СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ГРУППЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ Российский патент 1997 года по МПК G01R21/00 H02J13/00 

Изобретение относится к электроснабжению промышленных предприятий и может быть использовано для прогнозирования электрических нагрузок групп электроприемников различных типов, в том числе работающих в нерегулярных режимах.

Известен способ определения максимальной электрической нагрузки групп однотипных установок (авт. св. СССР N 796765, кл. G 01 R 21/00), согласно которому измеряют однократно индивидуальные нагрузки в различных технологических режимах работы, суммарное время протекания каждого технологического режима за базисное время и вычисляют групповую нагрузку с вероятностью превышения не более требуемой условиями задачи.

Данный способ, однако, не дает достаточной точности при определении расчетной нагрузки для группы электроприемников различных типов, в особенности, если даже в одинаковых технологических режимах индивидуальные электрические нагрузки не постоянны.

Наиболее близким к изобретению является способ определения электрической нагрузки группы электроприемников (авт. св. СССР N 1307362, кл. G 01 R 21/00), согласно которому измеряют максимальную индивидуальную электрическую нагрузку на каждом типе электроприемников в наиболее загруженных технологических режимах, а также продолжительность этого технологического режима за базисное время и вычисляют групповую нагрузку, вероятность превышения которой равно величине, требуемой условиями задачи.

Недостатком этого способа является то, что он применим только к электроприемникам с детерминированной нагрузкой в каждом технологическом режиме.

Задача изобретения расширение области применения способа путем обеспечения возможности определения групповых нагрузок для групп электроприемников, индивидуальные нагрузки которых в одинаковых технологических режимах непостоянны.

Задача решается за счет того, что в отличие от вышеуказанного прототипа новый способ основан на предположен6ии, подтверждаемом практическими примерами, что величина индивидуальной нагрузки в каждом технологическом режиме, а также продолжительность этих режимов подчинены нормальному закону распределения с определенным математическим ожиданием и дисперсией.

В связи с этим предварительно производят по 3 -4 измерения средних электрических нагрузок за интервалы заданной длительности, на каждом типе электроприемника в каждом технологическом режиме и производят измерения продолжительности каждого технологического режима за 3 4 базисных периода.

По этим данным вычисляют средние значения и квадратичные отклонения индивидуальных нагрузок и продолжительности технологических режимов и определяют в соответствии с точностью, требуемой условиями задачи, необходимое количество дополнительных измерений, производят эти измерения и вычисляют расчетные характеристики индивидуальных нагрузок и продолжительностей технологических режимов (матожидания и дисперсии).

После этого на ЭВМ в соответствии с этими характеристиками моделируют каждый электроприемник в соответствии с методом Монте-Карло, осуществляют выборку случайных чисел, которая определяет режимы работы каждого из смоделированных электроприемников в соответствии с вероятностями появления этих режимов. Вероятности эти определяются в соответствии с временным режимом работы каждого электроприемника, который моделируется по той же схеме. Далее суммируют индивидуальные нагрузки и определяют случайную выборку нагрузок группы и искомую величину групповой нагрузки. Кроме того, для получения более достоверных результатов все измерения производят в начале, середине и конце всего технологического процесса.

Новый технический результат, получаемый в итоге выполнения указанных дополнительных действий в предлагаемой последовательности, заключается в осуществлении учета изменений индивидуальных нагрузок электроприемников разных типов в каждом технологическом режиме и повышении, тем самым, точности определения групповых нагрузок.

Такой технический результат можно объяснять следующим: в известных способах определялась групповая нагрузка только для конкретной группы электроприемников и для одного частного случая, при котором величина индивидуальных нагрузок в детерминированных технологических процессах и их продолжительности были постоянными. По существу, в известных способах не предусматривалось прогнозирование групповых нагрузок на какой-то период (месяц, квартал), а определялась групповая нагрузка из условия, что индивидуальные нагрузки постоянны в течение всего времени.

В прототипе измерения производят однократно в наиболее загруженном режиме.

В предлагаемом способе индивидуальные нагрузки рассматриваются как случайные величины. Индивидуальные нагрузки измеряют в каждом технологическом процессе несколько раз на разных стадиях работы электроприемнков (в начале, середине и в конце). Этот прием измерений обеспечивает более достоверный и точный результат в определении индивидуальных нагрузок, а следовательно, и искомой величины нагрузки группы.

Индивидуальные нагрузки при определении групповых нагрузок характеризуются математическим ожиданием и дисперсией, аналогично представляется и продолжительность технологических режимов.

Пример конкретного выполнения способа определения электрической нагрузки группы электроприемников. Определяют электрические нагрузки группы из пяти установок, в том числе две буровые установки I-го типа (БУ4Э) и три установки II-го типа (БУ75БрЭ). Каждая из буровых установок работает в 4-х различных технологических режимах.

В примере подробно разобрано определение индивидуальной нагрузки для установок I-го типа при работе в первом технологическом режиме механическое бурение турбиной. Для установок первого типа, работающих в первом технологическом режиме механическое бурение турбиной, делаются три замера средних получасовых нагрузок, т.е. за интервал заданной длительности обычными электрическими счетчиками
в начале бурения турбиной (P₁);
в середине бурения турбиной (P₂);
в конце процесса (P₃)
P₁ 710 КВт, P₂ 680 КВт, P₃ 740 КВт
Затем определяются пробное выборочное среднее значение электрической нагрузки первого режима
,
где P_k результат измерений

Потом определяется пробная выборочная дисперсия


Затем проводится стандартное построение доверительного интервала с уровнем доверия γ 90% и длины По и уровню доверия γ 0,9 определяется требуемое для их обеспечения дополнительное количество замеров по формуле

где t_0,1 2,92 Квантиль распределения Стьюдента, которая соответствует двум степеням свободы и заданному уровню доверия (0,1 1 - 0,9).

где [N] целая часть числа.

Затем производят N₁ [N] + 1 6 + 1 7 замеров получасовых электрических нагрузок по счетчикам электрической энергии с целью получения уточненных значений выборочного среднего и выборочной дисперсии; 2 замера (P₁ и P₂) в начале бурения турбиной, 3 замера (P₃, P₄, P₅) в середине интервала бурения, 2 замера (P₆ и P₇) в конце интервала бурения турбиной.

P₁ 745 КВт, P₂ 730 КВт, P₃ 710 КВт, P₄ 690 КВт, P₅ 680 КВт, P₆ 675 КВт, P₇ 665 КВт.

При этом вычисляется выборочное среднее значение электрической нагрузки

а затем определяется пробная выборочная дисперсия

строят доверительные интервалы для среднего и дисперсии S² двух основных параметров нормального распределения электрической нагрузки каждого технологического режима каждого электроприемника. Находим доверительный интервал для средней нагрузки по известным статистическим формулам

где t_N-1;0,05 t_6;0,05 1,943 из таблицы распределения Стьюдента;
левая граница интервала;
правая граница интервала.

Таким образом, найден доверительный интервал для среднего значения нагрузки: [677,1, 720,9]
Находим доверительный интервал для дисперсии нагрузки по известным статистическим формулам

где χ2N-1;0,05

= χ26;0,05= 12,59 из таблицы χ² распределения;
χ2N-1;0,95= χ26;0,95= 1,64 из таблицы распределения;
левая граница интервала;
правая граница интервала.

Таким образом, найден доверительный интервал для дисперсии нагрузки426, 3274,3]
Затем берутся верхние границы этих интервалов в качестве расчетных величин для данного технологического режима и данного типа электроприемников.

Аналогично определяются характеристики электрических нагрузок в остальных технологических режимах. Продолжительность протекания технологических режимов измеряют по часам в течение базисного времени суток или рабочей смены. В примере продолжительность протекания технологических режимов измеряли в течение суток. Средние величины и доверительные интервалы продолжительности протекания технологического процесса определяются по формулам, аналогичным определению электрических нагрузок.

Результаты вычислений приводим ниже в виде четырех векторов:
P⁽ⁿ⁾= (P(n)1

,...,P(n)k(n)) Вектор электрической нагрузки
S⁽ⁿ⁾= (S(n)1,...,S(n)k(n)) Вектор дисперсии электрической нагрузки
T⁽ⁿ⁾= (t(n)1,...,t(n)k(n)) Вектор продолжительности протекания технологических процессов
τ⁽ⁿ⁾= (τ(n)1,...,τ(n)k(n)) Вектор дисперсии продолжительности протекания технологических процессов.

Таким образом, для каждой из количество установок) определяется четыре вектора.

Для первого типа установок:
P⁽¹⁾ (721, 220, 115, 60)
S⁽¹⁾ (57,2; 23,0; 16,0; 0)
T⁽¹⁾ (7,3; 2,5; 1,9; 12,3)
τ⁽¹⁾⁽¹⁾ (5,2; 1,5; 1,1; 2,0)
Для второго типа установок:
P⁽²⁾ (250; 220; 115; 60)
S⁽²⁾ (31; 33; 16; 0)
T⁽²⁾ (12,1; 2,5; 1,9; 7,5)
τ⁽²⁾⁽²⁾ (7,4; 1,5; 1,1; 1,8)
По найденным параметрам моделируется i-1 режим на установке n-го типа по формуле i 1, 2, k_9n; n 1, 2,

где X₀ стандартное нормальное распределение, т.е. распределение с параметрами (0,1).

Затем такое же построение проводится для установок каждого типа и для времени протекания каждого технологического режима. Определяем вероятность того, что установка n-го типа работает в i-м режиме

Для каждой из 5-ти установок строится разбиение отрезка [0; 1] на непересекающиеся интервалы вида

Получим такое разбиение

Затем проводится выборка (число установок 5) случайных чисел так, что попадание n-го числа этой выборки в один из интервалов, построенных выше, определяет режим работы n-й установки; построенная выше модель этого режима дает возможность выделить конкретную величину P(n)in

.

Таким образом, получается сумма

Этот численный эксперимент, без труда реализуемый на ЭВМ, повторяется L-раз и получаеnся набор чисел P₍₁₎, P₍₂₎, P_(L), который упорядочивается по возрастанию; выделяются [0,05 • L] (целая часть числа 0,05 самых больших P_(i) и наименьшее из этих [0,05 • L] чисел берется в качестве P расчетной.

Величина электрической нагрузки группы (P_гр.1) из 5 установок разного типа определена методом математического моделирования, в данном примере P_гр.1 1880 кВт.

При определении электрической нагрузки (P_гр.2) этой же группы по способу прототипу P_гр.2 2210 кВт.

Таким образом, по предлагаемому способу нагрузка группы уточняется (снижается) более чем на 15%
Источники информации
Авторское свидетельство СССР N 796765, кл. G 0/1 R 21/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР N 1307362, кл. G 01 R 21/00, 1987.

Бендат Дж. Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М. Мир, 1989, с. 540.

Использование: электроснабжение промышленных предприятий, в частности прогнозирование электрических нагрузок групп электроприемников различных типов. Сущность изобретения: производят предварительно по 3 - 4 измерения средних электрических нагрузок за интервалы заданной длительности на каждом типе электроприемника в каждом технологическом режиме и измеряют продолжительность каждого технологического режима за 3 - 4 базисных периода. По этим данным вычисляют средние значения и квадратичные отклонения индивидуальных нагрузок и продолжительностей технологических режимов и определяют в соответствии с точностью, требуемой условиями задачи, необходимое количество дополнительных измерений, вычисляют расчетные характеристики индивидуальных нагрузок и их продолжительностей, моделируют на ЭВМ с использованием нормального закона распределения каждый электроприемник и временной режим его работы и определяют методами математического моделирования групповую нагрузку. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ определения электрической нагрузки группы электроприемников, заключающийся в том, что измеряют индивидуальные нагрузки каждого типа электроприемников, время их протекания за базисный период и вычисляют групповую нагрузку с вероятностью превышения не более требуемой условиями задачи, отличающийся тем, что предварительно производят по три-четыре измерения средних электрических нагрузок за интервалы заданной длительности на каждом типе электроприемника в каждом технологическом режиме, измеряют продолжительность каждого технологического режима за базисное время три-четыре раза, вычисляют по этим данным средние значения и квадратичные отклонения индивидуальных нагрузок и продолжительности каждого технологического режима и определяют по ним в соответствии с точностью, требуемой условиями задачи, необходимое количество дополнительных измерений, производят дополнительные измерения индивидуальных электрических нагрузок и продолжительностей их существования за базисное время, вычисляют по ним математические ожидания и дисперсии индивидуальных нагрузок и продолжительностей технологических режимов, в соответствии с этими расчетными характеристиками моделируют на ЭВМ методом Монте-Карло с использованием нормального закона распределения каждый электроприемник и временной режим его работы, осуществляют выборку случайных чисел, которая определяет режим работы каждого из смоделированных электроприемников в соответствии с вероятностями появления этих режимов, которые определяют в соответствии с временным режимом работы каждого электроприемника, суммируют индивидуальные нагрузки и определяют случайную выборку нагрузок группы, определяют методами математического моделирования групповую нагрузку. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения средних электрических нагрузок электроприемников производят в каждом технологическом режиме в начале, середине и конце технологического процесса.