РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ФОРМИРОВАНИЯ ГРАФИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ШАХТНОГО ВОДООТЛИВА

Работа выполнена в рамках государственного задания (шифр № 13.707.2014/к).

Промышленные предприятия, выходя на оптовый рынок электроэнергии в качестве участника, основной своей задачей ставят снижение затрат на потребляемую электроэнергию, поэтому важно оптимизировать режим его электропотребления.

Процессы электроснабжения и электропотребления физически различные процессы, совпадающие во времени только до тех пор, пока в технологической цепи выработка — потребление электроэнергии нет аккумулирующих емкостей в промышленных масштабах [3].

В связи с этим становится очевидной проблема повышения эффективности действующих генерирующих мощностей электростанций. Одним из перспективных направлений решения этой проблемы является уплотнение суточных графиков электрической нагрузки (ГЭН), т. е. выравнивание графиков электрической нагрузки без недоотпуска электроэнергии ее потребителям [6]. Идеальным в этом аспекте является график электрической нагрузки прямоугольной формы [2].

Однако способы регулирования графиков нагрузки были направлены прежде всего на регулирование самой нагрузки предприятия без учета возможности применения накопителей энергии.

В работе проведено исследование на примере водоотливной установки горнорудного предприятия. Рассмотрены методы составления и реализации графиков работы потребителей-регуляторов мощности, формирующих режимы электропотребления предприятия, оптимизированные по минимуму затрат на электроэнергию при обеспечении требуемого уровня безопасности и качества.

В ходе работы был составлен алгоритм формирования графиков нагрузки водоотливных установок и создана математическая модель данного алгоритма, представленная ниже.

Рассмотрим комплекс водосборников и водоотливных установок как систему, состоящую из n последовательно соединенных резервуаров  с емкостями

Период работы Т (сутки) разбит на J тарифных зон (ТЗ) с длительностями

В резервуар  поступает вода (естественный приток) с интенсивностью  Насос откачивает воду из  с интенсивностью  В пределах одной ТЗ  — const. Вода, откаченная из  поступает в  с интенсивностью . Обозначим через  — объем жидкости в  в конце j-ой ТЗ. Тогда для резервуара  имеем:

         (1)

При естественных ограничениях                     (1а)

Обозначим  — суммарная производительность для j-той ТЗ и  — стоимость одного КВт*час электроэнергии для j-той ТЗ.

Требуется определить величины , доставляющие минимум полной стоимости электроэнергии:

.                                                    (2)

Суммируем  по выражению (1) в пределах изменения j от 1 до m (m=1,2…J) [3]:

                  (3)

где: — объем воды в в начале периода.

Из (3) при m=J получаем:

В силу периодичности процесса поэтому

                                                    (4)

Из (1а) и (3) получаем системы неравенств:

              (5)

(5) и (4) суммируем по k в пределах от 1 до :

                        (6)

                            (7)

Здесь учтено, что .

Суммируем выражения (6) и (7) по  от 1 до n:

,

где:  

Таким образом, получаем задачу линейного программирования (ЛП), определяемую выражением:

При условиях

                  (8)

где:    

Положим . Тогда задача ЛП примет вид:

С учетом проведенных замен:  

В качестве реального объекта принят рудник с трехступенчатой схемой водоотлива [3].

Рисунок 1. Схема рудничного водоотлива

За исходные данные приняты значения притоков шахтных вод для трех горизонтов, приведенные в таблице 1.

Таблица 1.

Притоки подземных вод по горизонтам

Характеристики водосборников приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Характеристики водосборников рудника

Для решения математической модели был применен симплекс-метод в среде MathCad [1].

В результате были получены следующие результаты:

На рисунке 2 представлены необходимые производительности насосов для каждого из горизонтов: для 3-го горизонта тонкой линией, для 2-го горизонта жирной пунктирной, а для 1-го горизонта просто жирной.

Рисунок 2. Суточный график производительности водоотлива

Суммарный график нагрузки шахтного водоотлива, сформированный на основе полученных графиков производительности водоотлива 1—3 горизонтов, представлен на рисунке 3 [5].

На рисунке 3 тонкой линией показан исходный суточный график нагрузки шахтного водоотлива, а жирной — полученный суточный график нагрузки шахтного водоотлива.

Рисунок 3. Расчетный график нагрузки шахтного водоотлива

В результате применения разработанного алгоритма удалость выровнять график электрической нагрузки в каждой из тарифных зон, а также снизить электропотребление в часы максимума нагрузки, что позволяет значительно уменьшить оплату за электропотребление.

Применение разработанного алгоритма формирования суточного графика нагрузки шахтного водоотлива на данном примере позволяет снизить оплату за электроэнергию, потребляемую водоотливными установками, более чем на 40 %.

Список литературы:
1.    Большакова И.В., Кураленко М.В. Линейное программирование. — Мн.: БНТУ, 2004, 148 с.
2.    Гуртовцев А.Л., Забелло Е.П. Электрическая нагрузка энергосистемы. Выравнивание графика // Новости электротехники. 2008. № 5. С. 108—114.
3.    Хронусов Г.С. Комплексы потребителей регуляторов мощности на горнорудных предприятиях. — М.: Недра, 1989.
4.    Черный А.А. Математическое моделирование: Учебное пособие. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. — 256 с.
5.    Шклярский Я.Э., Брагин А.А. Снижение потерь энергии в электрических сетях предприятий // Жернал «Известия ВУЗов. Горный журнал» № 1, 2013. — С. 99—103.
6.    Шклярский Я.Э., Брагин А.А. Рациональное формирование графика нагрузки электротехнического комплекса горного предприятия // Записки Горного института. — Т.196. — Спб. — 2012. — С. 281—284.