Заявка

В условиях рыночной экономики и значительного повышения цен на энергоресурсы особую важность приобретает проблема эффективного управления электропотреблением на промышленных предприятиях. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является использование возможностей непосредственного автоматического управления режимом электропотребления [1]. Причины, которые вызывают необходимость автоматического регулирования режимов электропотребления, состоят как в стремлении повысить экономичность работы промышленных предприятий, так и в проблемах покрытия переменной части графиков нагрузки энергосистем имеющимися генерирующими мощностями электростанций и недостаточной долей в них высокоманевренных мощностей. Эти причины обусловили создание и постоянное совершенствование организационно-диспетчерских методов управления режимами электропотребления на промышленных предприятиях на основе тарифных систем. В настоящее время одной из наиболее действенной и широко используемой тарифной системой является двухставочный тариф на потребление электроэнергии, который предполагает оплату двумя частями: плата за договорную (заявленную) мощность в часы прохождения энергосистемой максимума нагрузки и плата за потребленную электроэнергию. Такой тариф предназначен для предприятий с высокой электрической мощностью, так как он побуждает уменьшать лимиты потребления, но при этом работать круглосуточно. Однако добиться того, чтобы в периоды пиковых режимов работы действительная нагрузка предприятия не превышала допустимую мощность (заявленную в контракте на поставку электроэнергии), чрезвычайно сложно с помощью организационно-диспетчерских методов. А при превышении заявленной мощности на потребителя накладываются штрафные санкции в несколько раз превышающие размеры установленного тарифа. Очевидно, что добиться качественного “отслеживания” договорного графика мощности можно только с помощью автоматического регулирования. И хотя идея автоматического управления электропотреблением не нова, разработка более совершенных моделей автоматического регулирования потребляемой мощности является актуальной.

В данной работе предлагается одна из возможных математических моделей централизованного регулятора, обеспечивающего стабилизацию договорного графика мощности как по отклонению регулируемой величины, так и по отклонению ее среднеинтегрального значения на контролируемом интервале времени. Модель разработана для дискретной во времени системы автоматического управления, в которой как сигналы измерения регулируемой величины, так и сигналы централизованного управления, которые представляют собой величины изменения мощности на определенном интервале времени, реализуются в дискретные моменты времени.

Технической основой реализации такого централизованного регулятора должны стать программируемые автоматизированные системы контроля и управления электропотреблением (АСКУЭ), все более широко внедряемые на промышленных предприятиях, но в основном используемые в настоящее время для коммерческого и технического учета электроэнергии.

Математической основой разработанной модели является дискретно-временной подход к управлению [2], который реализует принцип последовательной компенсации случайных отклонений потребляемой мощности от заданного значения с помощью многошагового дискретного процесса управления на интервалах времени Dt_k=t_k₊₁- t_k, k=0,1,2… порядка одной-нескольких минут (здесь k- индекс дискретного момента времени).

Так как процесс дискретно-временного управления рассматривается для достаточно медленных (минутных) измерений потребляемой мощности, то при дискретном переходе от одного значения мощности к другому под воздействием управлений можно пренебречь динамикой этого перехода, которая проявляется при быстрых изменениях режима. Предполагая, что суммарная потребляемая предприятием мощность дикретно зависит от управляющих воздействий во времени, представим переход отклонения мощности в момент времени t_k к отклонению в момент времени t_k₊₁ в виде следующей дискретно-временной модели управления:

, (1)

где –отклонение текущего измеренного значения мощности в момент времени t_k от заданного значения мощности , т.е. ; – предполагаемое отклонение мощности от в момент времени t_k₊₁ , т.е. ; – сигнал управления по мощности (сигнал регулирования). Величина заданного значения мощности представляет собой заранее заданное предельно допустимое значение мощности (лимит), неизменное на достаточно длительных периодах времени DТ (при этом DТ>>Dt_k_; обычно DТ=30мин). Автоматическое регулирование мощности подразумевает построение замкнутого регулятора, который будет изменять потребляемую мощность и возвращать ее к заданному состоянию (® ) при наличии случайных отклонений мощности в произвольные моменты времени.

Реализовать такой регулятор можно в виде безынерционной обратной связи по координатам состояния объекта, в качестве которых предлагается выбрать отклонение мощности на данном интервале времени и среднее отклонение мощности с начала некоторого контролируемого отрезка времени DТ (ошибка регулирования по мощности) на данный интервал времени:

, (2)

где , – коэффициенты усиления соответственно пропорциональной обратной связи и обратной связи по ошибке регулирования; –ошибка регулирования по мощности на момент времени t_k_-1 , начиная с некоторого момента времени t_1.При этом средняя ошибка регулирования определяется как средняя скользящая ошибка на данный момент контроля по формуле:

. (3)

Введение в закон управления (2) обратной связи по средней скользящей ошибке (3) позволяет при соответствующей настройке коэффициентов и обеспечить регулирование графика изменения мощности с необходимой точностью.

Для настройка коэффициентов усиления и в (2) формируется модель управления, расширенная по величине средней ошибки стабилизации (1), т.е.

, (4)

где – номер шага управления, начиная с начала некоторого периода контроля DТ, например, с начала 30-минутного периода в часы максимума нагрузки.

Подставив уравнение (3) в уравнение (4), получим уравнение замкнутой системы регулирования:

. (5)

Настройка коэффициентов усиления и осуществляется путем придания характеристическому полиному замкнутой системы (5) заранее определенных значений корней, что обеспечит желаемую сходимость процесса управления в системе.

1. Праховник А. В. , Федосенко Д. М. Управління використанням електричної енергії: стан та варіанти розв’язання проблеми // Технічна електродинаміка, Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”, частина 1. – 2004 - с. 22 – 27.

2. Филатов А.Г. Стабилизация электрических нагрузок в электроэнергетических системах // Технічна електродинаміка, тематичний випуск "Проблеми сучасної електротехніки", частина 5.- 2006 - с.3-8.