Евразийский
научный
журнал

Математическое моделирование процесса управления электропотреблением крупного железнодорожного узла

Поделитесь статьей с друзьями:
Автор(ы): Мухамбетов Серк Балтаваевич
Рубрика: Технические науки
Журнал: «Евразийский Научный Журнал №2 2016»  (февраль)
Количество просмотров статьи: 879
Показать PDF версию Математическое моделирование процесса управления электропотреблением крупного железнодорожного узла

С.Б.Мухамбетов (к.т.н., доц., ПФ МИИТ)

Управление электропотреблением объектов тяговой и нетяговой энергетики является одним из путей повышения энергетической эффективности на железнодорожном транспорте. В статье приведена методика управления электропотреблением крупного железнодорожного узла путем изменения режима работы нетяговых потребителей электроэнергии.

Экспериментальные исследования методов прогнозирования и алгоритмов выбора электроприемников потребителей-регуляторов позволили выбрать соответствующие методы, которые дают минимальную погрешность в эксплуатационных условиях. Т.е. на верхнем уровне контура управления режимом электропотребления учитываются требования по учету электроэнергии, а на нижнем - реальные характеристики потребителей – регуляторов.

Целью математического моделирования процессов прогнозирования и оценки ущерба является установление ограничений по электропотреблению для выбранных потребителей – регуляторов.

В качестве потребителей-регуляторов были выбраны вагоноремонтное депо дирекции по обслуживанию пассажиров (ВРД-15) и ремонтное локомотивное депо ст. Саратов 2 (ТЧр-16). Для выполнения необходимых расчетов, было проведено энергетическое обследование данных предприятий.

Система электроснабжения ВРД-15, находясь в рабочем состоянии, потребляет значительное количество электроэнергии.

В таблице 1 представлен анализ отклонения фактического расхода от планового в 2015 году. Из таблицы видно, что превышение фактического расхода над планируемым расходом в 2015 году не наблюдается. Самое большое отклонение фактического расхода от планируемого было  в июне и составило - 33 %.

В целом, из таблицы видно, что потребление электроэнергии носит в основном выраженный сезонный характер: в зимний период потребление электроэнергии возрастает по сравнению с летним периодом.





















Таблица 1

Анализ расхода электроэнергии по ВРД - 15 за 2015 год


Период

Производственный расход за 2015 год,

(тыс. кВт час)

Отклонение фактического расхода от планового,

(%)

Плановый

Фактический

январь

903

732,93

- 19

февраль

770

725,21

- 6

март

664

614,74

- 7,5

апрель

550

490,3

- 11

май

500

431

- 14

июнь

500

334,82

- 33

июль

364

385,91

6

август

417

362,87

- 13

сентябрь

450

429,74

- 4,5

октябрь

585

545,35

- 7

ноябрь

660

632,9

- 4

декабрь

650

640,04

- 1,5

Итого:

7013

6325,81

- 10


В итоге в 2015 году суммарный фактический расход электроэнергии составил 6325,81 тыс. кВт×ч, а планируемый расход электроэнергии – 7013 тыс. кВт×ч, превышение планируемого расхода над фактическим по ВРД -15 составило –687,19 тыс. кВт×ч (10 %).

Суммарная установленная мощность электрооборудования ВРД-15 составляет 5636,36 кВт.

Аналогичным образом был проведен анализ электропотребления ТЧр-16. Отмечено, что превышение фактического расхода над планируемым расходом в 2015 году не наблюдается. Самое большое отклонение фактического расхода от планируемого было  в сентябре и составило 24,3 %. Потребление электроэнергии на предприятии, как и на ВРД-15, носит в основном выраженный сезонный характер: в зимний период потребление электроэнергии возрастает по сравнению с летним периодом.

В итоге в 2015 году суммарный фактический расход электроэнергии составил 4130,231 тыс. кВт×ч, а планируемый расход электроэнергии – 4501,56 тыс. кВт×ч, превышение планируемого расхода над фактическим по ВРД -15 составило –371,329 тыс. кВт×ч (8,25 %).

Доля ВРД-15 в суммарном электропотреблении Саратовского узла составляет, в среднем, около 10,54 % в месяц.

ОАО «Саратовэнерго» питает 3 тяговые подстанции с суммарным электропотреблением около 15 млн.кВт*ч в месяц.

Поэтому, в суммарном электропотреблении всех тяговых подстанций, доля ВРД-15 в среднем составит 3,5 % .

Для ТЧр-16 эти параметры составят 6,89% и 2,3% соответственно.

Рассмотрим случай, когда вырос объем перевозок, и выросло электропотребление всего узла, т.е. возникла угроза перерасхода электроэнергии.

Для расчета ограничений по электропотреблению представим исходные данные в табличном виде (табл. 2,3.),обозначив р12, р3*, р4*-минимальные и максимальные мощности оборудования в рабочее и нерабочее время.

Таблица 2

Параметры потребителей-регуляторов

ПР

Pуст,

кВт

Электропотр.

кВт ч

р1,

кВт

р2,

кВт

р3*,

кВт

р4*,

кВт

Ущерб,

руб/ч

Раб.

время, ч

Нераб.

время, ч

На

20 день

План

ВРД-15

5636,36

488 620

907 000

1127,27

4509,09

281,81

1127,27

25750

56

184

ТЧр-16

4453,2

312 015

478 940

1169

3563,01

179,7

1169

28612

56

184


Таблица 3

Параметры электропотребления Саратовского узла    

Месяц

Электропотр.

 за 20 суток,

кВт*ч

Электропо-требление на тягу поездов+остальные потребители

(на 20 сутки)

По договору

По договору тяга+сторонние

 

Прогноз,

кВт*ч

Прогноз,

тяга+остальные потребители

DW, кВт*ч

DW, %

Тариф,

руб./кВт*ч

Штраф,

Руб.

январь

 

3636773,3

 

 

2836138,3

4 901 182

 

3515242

5 455 160

 

4254207,5

553 978

11, 3

2,36

5115432,85

  

Для решения поставленной задачи воспользуемся алгоритмом математического моделирования процессов прогнозирования и оценки ущерба [1].

На рис. 1 изображено графическое представление методики расчета.

Рис.1.PNG


Рис. 1 Графическое представление методики расчета

Для фиксированных номеров Ф1.PNG решается оптимизационная задача:

Ф2.PNG

где

Ф3.PNG

где η - коэффициент ущерба.

Причем всегда имеют место неравенства Ф4.PNG

Произведем необходимые расчеты для tk=20, T=30 суток:

Ф5.PNG

Рассчитаем величину С:

Таблица.PNG

Рассчитаем величину d:

Таблица.PNG

Для ВРД-15:

Ф6.PNG

Решением задачи будет:

Если Ф7.PNG

x1*= 1227,27 кВт

x2*= 281,81 кВт

Т.е. для минимизации ущерба железной дороги необходимо поддерживать мощность электроприемников ВРД-15:

  1. В рабочее время (56 часов) – 1227,27 кВт

  2. В нерабочее время (184 часа)- 281,81 кВт

Для ТЧр-16:

Рассчитаем величину С:

Таблица.PNG

Рассчитаем величину d:

Таблица.PNG

Ф8.PNG
Решением задачи будет:

Если Ф9.PNG

x1*= 1163 кВт

x2*= 179,7 кВт

Т.е. для минимизации ущерба железной дороги необходимо поддерживать мощность электроприемников ТЧР-16:

1.В рабочее время (56 часов) – 1163 кВт

2.В нерабочее время (184 часа)- 179,7 кВт

При использовании дополнительных потребителей-регуляторов подобного типа, величина регулирования электропотребления возрастает. Число потребителей - регуляторов увеличивается в крупных железнодорожных узлах.

Таким образом, электропотребление ВЧД-15, ТЧР-16 за тридцать суток месяца составит:

Ф10.PNG

После проведения управляющих воздействий глубина снижения электропотребления по сравнению с договорным составит 5,12%.

Литература

  1. Мухамбетов С.Б., Рыхлов В.С. Алгоритм оптимизации электропотребления объектами железнодорожного транспорта/ Интеллектуальный потенциал высшей школы – железнодорожному транспорту/Межвузовский Сб. науч. статей, Саратов 2006.