолото».

Методические указания по расчету реа'ктивных нагрузок и компенсации реактивной мощности в электрических сетях приисков применяются ¡при расчете режимов компенсации реактивной мощности1 в условиях .приисков ПО «Лензолото».

Расчетный экономический эффект от .внедрения результантов исследований на предприятиях объединения «Лензолото» превышает 86 тыс. руб. в год..

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на .Всесоюзных научно-технических конференциях: «Разработка .методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения ¡промышленности: и транспорта» (Днепропетровск, 1990); «Повышение эффективности электроснабжения на. промышленных предприятиях (Москва, 1990); !«Состояние и проблемы развития систем автономного электроснабжения» (Ленинград, 1991); I Международном симпозиуме «Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности» (Ленинград, 1991); региональных научно-технических конференциях «Повышение эффективности .производства и использования энергии в условиях Сибири» (Иркутск, 1990, 1991 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 научных ра!бот.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ¡пяти глав и заключения, содержит описок литературы я приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Оптимизация режимов работы электротехнических комплексов и систем промышленных (включая горные) предприятий является комплексной ироблемой, решение которой натравлено на повышение эффективности использования электроэнергии в ¡промышленности, в том числе на снижение потерь электроэнергии в электрических сетях. Эффективность мероприятий по снижению потерь электроэнергии в значительной ■стелени зависит от точности расчетов ¡потерь 'мощности, которые базируются на информации о характеристиках электрических нагрузок (ЭН) потребителей, режимах их работы, .параметрах сетей.

В теорию расчета ЭН и. создание методов снижения ¡потерь электроэнергии в различных отраслях промышленности внесли свой вклад 1.многие отечественные специалисты. 'Среди них необходимо отметить работы Г. М. Каялова, Ю. А. Фокина, С. Д. Волобринского, А. А. Федорова, Ф. Ф. Карпова, И. ¡В. Жежеленко, А. В. Праховника, В. И. Гордеева, Д. А. Арзамасцева, С. А. .Волотковского, Б. .П. Белых, В. И. Щуцкого, Ф. К. Бойко, Н. С. Маркушевича, >В. В. Шевченко, В. К- Олейникова, В. В. Алексеева, А. В. Ляхомского и ир.

Методы расчета ЭН делятся на две основные группы. К ¡первой группе относятся методы, не учитывающие вероятностный характер нагрузок (¡метод коэффициента спроса, метод двучленной формулы, .метод ¡парциальных расчетных нагрузок, метод удельного расхода электроэнергии). Они имеют .малую точность и в настоящее время используются в основном для ориентировочных расчетов.

Вторую группу составляют методы, 'базирующиеся на теории вероятностей и случайных процессов, широко применяющиеся для анализа ¡процессов формирования ЗН. К ним относятся: ¡метод упорядоченных диаграмм, статистический мето^ и .методы вероятностного моделирования графиков ЭН. Веро ятностные 'методы расчета базируются на .предположение нормальности законов распределения значений ЭН. Примене ние этих методов .приводит к значительным .погрешностям он ределения ЭН електроприемников притоков и, .как следствие требует дополнительных корректировок и уточнений.

Более широкими возможностями обладают методы веро ЯТНОСТН01ГО моделирования ЭН (трафиков нагрузок), базиру ющиеся на аппарате теории корреляционных функций. Эт] методы шир-око ¡применяются для решения задач учета и сни жения потерь электроэнергии. 'В силу вероятностного харах тера ЗН ¡потери мощности также носяг вероятностный харак тер, который необходимо учитывать при наличии энергоемки: потребителей.

Вопросы эффективного использования синхронных двигателей (СД) для компенсации реактивной мощности (КРМ) в электрических сетях глубоко проработаны рядом исследователей, однако установленные до настоящего времени зависимости опираются толыхо на постоянные значения исходных параметров, что неприемлемо при резкоиеромешю.м характере активных нагрузок СД экскаваторов. Определение показателей графиков реактивных нагрузок и решение вопросов КРМ ; помощью этих зависимостей сопровождаются высокой погрешностью (до 40—50%),..

К специфическим особенностям процессов формирования графиков ЭН и (потерь мощности в электротехнических системах золотодобывающих предприятий региона- Восточной Сибири относятся: случайный характер активных и реактивных нагрузок как отдельных технологических установок, та« и их групп, обусловленный влиянием целого ряда случайных факторов; ярко .выраженная сезонность электропотребления, связанная с технологическими особенностями процесса, добычи полезного ископаемого; наличие на дражных полигонад небольшого 'количества (в большинстве случаев эффективное число электроприемников меньше пяти) мощных электропри-эмников (¡1,5—5,2 МВт), имеющих нерегулярный и непериодический или слабопериодический график ЭН; повышенные тотери электроэнергии в линиях 6 кВ, обусловленные развет-эленностыо сетей, большим диапазоном мощностей, потребляемых технологическими установками, низким качеством напряжения в линиях.

Статистические характеристики параметров графиков ЭН зависят от ¡продолжительности интервала осреднения, поэтому для расчета- ЭН, потерь мощности, КРМ необходимо -знание .вероятностных характеристик процессов электропотребления, что требует проведения экспериментальных исследований. В условиях рассматриваемого региона основной расход электроэнергии на .приисках обусловлен работой драг и экскаваторов-драглайнов, поэтому ЭН .последних подлежали, исследованию.

Для установления общих закономерностей формирования ЭН технологических установок их исследование проводилось на трех временных уровнях с интервалами осреднения 24 ч, 0,5 ч, 0,5—1 с. Необходимое число и продолжительность измерений определялись из условия требуемой точности, равной не (менее 10% при доверительной вероятности Р = 0,95.

Для оценки параметров распределения 'мгновенных величин ЭН были приняты следующие интервалы осреднения: для измерений ЭН экскаваторов—-0,5 с; для измерений ЭН драг— 1 -с. Достаточно точные оценки математического ожидания в дисперсии получаются при измерении в течение 10— 12 циклов для экскаваторов и за период 15—20 мин для драг.

(При исследовании ¡параметров распределения ЭН с интервалам осреднения 0,5 ч продолжительность получасовых измерений составила 96—144 значения для каждой технологической установки.

Для проведения экспериментальных исследований была смонтирована установка, позволяющая измерять напряжение, ток, активную и реактивную мощности. Для измерений напряжения и тока использовался самопишущий ампервольтметр типа Н390. Измерения и регистрация активной и реактивной мощностей осуществлялись самопишущими двухэлементными ваттметрами и варметрами типа Н3095. Для визуального наблюдения и контроля коэффициента- мощности применялся фазометр типа Д301. Намерения расхода активной и реактивной энергии осуществлялись счетчиками типа САЗУ-И6-81 и СРЗУ-И689.

Экспериментами были охвачены: 5 драг типа ИЗТМ-250 л; 8 драг типа ИЗТМ-380 л; 1 драга типа ИЗТМ-600 л; 5 экскаваторов-драглайнов типа ЭШ-10/70; 5 экскаваторов-драглайнов типа ЭШ-15/90; 3 экскаватора-драглайна ЭШ-20/90. Обработка! результатов экспериментов -и установление общих закономерностей осуществлялись на базе статистических методов теории распределений и кластерного анализа. Наличие Общих свойств распределений или их отсутствие утверждалось на основе статистических критериев однородности.

При ироверке на однородность лоли-модальных распределений попользовался непараметрический критерий Краоке-ла — Валлиса. Однородность распределений, близких к нормальному закону, исследовалась с использованием непараметрического критерия ¡Вилкоксона. Так как .проверка' то непараметрическим критериям не всегда позволяет сделать заключение о наличии однородности, то в таких случаях дополнительно применялись ща-р а метрические критерии Стьюдента и Фишера. ¡Выборки считались однородными, если нулевая гипотеза утверждалась на уровне значимости а не более 0,05 при проверке то непа-раметрическим и .параметрическим критериям. Для оценки близости эмпирических законов распределения ЭН к теоретическим использовались критерии согласия ¡Пирсона и Колмогорова — Смирнова. Эмпирический закон распределения заменялся теоретическим в случае, если соблюдалось условие а<0,05.

Для ЭН энергоемких технологических установок горных предприятий в большинстве случаев свойственны распределения ¡полимодалыюго характера, которые лредста.вляют собой смесь распределений, подчиняющихся разным законам Разделение смеси распределений осуществлялось с использованием методов кластерного анализа. Для разделения неоднородных ЭН на однородные классы применялся ¡мето/ кластерного анализа —¡метод ¿-средних, отличающийся воз

можностью использования .при решении широкого круга задач и относительной .простотой реализации.

Проведенный с использованием критериев однородности статистический анализ законов распределения ЭН для разных временных уровней позволил выделить три основные однородные ¡группы драг по их типам и затем определить обобщенные статистические характеристики каждой группы. Основное различие значений активных нагрузок для однотипных драг обусловлено величинами их установленных мощностей.

Установлено, что значения коэффициента реактивной ¡мощности (tg{p) для каждой драги определяются конструктивными особенностями и не зависят от ее установленной мощности, типа, активной нагрузки. Поэтому анализ количественных оценок реактивных нагрузок драг рассматривался на основе зависимостей = где Р* — активная ¡мощность в относительных единицах.

Законы распределения ЭН драг в зависимости, от величины интервала осреднения изменяют свои свойства. ЭН, ос-реднешше через каждые 24 ч, ¡подчиняются закону нормального распределения. Получасовые ЭН являются двухмодаль-ньгаи и представляют собой смесь двух нормальных распределений. Распределения ЭН с осреднением через 1 с также содержат два- распределения, каждое из которых подчиняется равномерному .закону.

Наибольшей величиной математического ожидания среднесуточной нагрузки характеризуются драги: типа ИЗТМ-250 — Р* = 0,567 со среднеквадратичесжим отклонением сг= 0,13, тде Р*— отношение среднесуточной нагрузки в именованных единивдх ,к установленной мощности; наименьшую .величину математического ожидания среднесуточной нагрузки имеет драга типа ИЗТМ-600— Р* =0,241 со среднеквадратическим отклонением а = 0,077. Драги типа ^ЭТМ-380 имеют -среднесуточную нагрузку Р* =0,482 с ст= = 0,121. Следовательно, наиболее эффективно используется установленная ¡мощность электрооборудования на- дратах типа ^ЗТМ-250, причем .работа драг этого типа характеризуется стабильностью: среднеквадрэтическое отклонение среднесуточной нагрузки невелико, что говорит о малом числе .простоев, лри которых электропотребление .мало или вообще отсутствует.

Наибольшие отклонения мгновенных значений активных щгрузок характерны для драг ИЗТМ-250 .по сравнению с дра-ами ИЗТМ-380 и ИЗТМ-600: коэффициенты вариации актив-!ых нагрузок составляют соответственно 13,4; 11,8; 9,3%. (озффициенгы вариации реактивных нагрузок несколько 1еньше: соответственно 9,9; 3,9; 3,8% • Такое явление обу-

словлено сравнительно малой инерционностью черпаково цепи драг ИЗТМ-250 по сравнению с драгами других типо] По своей природе реактивные нагрузки имеют теснуч взаимосвязь с активными. Для исследования таких взаимс связей наиболее приемлемы методы регрессионного анализ! поэтому исследование зависимостей <3 (Р) проводилось путе построения линейных и нелинейных регрессионных моделе) Первоначально были построены линейные регрессионны (модели С}(Р) ¡для драг, которые показали, что такой хара! тер зависимости недостаточно полно отражает взаимосвяг параметров С? и Р, ¡что было установлено ¡при анализе оста-ков по критерию Дарбина—Уотсона. Расчетные значена критерия показали, 'что лри уровне значимости а ==0,05 гит теза о линейной зависимости <3 (Р) не может быть .принят Это предполагает возможность применения нелинейной р грессии для математического описания зависимостей (¿(Р При приведении значений 'коэффициента реактивной мои ности 1ф к среднему значению и активной мощности Р установленной были получены значения tgф и Р в относител ных единицах:

tg<Pí* = ^ Рг* = Яг/Рпом. (

Полученные пары значений tg<pг* и Рг* для различив

Драг плттгп т>итт"я —Дш-трпрщ;Ме__,Д Л Я ЭТ1

иар значений нелинейные регрессионные модели, ©ровере ные по критериям Дарбина — Уотсона и Фишера, не л рот воречат выражению вида

г = АР*В + С, (

где А, В, С — коэффициенты уравнения регрессии, определи ные по методу наименьших квадратов.

Аналогичным путем были получены для разных типов др обобщенные зависимости, вида

ср^ — АРС*В -+- С, I

где Рс*—Р1/Р—коэффициент загрузки драги до активн ¡мощности в относительных единицах.

Зависимости, представленные в табл., построены для £ с (интервалами осреднения (АО—24 <ч, 30 мин, 1 с.

Установленные зависимости tg>ф*=/(Рс*) 'характеризуй процесс фор(Мирования реактивных нагрузок драг. Их } пользование необходимо при определении показателен гр фиков и расчетных'Максимумов реактивных нагрузок.

Результаты .исследования суточных активных нагруз однотипных экскаваторов показали, что характер их расщ деления является однородным, а закон распределения — не мальным.

Таблица

Регрессионные зависимости (д;^ *~((Р-*)

м Расчетная формула Я'

Драги ИЗТМ-250

24 ч 0,93

0,5 ч 0,91

1 с 1 й у* ^ 0,424 • />сй " * -2 8 3+0,576 0,9

Драги ИЗТМ-380

24 ч ^ V* =0.542 • Рс*-о.бЧ 0,458 0,9

0,5 ч -Рс*-».485+0,б49 0,89

1 с т>*==0,205 ■Рс,!'>-°.42з_^ о,735 0,92

Драги ИЗТМ-600

24 ч 1г?* = 0,471-Рс*-о.534 ^0,529 0,94

0,5 ч 0,91

1 с ^ -=0,261 ■/?с^-О,З15_|-0>739 0,95

Обобщенные статистики, отражающие общие закономерности формирования ЭН разных типов экскаваторов, ¡показывают, что наиболее высокая эффективность использования установленной мощности характерна 1для экскаваторов ЭШ-10/70 (Р* = 0,313) 'с_меньшей емкостью ковша, чем для экскаваторов ЭШ-46/90 (Р* =0,293) и ЭШ-20/90 (Я * =0,289).

Двухуровневый характер графиков получасовых ЭН экскаваторов-драглайнов обусловлен двумя характерными режимами: работой ахскавагора. под нагрузкой га выполнением технологических ошераций (/максимальный уровень); работой СД на холостом ходу, простоями экскаватора три техническом обслуживании и т. д. (минимальный уровень). Результаты анализа показывают, что получасовые ЭН разных экскаваторов имеют ряд общих свойств и закономерностей: распределения ЭН щмеют двухмодалышй характер; активные нагрузки однотипных экскаваторов являются однородными; распределение значений максимального уровня ЭН близко к нормальному распределению.

Проверка вариационных рядов мгновенных активных нагрузок экскаваторов но критерию Краскела— Валлиса показала! их однородность, что свидетельствует о наличии общих закономерностей 'формирования этих нагрузок. Установлено, что закон распределения мгновенных активных нагрузок

имеет лсшшодальный характер, причем в распределении могут быть выделены, как мининум, три класса. Наибольший класс, содержащий 50% значений Р *, определен 'Границами 0,03...0,59; средний класс (32% значений) определен границами 0,59..Л,09; наименьший класс (14% .значений) определен ■границами— 0,423...0,03. Анализ распределений значений ЭН для разных классов доказал, что закон распределения значений, входящих в наибольший класс, 'близок к закону нормального распределения; закон распределения значений, входящих в средний и наименьший классы, близок к закону равномерного распределения.

Математические ожидания реактивных нагрузок экскаваторов (даже однотипных) на всех исследованных временных уровнях имеют 'большие отличия между собой по величине, что объясняется взаимным влиянием таких параметро-в, как ток возбуждения, напряжение и активная ¡мощность.

За основу ¡моделирования графиков ЭН отдельных технологических установок и их труяп взято представление их законов распределения / (Р) в виде суммы частных законов /1 (Р), действующих на отдельных интервалах времени:

/(Р) = t*.fl(.Р) + ¿2*•/,(/>) + ... + (Р); Д =

------_(II

где —время действия закона распределения /,• (Р).

Математическое ожидание ЭН для закона распределения /(¿>)

Р— • Рг + ¿2*• Рг + . . . + ■ Рп■ (5)

Дисперсия ЭН

+ (6)

•где Рг, ОI —математическое ожидание и дисперсия ЭН, распределенной по закону/^ (Р).

Дисперсия ЭН с учетом вариации мгновенных значений определяется по выражению

£> = 2 (1 + V?) (Р? + О,) - Р\ (7)

¿==1

где 7г —коэффициент вариации ¡мгновенной нагрузки, распределенной по закону/г (Я).

При моделировании, трафиков ЭН труппы, технологических установок рассмотрено сложение ЭН отдельных ¡электроприемников как случайных величин, подчиненных разным поли-

¡модальным законам распределения. Закон распределения такой групповой нагрузки может быть представлен функцией плотности вероятностей системы независимых случайных величин, имеющей вид:

/(/>„ Рг, ..., Рт) = ['и#/и(Л) + ... + &Л,(Л)] х...

- X [t'Lflm (PJ + ... + ümfnm {Pm)l (8)

где ¿¡/f — время действия ¿-го частного закона распределения нагрузки /-го электро-приемника- (отн. ед.); fu (Р/ ) — i-й частный закон распределения нагрузки /-го электроприемника.

В соответствии с /полученным числом классов разбиения получасовых ЭН технологических установок предложена! модель с двумя уровнями (частными законам» распределения) (рис. 1), для которой средние ¡значения ¡связаны выражением

Р — Ршах ^гаах "Ь Рmin ¿саIm (9)

где Pmax, Pmln, ¿max, imin — соответственно средние МОЩНОСТИ! и время действия максимального и ¡минимального уровней трафика Р (,t *).

Рассмотрена возможность использования ¡предложенной модели для определения максимальных расчетных нагрузок и шотерь мощности в сетях, .ра'очета показателей графиков реактивной мощности1 с целью дальнейшей ее компенсации.

Обычно определение получасового -максимума нагрузки ведется Для наиболее загруженной смены. В работе принят интервал стационарности графика1, равный 24 'часам. Нагрузки технологических установок, осредненные через каждые 24 часа, подчиняются нормальному закону распределения. Максимум среднесуточной активной мощности Ямсут за ¡период промывочного сезона соответствует режиму наибольшей загруженности и может быть определен по выражению

Л.сУт = я24(1 + р„ Усут), (10)

где Р24 — математическое ожидание при осреднении через каждые 24 часа; ß24—квантиль нормального распределения, соответствующий значению доверительной вероятности Р — = 0,95 и равный 1,96; Ксут —коэффициент вариации среднесуточной мощности.

Максимум ¡среднесуточной Э,Н является математическим ожиданием двухуровневого графика-, соответствующего периоду наибольшей загруженности технологической установки, и характеризуется большей продолжительностью работы основного технологического оборудования, чем в другие периоды времени.

Расчетный (получасовой максимум активной мощности Лед,5 с использованием двухуровневой модели графика может быть ¡представлен выражением

- Лад,5 = •'"'max 4~ Ро,5 1^-^гаах» 0V

где DmaK —дисперсия максимального уровня графика нагрузки; $0,5 —¡квантиль распределения активных получасовых нагрузок драги ¡при доверительной вероятности Р — 0,95, значение которого может быть определено следующим способам.

Максимум ЭН при заданной доверительной вероятности (Р = 0,95) может ¡быть определен л о функции распределения, которая имеет двухмодальньгй характер. -При ¡этом максимум соответствует некоторому значению доверительной вероятности Р' ¡максимального уровня, которая определяется выражением

/'Wm.x-O ~ Я) = ¿шах - 0.05. (12

■Значения максимального уровня активной нагрузки технологических установок подчиняются нормальному закону ¡распределения, вследствие чего квантиль распределения ро,; при доверительной вероятности Р' принимается табличным

Для определения расчетного так1ГТребуетея--эндче1ше_1Щ: лучасового максимума реактивной мощности, который обычно определяется, исходя из номинального значения коэффициента мощности cos фном. Применительно к технологическил: установкам приисков такой подход обусловливает болышк погрешности в расчетах, вызванные индивидуальным характером потребления реактивной мощности каждой технологической установкой. Поэтому для определения расчетных реактивных нагрузок драг предлагается ¡попользовать регрессионные зависимости tg <р* = f {Рс*), приведенные в табл. у отражающие общие закономерности ¡процесса формирования -реактивных нагрузок.

Применение вероятностной модели позволяет определить значения расчетных нагрузок для каждой технологической установки, причем в качестве -исходных данных используются расходы активной и; реактивной энергии за наиболее загруженный ¡месяц в период ¡промывочного сезона. Это дозволяет избежать специальных измерений с целью определения максимальных ЭН, а также повысить точность определения расчетных нагрузок по сравнению с существующими ¡методам«.

Для повышения точности определения потерь мощности необходимо повысить точность расчета таких параметроЕ графиков ЭН, как средняя потребляемая мощность и диспер-

сия ЭН. Средняя потребляемая мощность может быть определена, исходя из величин расхода активной (реактивной) энергии.

При расчете дисперсии; ЭН необходимо учесть вероятностные характеристики ЭН ¡при равных интервалах осреднения. Преобразовав выражение (7) применительно к частному 'случаю, дисперсия может 'быть определена ¡по выражению

D = (1 + VlÍX) (P*mtx -f Dm„)¿S»x +

+ (1 + Vfain) (Pkiu + Dm¡„) - P2, (13)

где VmaK , Vmil, —-коэффициенты вариации мгновенных значений соответственно максимального и минимального уровней графиков ЭН.

Для оценки тенерируемои реактивной ¡мощности СД экскаватора рассмотрено взаимное влияние факторов, которые имеют непосредственное значение для процесса формирования графика реактивной нагрузки. Для этого исследованы зависимости реактивной .мощности СД от напряжения, тока возбуждения и активной ¡мощности, значения которой задавались в виде временного динамического ряда. Решение данной задачи базировалось на ¡комплексном рассмотрении режимов работы СД и питающей электрической сети.

Зависимость для СД, описывающая взаимосвязь коэффициента возбуждения К, коэффициентов загрузки ¡по активной и реактивной мощности, напряжений на. зажимах СД U* и на шинах подстанции £/*,„, для синхронной машины была представлена в виде системы двух нелинейных уравнений. Если принять напряжение на шинах /подстанции величиной постоянной, то система уравнений, имеющая две переменные —' Q * № U *, имеет вид:

/~/ . 1Х гЫяи*2(Л^Г\> JJ * _ ,/* 1 / \_ 3Р*Ртн / у ¿ зQ*PH0Jg?mJ .

f ( ^ У' ; ( Y

К = VК? (U** + Q 'Xd Sin 9н0ми -f р»г К Lr* , (14)

где i?, XL—активное и реактивное сопротивления линии; Р * = Р/Рти —коэффициент загрузки, по активной .мощности; Рном —'номинальная активная мощность; г|дв — коэффициент полезного действия; Q * = Q/Q, 10М — ¡коэффициент загрузки ¡по реактивной мощности; Q—• реактивная мощность; Qhom — номинальная реактивная мощность; tg <pH0M — номинальный коэффициент 'реактивной ¡мощности двигателя; К = — [¡¡¡¡втм — коэффициент тока, возбуждения; /в — ток воз-

Суждения; Ха — синхронное реактивное сопротивление по продольной оси (отн. ед); 17* = £У/£УН0М —напряжение, огн. ед; и — напряжение на С:Д;|£/110М — номинальное напряжение;

Для исследования ¡была, определена зона ограничений для К, и * и «полного сопротивления линии I, в пределах которой рассматривалась зависимость С}* {К, 17 , Z, Р*). Затем была дроизведеиа серия расчетов системы уравнений (14) с изменением значений (параметров (напряжение, полное сопротивление линии, ток 'возбуждения, активная мощность), влияющих на величину реактивной нагрузки.

Для иолучения средних значений генерируемой реактивной мощности СД (экскаватора в режиме работы при разных значениях параметров 17 т* , 2 и /( активные нагрузки задавались в виде отдельных значений (интегральной функции распределения. После расчета по системе уравнений (14) выборок значений реактивной ¡мощности были определены их статистические характеристики и законы распределения. -Ддд-дишсания 'мгновенных реактивных нагрузок ОД экскаваторов был использован закон-ржэтредедедая—Вейбудла^. (переход к которому осуществлен путем преобразования осей координат.

Зависимости реактивной мощности СД от тока возбуждения, напряжения на шинах подстанции, .полного сопротивления линии и активной нагрузки был» проверены экспериментально. Расхождение расчетных и экспериментальных данных составило не более 10—12%, Для возможности практического 'использования зависимости ()*==/ (К, 17ш* , 2, Р*) представлены в виде номограммы (рис. 2).

Технологический процесс добычи полезного ископаемого Обусловливает независимость электропотребления различными электроприемниками, что 'подтверждается слабо выраженной корреляционной связью между ЭН и низкими значениями коэффициентов иарной (корреляции. Этот факт позволяет рассматривать ЭН технологических 'установок как независимее случайные величины.

При сложении ЗН разных электроприемников, представленных в виде двухуровневых графиков, групповой график будет многоуровневым (рис. 3). Получены расчетные формулы, связывающие средние значения уровней ЭН и время их действии со средним значением ЭН групповых графиков при сложении ЭН двух, трех и четырех двухуровневых графиков. Рассмотрение сложения большего числа двухуровневых тра-

ЛГ. = VI /0 + Ха2 + ЗШ фпом);

(15)

(16)

фвков не требуется, так ¡как при эффективном числе электроприемников в группе Л^э>5 закон распределения значений групповой нагрузки 'близок к нормальному. Например, при сложении двух двухуровневых графиков ЭН выражение для средней мощности имеет вид:

Р = (Рп+Р^Лг* + (Ргг + ^2.) ¿12%!* + + (Р\\ + ¿У*!!* 4" (Л, + (17)

где Рц, средняя ¡мощность и время действия ¿-го элект-

роприемника /-й уровня графика! ЭН.

Максимальная получасовая ЭН труппы электроприемников прииска зависит от величины ¡потерь .мощности в линиях, питающих каждый электроприемник. С учетом вероятностного характера ¡процесса ¡потерь .мощности в линиях, питающих технологические установки, расчетный получасовой максимум ЭН грутпы электропр'иемников .может быть определен по выражению

Рщп=% + ДР,) + /=1

4- %Л/ + Dt.Pt + 2 УЦ^ШР , (18)

гдеЛР^/М/5—математическое ожидание и дисперсия потерь в линии; ро.5 —квантиль функции распределения групповой ЭН /при доверительной вероятности Р = 0,95, определяла

ется как ДЛЯ выражения (11), где ¿шах—П ¿тах..

1 '

На основе проведенных исследовании закономерностей формирования ЭН на приисках и зависимости С}* = / (К, иш* , Z, Р*), описывающей режимы реактивных нагрузок СД экскаваторов-драглайнов, предложены следующие разработки для практического использования:

1. «Рекомендации ¡по расчету электрических нагрузок приисков с учетом потерь .мощности в электрических сетях».

Эти «Рекомендации...» основаны на полученных в работе моделях графиков ЭН отдельных технологических установок и их групп. Использование моделей графиков ЭН позволяет решить задачи рационализации, электропотребления, выявления .мест и причин повышенных ¡потерь электроэнергии; в сетях и разработки на этой основе -мероприятий по совершенствованию злекгролотребления. Экономический эффект при использовании «Рекомендаций...» достигнут за счет рационального вьгбора сечений реконструируемых линий электропередачи на основе повышения точности расчетов максимальных нагрузок, ¡потерь мощности и электроэнергии.

2. «Методические указания по расчету реактивных нагрузок и компенсации реактивной /мощности в электрических сетях приисков».

Эти «Методические указания...» основаны на полученных в работе '.моделях графиков реактивных нагрузок технологических установок и зависимостях реактивной мощности. СД экскаваторов-драглайнов от тока, возбуждения, напряжения и активной нагрузки.. Экономический эффект при 'использовании «Методических указаний...» достигнут за счет .повышения точности расчета реактивных нагрузок ¡при ¡КРМ в сетях приисков и рационального выбора тока возбуждения СД экскаваторов-драглайнов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

■В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи совершенствования методов расчета электрических нагрузок для снижения потерь электроэнергии в электрических сетях 6 к*В приисков, что обеспечивает повышение эффективности эксплуатации электротехнических .комплексов » систем в условиях разработки россыпных месторождений Восточной Сибири.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. К процессу формирования нагрузок электротехнических комплексов и систем ¡при разработке россыпных месторождений, на который влияют горно-геологические, технологические, энергетические и организационные факторы, имеющие случайный характер, применим вероятностный подход, в связи с чем установление .присущих это/му ¡процессу закономерностей и .¡моделирование нагрузок необходимо осуществлять с 'использованием вероятностно-статистических методов (теории распределений, регрессионного, кластерного анализов).

2. Установление общих закономерностей, повышение точности определения статистических показателей электрических нагрузок наиболее энергоемких технологических установок ¡приисков (драг, экскаваторов-драглайнов) .целесоо.'бразно на основе (экспериментального и теоретического исследований на разных .временных уровнях с интервалами осреднения нагрузок 24 ч; 0,5 ч; 0,5—1 с.

3. В основу рационального .метода расчета электрически* нагрузок может быть ¡положена однородность графиков активные нагрузок однотипных технологических установок приисков, в частности, постоянство соотношений максимально-гс и ¡минимального уровней графиков нагрузки.

4. Закономерности формирования реактивных нагрузад драг описываются регрессионными моделями в виде обобщен ных зависимостей ¡коэффициента реактивной мощности ^ ф'

т коэффициента загрузки по активной мощности Р * (* — в тносительных единицах) для каждого типа драг при приня-ых в исследовании интервалах осреднения.

5. Определение получасового максимума нагрузок отдель-ых технологических установок приисков целесообразно осуществлять с использованием двухуровневой модели графика агрузки, параметры которой соответствуют режиму наибольшей загруженности оборудования.

6. При разработке мероприятий по компенсации реактив-ой мощности в электротехнических системах приисков целе-ообразно использовать обобщенные зависимости реактивной ющносги синхронных .двигателей экскаваторов-драглайнов -т ток а .возбуждения, напряжения сети, активного и реактив-ого сопротивлений ¡питающей линии, активной нагрузки.

7. При эффективном 'числе приисковых электроприем ни-:оп в группе Д^э<5 определение максимальных нагрузок це-есообразно осуществлять с использованием разработанных годелей графиков для электрических нагрузок полимодально-о характера, учитывающих вероятностный характер потерь тощности в питающих линиях.

8. Разработанные «Рекомендации гоо расчету злектриче-ких нагрузок приисков с учетом потерь .мощности в электри-еских сетях» и «Методические указания по расчету реактивах нагрузок и компенсации реактивной мощности в электри-еских сетях приисков» использованы при расчетах парамет-ов реконструируемых электри'ческих сетей и режимов ком-[енса'ции реактивной мощности в условиях приисков ПО (Лензолото ».

Расчетный экономический эффект от внедрения «Рекомен-1аций...» в условиях ПО «Лензолото» составляет 0,998 тыс. >уб. в год на одну технологическую установку. Расчетный эко-гамичсский эффект от внедрения «Методических указании...» та прииске «Дражный» ПО «Лензолото» составляет 27,7 тыс. туб. в год, а в целом по ПО «Лензолото» — 86,974 тыс. руб. з год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Коренев А. Н., Щуцкий В. И. Зависимость ¡потерь мощности .в элементах системы электроснабжени>я//Науч.-техн. конф. «-Повышение эффективности электроснабжения на промышленных ¡предприятиях».— Челябинск, 1990. С. 18—19.

2. Щуцкий В. И., Коренев А. Н. Расчет потерь мощности в ¡системах (электроснабжения предприятий по разработке россыпных месторождений//Всесоюз. науч.-техн. конф. «Разра^

2

17

ботжа методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения .промышленности -и транспорта»,—Днепропетровск, 1990. С. 262—263.

3. Щуцкий В. И., Коренев А. Н. Обработка стати стическю данных о реактивных нагрузках электроприемников дражны? Полигонов//Рег.иона1льной на;уч.-техн. конф. «Повышение эф фекгивносги (производства. и использования энергии в услови ях Сибири».— Иркутск, 1991. С. >24—25.

4. Щуцкий В. И., Коренев А. Н. Исследование реа-ктивног мощности синхронных двигателей .мощных ¡карьерных экска ваторов//1 Международ, симпозиум «Автоматическое управ ление энергообъектами ограниченной мощности»,— Ленин град, 1991. С. 43—44.

5. Коренев А. Н. Расчет'реактивных нагрузок сетевых синхронных двигателей ¡экскаватор.ов//|Ретиональная науч.-техн конф. «(Повышение эффективности производства и лспользо вания энергии в условиях Сибири»,—Иркутск 1991 С. 25—26. '

6. Щуцкий В. И., Коренев А. Н. Расчет режимов электропотребления в электрических сетях открытых горных работ < учетом вероятностного характера электрических нагрузок — Изв. вузов—1 Энергетика, 1991, № 6. С. 12—16.

7. Щуцкий В. И., Коренев А. Н. Методика исследования ре активных нагрузок в электрических сетях горных предприя тий по разработке россыпных ¡месторождений — Изв вузов — Горный журнал, 1991, № 11. С. 105—109.

-8. Щуцкий-В, И., Коренев А. Н. Метод исследования электрических нагрузок мощных технологических установок н; разных временных интервалах//>Всесоюз. науч.-техн. сов. «Со стояние и проблемы развития систем автономного электро снабжения»,—Ленинград, 1991. С. 30—31.