Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite donji obrazac
Studenti, studenti postdiplomskih studija, mladi naučnici koji koriste bazu znanja na svojim studijama i radu biće vam vrlo zahvalni.
Objavljeno dana http://www.allbest.ru/
sažetak na ovu temu:
Osnovi optimizacije načina rada elektrana i elektroenergetskih sistema
1. Zadaci i kriteriji za optimizaciju režima elektroenergetskih sistema
Optimizacija načina rada elektroenergetskih sistema i elektrana jedan je od sekcija teorije i metoda upravljanja elektroenergetskim sistemima (EPS). Postoje zvanični dokumenti o rešenju sledećeg niza režimskih zadataka u EPS-u:
Izrada planiranih bilansa električne energije i proizvodnje električne energije za različita razdoblja (od minuta do godine) i za različite objekte.
Određivanje količina i cijena za dugoročnu, kratkoročnu i operativnu prodaju električne energije, kapaciteta i rezervi.
Izračun mrežnih tarifa uzimajući u obzir gubitke električne energije.
Određivanje troškova električne energije po zonama rasporeda opterećenja i po godišnjim dobima.
Određivanje načina rada termoelektrane (TE).
Određivanje načina korišćenja vodnih resursa hidroelektrane (HE).
Izgradnja generaliziranih energetskih, ekonomskih i troškovnih karakteristika za elektrane i zone napajanja.
Regulacija jalove snage i napona.
Izbor i smještaj rezervi snage.
Navedeni zadaci nisu cjelovita lista zadataka u kojima se izračunava način rada EPS, već samo pokazuju važnost optimizacije načina rada.
Za praktično rješenje i softversku implementaciju bilo kojeg režimskog zadatka potrebna je njegova formalizacija koja uključuje pet faza.
Izrada matematičkog modela.
Izbor metode donošenja odluke.
Razvoj algoritma rješenja.
Modeliranje informacija.
Implementacija softvera.
Svaka formulacija problema pronalaženja optimalnog rješenja mora zadovoljiti najmanje dva zahtjeva:
Problem mora imati najmanje dva moguća rješenja;
Treba formulirati kriterij za odabir najboljeg rješenja.
Sa stanovišta klasifikacije mogu se razlikovati sljedeći zadaci optimizacije: kontrola funkcioniranja sistema, kontrola razvoja sistema i kontrola tehnoloških procesa.
Matematičko modeliranje. Zadržimo se ukratko na onim odredbama modeliranja problema električne energije koje se koriste za njihovo rješavanje. Samo prilikom izrade modela bitne karakteristike sistemima. Takođe je potrebno formulirati logičke pretpostavke, odabrati oblik prezentacije modela, nivo njegove detaljnosti i način implementacije. Studije optimizacije obično koriste dvije glavne vrste modela: analitički i regresijski.
Analitički modeli uključuju jednadžbe materijalne i energetske bilance, odnosa između tehničke karakteristike i jednačine koje opisuju fizička svojstva i ponašanje sistema na nivou tehničkih principa.
Prilikom modeliranja važno je jasno definirati granice sistema koji se proučava. Postavljaju se ograničenjima koja sistem odvajaju od vanjskog okruženja. U procesu rješavanja problema može se postaviti pitanje proširenja granica sistema. Ovo povećava dimenziju i složenost modela. U inženjerskoj praksi treba težiti razbijanju velikih sistema na relativno male podsisteme. Istovremeno, potrebno je biti siguran da takva dekompozicija neće dovesti do pretjeranog pojednostavljenja stvarne situacije.
Ako se utvrde svojstva sustava i uspostave njegove granice, tada se u sljedećoj fazi modeliranja optimizacijskog problema odabire kriterij (ciljna funkcija) na temelju kojeg je moguće procijeniti ponašanje sustava i odaberite najbolje rješenje. U inženjerskim primjenama obično se primjenjuju ekonomski kriteriji. Kriterij mogu biti i tehnološki faktori: trajanje proizvodnog procesa, količina potrošene energije itd. Često se situacija komplikuje činjenicom da je u rješavanju problema potrebno osigurati ekstremne vrijednosti nekoliko sukobljenih kriterija . U ovom slučaju govorimo o višekriterijskim problemima.
U sljedećoj fazi modeliranja problema optimizacije potrebno je odabrati neovisne i ovisne varijable koje bi trebale na odgovarajući način opisati funkcioniranje sustava.
Pri odabiru nezavisnih varijabli treba:
Razlikovati varijable čije vrijednosti mogu varirati u prilično širokom rasponu i varijable čije su vrijednosti fiksirane u procesu optimizacije;
Odaberite parametre na koje utječu vanjski i nekontrolirani faktori;
Neovisne varijable odaberite na takav način da se sva najvažnija tehnička i ekonomska rješenja odražavaju u matematičkom modelu problema.
Nepravilan izbor nezavisnih varijabli može dovesti do pseudo-optimalnih rješenja.
Zavisne varijable moraju biti povezane sa nezavisnim varijablama. Zavisne varijable su u pravilu parametri rezultata modela i određuju se zahtevima za rezultatima funkcionisanja objekta. Na primjer, potrošnja goriva je neovisna varijabla, a aktivna snaga elektrane ovisna. Njihov odnos ogleda se u energetskim performansama elektrane.
Općenito, matematički model optimizacije uključuje: formalni opis problema; kriterij za rješavanje problema; nezavisne i zavisne varijable; jednadžbe odnosa između nezavisnih i zavisnih varijabli; ograničenja na varijable u obliku jednakosti i nejednakosti (obično se određuju gornjom i donjom granicom za promjenu parametara sistema).
Donošenje odluke u uvjetima sigurnosti karakterizira jednoznačan (deterministički) odnos između donesene odluke i njenog ishoda. Determinističkim se može smatrati sistem u kojem elementi međusobno djeluju na tačno predvidive načine.
Deterministički model odražava ponašanje sistema sa stanovišta potpune sigurnosti u sadašnjosti i budućnosti. Ponašanje takvog sistema je predvidljivo ako su poznata trenutna stanja njegovih elemenata i zakoni transformacije informacija koje cirkuliraju između njih.
Većina režimskih zadataka u EPS-u može se samo uslovno smatrati determinističkim. Međutim, u praksi se mnogi od njih rješavaju upravo u ovom okruženju, što se objašnjava potrebom nedvosmislenih rješenja za kontrolu načina i složenosti, a ponekad i nemogućnošću uzimanja u obzir vjerovatnosnih svojstava EES-a povezanih sa samom priroda događaja i tehnološki procesi.
Općenito, matematički model optimizacijskog problema uključuje sljedeće komponente.
Cilj funkcija - kriterij optimizacije
F (X, Y) van (1)
2. Jednadžbe sprezanja koje određuju odnos između varijabli:
Ova veza često ima oblik određenih karakteristika predmeta, na primjer, energetskih karakteristika. Odnos između X i Y može biti eksplicitan ili implicitan.
3. Jednadžbe ograničenja pokazuju dopuštene uvjete za promjenu neovisnih i ovisnih varijabli i funkcija iz njih:
Xmin? X? Xmax (3)
Ymin? Da? Ymax (4)
hmin? h "(X, Y)? hmax (5)
Nakon formuliranja optimizacijskog problema, potrebno je odabrati metodu optimizacije i metode za uzimanje u obzir ograničenja, detaljno opisanih u.
U operativnim zadacima koriste se različiti kriteriji za optimizaciju: tehnički, ekonomski i komercijalni. Mogu se razmotriti udruženja, elektroenergetski sistemi, elektrane, preduzeća sa električnom mrežom. To dovodi do različitih zadataka i kriterija za optimizaciju načina rada.
Kriterijumi za optimizaciju za elektrane u pogonu. Za elektrane je riješen problem optimizacije načina rada unutar elektrane, a najčešće se koriste tehnički kriteriji, kao što su troškovi ili minimalna potrošnja goriva elektrane (za hidroelektrane minimum hidro resursa)
ili maksimalna efikasnost
Optimizacija načina rada usmjerena je na odabir optimalnog sastava operativne opreme, aktivnog Pi i reaktivne Qi snage jedinica. Problem se rješava u bilo kojem vremenskom razmaku od minuta do godine. Ovi se kriteriji koriste za konstrukciju ekvivalentnih karakteristika snage postrojenja.
Kriterij za optimizaciju načina rada električne mreže. Električna mreža može uključivati \u200b\u200bjedno ili više mrežnih preduzeća. Kada se optimizira način rada električne mreže, kriterij mogu biti gubici energije (ili snage) u mreži, tj. Minimalni gubici aktivne snage:
i minimalni gubici energije
Prema tim kriterijima može se dobiti ekvivalentna optimalna karakteristika gubitaka električne energije.
Kriteriji za optimizaciju za režime elektroenergetskog sistema.
Pri optimizaciji načina rada EPS potrebno je uzeti u obzir njegove tehničke i ekonomske karakteristike: teritorijalne razmjere i mogućnost proizvodnje električne energije. Trenutno je optimizacija režima od velike važnosti za subjekte koji posluju na veleprodajnom tržištu električne energije i kapaciteta. Tržištem na veliko upravlja administrator sistema trgovanja, koji na osnovu obrta formira politika cijena tržište u svim vremenskim intervalima. Sudionici veletržnice su elektrane, mrežna preduzeća (JV) i veliki potrošači. Cijene koje objavljuju elektrane (dobavljači energije) određuju potražnju za njihovim kapacitetima i električnom energijom (roba). Ako su cijene visoke, tada proizvod može biti u potpunosti ili djelomično položen. Optimizacija režima može se provesti u različitim zadacima prema kriterijima minimalne cijene za EES, minimalnih troškova ili maksimalne dobrobiti tržišnih subjekata.
Način utječe na troškove i bit će optimalan kada
Ali ako koristimo kriterij minimalne cijene električne energije
tada će se energetski bilansi u EPS-u promeniti. U praksi se često koristi kriterij (11).
2. Planiranje načina rada elektrana
Operativni troškovi za proizvodnju, prenos i distribuciju električne energije ne ovise samo o tome vanjski faktori, od kojih su glavne karakteristike i vrijednost priključenog opterećenja, ali i iz režima električnog sistema, na koji se može utjecati kroz sistem upravljanja. Postoji određena veza između operativnih troškova 3 i upravljanja načinima rada električnog sistema, koji se mogu okarakterizirati odnosom
Komponenta 30 uključuje takve komponente kao što su troškovi plaća za operativno osoblje, troškovi niza mjera za poboljšanje pouzdanosti i efikasnosti rada elektroenergetske opreme povećanjem efikasnosti uređaja za pretvorbu i prenos energije (generatori pare, turbine, generatori, itd.). Ovi troškovi su gotovo neovisni o režimu električnog sistema, a njihovo smanjenje postiže se naporima operativnog osoblja u elektranama i mrežnim preduzećima.
Druga komponenta 3 (P) karakterizira troškove energetskih resursa i ovisi o načinu rada elektroenergetskog sustava, sastavu i opterećenju opreme koja je uključena u operaciju. U ovom su slučaju glavni nosioci energije gorivo za termoelektrane i voda za hidroelektrane. Vrijednost 3 (P) određuje se prema cijeni goriva, uzimajući u obzir njegovu proizvodnju i transport. Rješenje problema upravljanja načinima rada elektroenergetskog sistema je utvrđivanje upravljačkih radnji koje osiguravaju minimum ukupnih troškova za proizvodnju, prenos i distribuciju električne energije. Stoga se ovaj zadatak svodi na minimiziranje troškova energetskih resursa 3 (P). Zauzvrat, minimalni troškovi goriva mogu se postići samo uz potpuno optimalno korištenje ograničenih vodnih resursa.
Vrijednost ukupnog aktivnog opterećenja elektroenergetskog sistema Pn određena je ponašanjem potrošača električne energije i u elektroenergetskom sistemu se smatra zadanim parametrom koji karakterizira vanjski utjecaj. Uzimajući u obzir gubitke snage u elementima mreže za svaki trenutak, mora biti ispunjen uvjet bilansa snage
gdje je PH (t) ukupno opterećenje potrošača; - aktivna snaga i-tog izvora u trenutku t; - ukupni gubici aktivne snage u električnom sistemu u trenutku t. Neispunjavanje uvjeta (13) dovest će do odstupanja frekvencije od nominalne vrijednosti.
Uslov (13) mora biti zadovoljen da bi se održala nazivna frekvencija. Optimalna kontrola normalnih načina rada elektroenergetskog sistema sastoji se u ekonomičnoj raspodjeli opterećenja sistema među izvorima, tj. u određivanju vrijednosti Pi (t) koje osiguravaju minimalne troškove energetskih resursa. Istovremeno, raspoloživost vodnih resursa Wj određena je prirodnim uslovima vodotoka (područje sliva, količina padavina itd.), Kao i dodatnim uslovima plovidbe, drvenom splavarenju, prolazu ribe itd.
Da li je moguće izvršiti optimalnu kontrolu samo na osnovu trenutnih informacija PH (t) o opterećenju u određenom trenutku? Da biste to učinili, razmotrite odnos između trenutnog i narednih EPS načina rada kroz kriterij optimalnosti. Dnevni grafikon ukupnog opterećenja (uključujući gubitke električne energije) za svaki elektroenergetski sistem u tekućoj sezoni godine ima prilično stabilan oblik za radne, neradne, praznike i praznike. Priroda takvog grafikona prikazana je na sl. 1 Grafikon dnevne potrošnje energije približan je prikazom koraka s vremenskim korakom od 1 sata. Razvoj automatiziranog sistema kontrole otpreme doveo je do prijelaza od \u003d 1 sata do polusatne i čak 15-minutne aproksimacije grafikona električnog opterećenja Pn (t).
Slika: 1 - Grafikon ukupnog opterećenja EPS-a
Razlika između dnevnog maksimuma Pmax i noćnog minimuma Pmin u velikoj mjeri ovisi o udjelu industrijske potrošnje energije i klimatskim uvjetima. Dio tereta P6 (t) pokrivaju bazne elektrane, koje uključuju najekonomičnije jedinice kondenzacionih termoelektrana, nuklearnih elektrana, hidroelektrana za vrijeme poplava, čiji se režim iz jednog ili drugog razloga razmatra navedeno. Na primjer, za CHP postrojenje, električni režim ovisi o rasporedu proizvodnje topline. Ostatak krivulje električnog opterećenja podijeljen je na polu-vrh i vrh. Pokrivanje opterećenja u dijelu vršnog vrha vrši IES srednjih parametara, a u vršnom dijelu HE, TE srednjeg pritiska i pumpne akumulacione stanice (PSPP). Dodjela stanica osnovnim, polu-vršnim i vršnim dijelovima rasporeda električnog opterećenja određena je njihovom upravljivošću i efikasnošću.
Budući da se pokazalo da je razlika između Pmax i Pmin velika (ponekad dostiže i 50% Pmax), sastav proizvodne opreme ne može se nepromijeniti tijekom dana. Trenuci uključivanja i isključivanja generatora elektrana i njihovog opterećenja ovise o rasporedu potrošnje energije i određuju se ne samo vrijednošću PH (t) u trenutnom vremenu. Slijedom toga, problem optimizacije ima integralni karakter.
S obzirom da nam priroda daje hidroenergetske izvore besplatno, tada je režimska komponenta 3 (P) određena troškom goriva u vremenskom intervalu T u obliku
gdje su: Bi (t) - potrošnja goriva (funkcija vremena) i-te termoelektrane, broj elektrana je NT; d: - koeficijent uzimajući u obzir troškove goriva, uključujući njegov transport do i-te stanice.
Zadatak je odrediti takav način rada termoelektrana PTi (t) na intervalu T kako bi se osigurao minimum Z (R). Najčešće se dan (24 sata) smatra vremenskim intervalom T. Ako ne uzmemo u obzir integralnu prirodu optimizacijskog problema, tada je sa pozicije datog trenutka u vremenu uvijek korisno u potpunosti napuniti sve HE, što će, naravno, dovesti do smanjenja troškova goriva u TE. Međutim, brzo iscrpljivanje hidro resursa dovest će do naknadno jasno neoptimalnih režima EPS-a (bez učešća HE). Stoga minimiziranje funkcije (14) treba izvesti uzimajući u obzir integralna ograničenja oblika
gdje: - potrošnja vode (funkcija vremena) na j-toj hidroelektrani (po satu t); Wj je planirano snabdijevanje (ispuštanje) vode u HE; NG je broj hidroelektrana. Ako je integralni protok vode veći od zapremine vode Wj koja ulazi u rezervoar, tada će to dovesti do smanjenja nivoa ispod dozvoljene razine, ako je manje, to će dovesti do nakupljanja vode i potrebe za ispuštanjem vode , zaobilazeći hidrauličke turbine, što je očito iracionalno (proizvodnja električne energije u ovom slučaju se postiže dodatnim sagorijevanjem goriva u TE).
Integralna priroda problema optimizacije nije određena samo ograničenjima (15) na vodni resurs, već i uvjetima za odabir sastava proizvodne opreme. To je zbog činjenice da se optimalni sastav opreme ne može naći samo na osnovu trenutnih podataka o opterećenju elektroenergetskog sistema. Potrebno je procijeniti njezino ponašanje još neko vrijeme T unaprijed. Zamislimo da je za uštedu goriva poželjno isključiti jednu ili drugu jedinicu. Međutim, svrsishodnost ovoga može se utvrditi samo uzimajući u obzir rješenje sljedećeg pitanja. Hoće li se ušteda goriva isključenjem uređaja ispostaviti većim od dodatnih troškova za njegovo daljnje pokretanje, čija se potreba može razjasniti uzimajući u obzir daljnje ponašanje tereta i habanja opreme od dodatnih pokretanja ?
U praksi se problem optimizacije načina rada elektroenergetskog sistema rješava u dvije faze. U prvoj fazi se planiraju sastav opreme i opterećenje hidroelektrane na osnovu prognoze ponašanja potrošača. U drugoj fazi je riješen problem ekonomične raspodjele opterećenja za zadati sastav opreme. U ovom slučaju karakteristike potrošnje Bi \u003d f (Pi) odgovaraju odabranom sastavu proizvodne opreme (generatori pare, turbine, blokovi).
Dakle, problem optimizacije načina rada EPS sastoji se u pronalaženju minimuma funkcije 3 (P) prema (14) kada su ispunjeni uvjeti za bilans snage (13) i vodenog bilansa (15). Integralna priroda optimizacijskog problema predodređuje višestepeno rješenje njegovog rješenja predviđanjem opterećenja PH (t), planiranjem režima termoelektrana i hidroelektrana za jedan dan PTi (t), PGi (t), tj. planiranje takozvanih dispečerskih rasporeda elektrana i brza korekcija tih rasporeda u vezi s nastalim greškama u prognozi opterećenja i neplaniranim hitnim promjenama u sastavu i proizvodne opreme i električne mreže (isključenje dalekovoda, (auto ) transformatori). Gornja formulacija problema optimizacije ispada nepotpuna, jer ne predviđa uvjete za pouzdano i visokokvalitetno napajanje potrošača električne energije. Ti su uslovi postavljeni u obliku niza ograničenja režima u obliku nejednakosti.
Nabrojimo najčešća operativna ograničenja:
Aktivne snage stanica variraju unutar
određena, s jedne strane, preopterećenošću generatora, a s druge strane stabilnošću rada toplinske opreme (na primjer, izgaranje baklji u generatorima pare) pri smanjenim opterećenjima.
Dostupna jalova snaga generatora općenito ovisi o opterećenju aktivne snage, ali radi pojednostavljenja zadatka obično se postavlja krutim granicama:
Napon čvora takođe mora biti podešen u prihvatljivim granicama, uzimajući u obzir regulatornu sposobnost transformatora:
Navedena ograničenja često se nazivaju čvornim, jer se odnose na parametre čvorova električnog kruga sistema. Uz njih je u nekim slučajevima potrebno uzeti u obzir linearna ograničenja struja i tokova snage dalekovoda ili grana transformatora električnog kruga
od uslova za zagrevanje žica i održavanje stabilnosti sistema.
Upravljanje naponima čvorova i protocima snage u dalekovodima ili u njihovom agregatu, nazvanim sekcijama, dovodi do potrebe da se u problem optimizacije uključe jednačine stacionarnog stanja:
upravljanje stanicom električne mreže
gdje su: Si - puna čvorna snaga jednaka Si \u003d SGj - SHi; SGj - generisana puna snaga TE ili HE; SHi je ukupna potrošnja energije; Yij - međusobna provodljivost i i j čvorova električnog kruga; n je broj čvorova u EPS-u bez balansirajuće elektrane, čiji napon na sabirnicama mora biti naveden Un + 1.
U jednadžbama (20) indeks t je izostavljen, ali treba imati na umu da su svi parametri električnih načina vremenski promjenjivi - Uj (t), SHi (t) itd.
Kompletni problem optimizacije velikih elektroenergetskih sistema toliko je kompliciran da se, uprkos visokom savršenstvu računarskih uređaja, mora, naravno, pojednostaviti do te mjere da ne dopušta značajnu grešku u rješenju. Prije svega, ovo se odnosi na podjelu ovog zadatka na faze:
Izbor sastava opreme (određivanje grafa stanja proizvodne opreme tokom dana);
Optimizacija načina rada EPS za zadati sastav opreme.
Zauzvrat, optimizacija načina rada EPS, koji sadrži termalne i hidrauličke stanice, podijeljena je na:
samostalno planiranje režima hidroelektrana;
samostalno planiranje režima termoelektrana.
U nekim slučajevima, da bi se postigla potrebna preciznost optimizacije, ova su dva procesa povezana u postupak iterativnog petljanja, ali rijetko kada se radi više od dvije takve petlje. Za početni raspored HE (na primjer, preuzet od prethodnog dana) određuje se optimalni način rada TE. Nakon toga se precizira režim hidroelektrane i opet režim termoelektrane.
Integralna ograničenja (15) uvode značajnu komplikaciju u problem optimizacije, budući da treba je smatrati integralnom cjelinom, tj. uz pronalaženje minimalnih ukupnih troškova u intervalu planiranja, najčešće svakodnevno. Ako se dnevni raspored opterećenja približi koraku od 1 sata, tada je T \u003d 24. Brojni elektroenergetski sistemi uzimaju u obzir intervale od pola sata i T \u003d 48.
Ovdje treba obratiti pažnju na slijedeće važne okolnosti. Ako u EPS-u nema hidroelektrana (sistem se može smatrati termoelektranom, koja se sastoji samo od termoelektrana), tada funkcija zapisivanja (14) u obliku
dobivamo takozvano svojstvo separabilnosti, za koje vrijedi jednakost "minimum zbroja jednak je zbroju minimuma":
To znači da optimalni način intervala prvog sata ne ovisi o načinu drugog intervala itd. Slijedom toga, složeni integralni problem optimizacije rastavlja se na T (broj intervala) neovisnih jednostavnijih problema, od kojih svaki ima svoj minimum.
Nakon optimizacije načina rada EPS za svaki od T intervala, rasporedi otpreme za rad svih elektrana u konačnici se dobijaju u obliku prikazanom na sl. 2
Slika: 2 - Raspored otpreme elektrane
Zadatak planiranja načina rada elektrana u smislu aktivne snage usko je povezan sa zadatkom određivanja naponskih nivoa kontrolnih tačaka elektroenergetskog sistema. Činjenica je da vrijednost gubitaka snage P, što dovodi do ravnoteže, ne ovisi samo o generiranoj reaktivnoj snazi, već i o naponu i trenutnom opterećenju vodova. Zajedničko rješenje oba problema naziva se složena optimizacija načina rada EPS.
Književnost
1. Optimizacija načina rada energetskih sistema: udžbenik / PI. Bartholomew, T.A. Panikovskaya. Jekaterinburg: USTU - UPI, 2008. - 164 str.
2. Makoklyuev B.I. Analiza i planiranje potrošnje energije. - M.: Energoatomizdat, 2008. - 296 str.
3. T.A. Filippova i dr. Optimizacija načina rada elektrana i elektroenergetskih sistema: Udžbenik / T.A. Filippova, Yu.M. Sidorkin, A.G. Rusin; - Novosib. država tech un-t. - Novosibirsk, 2007. - 356 str.
4. Hijerarhijski modeli u analizi i upravljanju režimima elektroenergetskih sistema / O.A. Sukhanov, Yu.V. Šarov - Moskva: Izdavačka kuća MPEI, 2007. - 312 str.
5. Lykin A.V. Električni sistemi i mreže: Udžbenik. dodatak. - M.: Univerzitetska knjiga; Logos, 2006. - 254 str.
6. Filippova T.A. Energetski načini rada elektrana i elektroenergetskih sistema: Udžbenik - Novosibirsk: Izdavačka kuća NSTU, 2005. - 300 str.
Objavljeno na Allbest.ru
Slični dokumenti
Karakteristike glavnih metoda za rješavanje problema nelinearnog programiranja. Karakteristike optimizacije trenutnog načina potrošnje energije u smislu jalove snage. Proračun mreže, kao i analiza optimalnih načina potrošnje energije za OJSC "Željezara Iljič".
magistarski rad, dodano 09.03.2010
Modeliranje različitih načina električnih mreža naftnih polja Južnog Vasjugana iz OAO "Tomskneft". Proračun režima maksimalnih i minimalnih opterećenja elektroenergetskog sistema. Kvalitet električne energije i njen uticaj na gubitke u električnim instalacijama.
teza, dodata 25.11.2014
Izbor nazivnog napona mreže, snage kompenzacionih uređaja, poprečnih presjeka žica nadzemnih dalekovoda, broja i snage transformatora. Proračun ekvivalentnog kola električne mreže, režima maksimalnih, minimalnih i nužnih opterećenja.
seminarski rad dodan 25.01.2015
Proračun izvora harmonijskih vibracija. Određivanje rezonantnih režima električnog kruga. Proračun privremenih procesa klasičnom metodom. Određivanje stacionarnih vrijednosti napona i struja u električnim krugovima s nesinusnim udarom.
seminarski rad, dodan 18.11.2012
Istraživanje linearnog električnog kruga: proračun izvora harmonijskih oscilacija i četvoropolnog sistema sa sinusnim efektom; određivanje parametara rezonantnih režima u krugu; vrijednosti napona i struja pri nesinusnom udaru.
seminarski rad dodan 30.08.2012
Uređaji i karakteristike elektroenergetskih sistema. Industrijski sistemi napajanja. Prednosti međusobnog povezivanja u elektroenergetskom sistemu u odnosu na odvojeni rad jedne ili više elektrana. Dijagram protoka hidroelektrane.
prezentacija dodana 14.08.2013
Formiranje nodalnih i konturnih jednačina ustaljenih stanja električne mreže. Proračun ponderiranog načina, načina električne mreže nodalnim i nelinearnim nodalnim jednadžbama pri određivanju opterećenja u kapacitetima iterativnim metodama.
seminarski rad, dodan 21.05.2012
Suština tehničke i ekonomske opravdanosti razvoja elektrana, mreža i sredstava za njihov rad. Izbor kola, nazivnog napona i glavne električne opreme vodova i trafostanica mreže. Proračun načina rada i mrežnih parametara.
seminarski rad dodan 06.05.2012
Opće karakteristike jugoistočnih električnih mreža. Izrada ekvivalentnog kruga i izračunavanje njegovih parametara. Analiza ustaljenih režima rada. Razmotrite mogućnosti za poboljšanje nivoa napona. Pitanja o ekonomskom dijelu i zaštiti rada.
teza, dodana 13.07.2014
Modeli opterećenja dalekovoda. Razlozi za pojavu longitudinalne asimetrije u električnim mrežama. Kapacitet trofazne linije. Induktivitet dvožične linije. Modeliranje načina rada četverožičnog sistema. Protok struje u zemlji.
Članak daje mjere za optimizaciju načina rada energetskih transformatora kako bi se gubici električne energije sveli na najmanju moguću mjeru. Prikazan je utjecaj stvarnog napona i vijeka trajanja energetskih transformatora na gubitke snage. Predloženo je utvrđivanje ekonomskog kapaciteta energetskih transformatora uzimajući u obzir gore navedene čimbenike, kao i uzimajući u obzir vrijeme uključivanja transformatora u električnu mrežu i oblik grafa opterećenja.
Zadaci optimizacije upravljanja sistemima napajanja dobili su veliku pažnju od pojave prvih sistema za računarsko potpomognuto projektovanje i računarskih automatizovanih sistema upravljanja. Operativni softverski sistemi omogućavaju provjeru stvarnosti i optimalnosti projektnih rješenja za pojedine elektroenergetske objekte, kao i pouzdanost rada operativnog elektroenergetskog sistema u cjelini rješavanjem određenih tehnoloških problema. Softver se takođe koristi za uporednu analizu različitih strategija za projektovanje, instalaciju, optimizaciju i rad pri donošenju odluka na osnovu stanja i parametara režima električne mreže.
Glavni elementi električne mreže su energetski transformatori trafostanica i dalekovoda. Ovi elementi u bilo kojem analitičkom ili sintetičkom softverskom proizvodu predstavljeni su njihovim matematičkim modelima. Od cijelog skupa modela, u općenitom slučaju, mogu se razlikovati dvije glavne vrste koje se koriste u rješavanju dodijeljenih zadataka:
1) Općenito prihvaćeni grafički model električnog kruga elektroenergetskog sistema (uključujući energetske transformatore i dalekovode);
2) Specijalizovani modeli proračunskih šema koji opisuju šeme električne mreže elektroenergetskog sistema na nivou zahteva primenjenih matematičkih metoda i specifičnih tehnoloških problema.
Zadaci povećanja energetske efikasnosti sistema napajanja različitih objekata zahtijevaju provođenje mjera, često povezanih s inženjerskim proračunima. Inženjerski proračuni na polju uštede energije naporan su proces. Uzimajući u obzir složenost i visoku cijenu takvih radova, neophodnost i korisnost mjera uštede energije nisu uvijek očigledne menadžmentu preduzeća, organizacija i institucija.
Većina donesenih odluka strogo je regulirana zakonima, smjernicama i drugim propisima. To omogućava automatizaciju rješenja mnogih privatnih i složenih zadataka, uključujući zadatke za poboljšanje energetske efikasnosti pogonskih energetskih transformatora.
U pravilu se na transformatorskim podstanicama instaliraju dva energetska transformatora. Ovisno o ukupnom opterećenju trafostanice, korisno je odvojiti jedan transformator tijekom neopterećenih sati. Ovaj način rada treba smatrati mjerom uštede energije, jer se efikasnost transformatora koji ostaje u radu približava svojoj maksimalnoj vrijednosti.
Optimalno opterećenje transformatora S OPT, koje odgovara maksimalno mogućoj efikasnosti, može se naći po formuli:
gdje je S NOM nazivna snaga transformatora, kV ∙ A; ΔP XX - gubici praznog hoda, kW; ΔP kratki spoj - gubici kratkog spoja, kW.
Odnos optimalnog opterećenja transformatora i njegove nazivne snage je optimalni faktor opterećenja transformatora k Z:
Kada se koriste formule (1) i (2), faktor opterećenja transformatora je prilično nizak (u rasponu od 0,45 ÷ 0,55), jer se transformatori proizvode s omjerom gubitaka praznog hoda i kratkog spoja u rasponu 3,3 ÷ 5.0. Obično se u dizajnerskoj praksi koriste maksimalne vrijednosti opterećenja prema kojima se određuje i opterećenje transformatora. Ispada da je faktor opterećenja znatno niži od optimalne vrijednosti, stoga energetski transformatori koji trenutno rade imaju malo opterećenje i mnogi od njih rade u neoptimalnom načinu rada.
Gubitak snage u energetskom transformatoru određuje se formulom:
gdje je U stvarni napon na stezaljkama visokonaponskog namotaja transformatora, kV; U NOM - nazivni napon visokonaponskog namotaja, kV.
Gubici električne energije u energetskom transformatoru ovise o vremenu uključivanja transformatora, obliku grafikona električnih opterećenja i određuju se formulom:
gdje je T GODINA broj radnih sati transformatora godišnje, h; τ je vrijeme najvećih gubitaka, određeno stvarnim rasporedom opterećenja ili kroz referentnu vrijednost broja sati korištenja maksimalnog opterećenja, h.
Minimalni gubici energije u transformatoru tokom godine bit će kada su gubici energije bez opterećenja i energije kratkog spoja jednaki. Opterećenje transformatora, uzimajući u obzir pokazatelje grafa električnog opterećenja T GODINE, τ i koji odgovaraju minimalnim gubicima energije, može se naći uzimajući u obzir (4) pri U \u003d U NOM:
Uporedni proračuni provode se prema formulama (1) i (5) uzimajući u obzir prosječne vrijednosti trajanja upotrebe maksimalnog opterećenja u industriji. Proračuni su pokazali da silazni transformatori zahtijevaju veće opterećenje nego što je u praksi.
U nekim slučajevima može biti preporučljivo odvojiti dio transformatora koji radi na ukupnom opterećenju S N. Odredimo ekonomski povoljno opterećenje S EC, Δ P tokom rada, unutar kojeg se postiže maksimalno korisno opterećenje transformatora. Kada se opterećenje promijeni s nule na S EC, Δ P, poželjan je rad jednog transformatora, s opterećenjem većim od S EC, Δ P, rad dva transformatora je ekonomski koristan. Opterećenje S EC, Δ P, pri kojem je poželjno odvojiti jedan od transformatora i zbog jednakosti gubitaka snage tokom rada jednog i dva transformatora, određuje se formulom:
Opterećenje S EC, Δ W, zbog jednakosti gubitaka električne energije tokom rada jednog i dva transformatora, predlaže se, po analogiji sa (6), da se odredi uzimajući u obzir vrijeme uključivanja transformatora i oblik grafa električnih opterećenja prema formuli:
Na slici, prema jednačinama (3) i (4), zavisnosti snage i gubitaka električne energije u energetskim transformatorima dvotransformatorske podstanice o snazi \u200b\u200bopterećenja na niskonaponskim magistralama S N.
Slika: - Određivanje ekonomske snage transformatora prema kriterijumima
minimalni gubici snage i električne energije: ΔP 1, ΔW 1 - gubici snage i energije tokom rada jednog transformatora; ΔP 2, ΔW 2 - gubici snage i energije tokom rada dva transformatora.
Analiza zavisnosti ΔP (S N) i ΔW (S N) pokazuje pomak ekonomske snage ka njenom povećanju, uzimajući u obzir vrijeme uključivanja transformatora i stvarni grafikon električnih opterećenja. Pri izračunavanju S EC, Δ W prema (7), interval ekonomske snage se povećava. U ovom slučaju, trajanje rada trafostanice s jednim transformatorom povećava se s nejednakom krivuljom opterećenja. Uštede se postižu nedostatkom gubitaka praznog hoda odvojenog transformatora.
Utjecaj stvarnog napona U na stezaljkama transformatora na snagu i gubitke energije odražava se formulama (3) i (4). Kako bi se smanjili gubici, poželjno je uspostaviti način rada transformatora u kojem napon na visokonaponskim namotajima ne prelazi nominalnu vrijednost. Značajno smanjenje napona je takođe neprihvatljivo, jer možda ne udovoljava GOST zahtjevima za odstupanje napona kod potrošača. Smanjenje napona u trafostanicama takođe dovodi do povećanja gubitaka električne energije u dalekovodima.
Treba napomenuti da se unutar životnog ciklusa energetskog transformatora uočavaju promjene u magnetskim svojstvima električnog čelika i povećanje gubitaka praznog hoda ΔP XX. Pri proračunu gubitaka snage u energetskim transformatorima preporučuje se korištenje stvarnih vrijednosti gubitaka praznog hoda dobivenih mjerenjima u radnim uvjetima. To se prije svega odnosi na grupe energetskih transformatora koji su u dugotrajnom radu. Nedavne studije pokazuju da bi se za energetske transformatore s vijekom trajanja dužim od dvadeset godina gubici praznog hoda u pasošu ΔP XX.PASP u izračunima trebali povećati za 1,75% za svaku godinu rada tokom 20 godina:
gdje je T SL životni vijek transformatora, godine.
Zatim, uzimajući u obzir (2), (4), (5) i (8), optimalni koeficijent dugotrajnog opterećenja energetskog transformatora koji radi više od 20 godina treba odrediti formulom:
Očigledno je da isključenje nekih ekonomskih razloga iz ekonomskih razloga ne bi trebalo utjecati na pouzdanost napajanja potrošača. U tu svrhu transformatori koji ne rade moraju biti praćeni uređajima za automatski prenos. Preporučljivo je automatizirati operacije isključivanja i uključivanja transformatora. Da bi se smanjio broj pogonskih prekida, učestalost povlačenja transformatora u rezervu ne bi trebala prelaziti 2-3 puta dnevno. Uz to, opterećenje transformatora, određeno formulama (7) i (9), ne bi trebalo prelaziti dopuštene vrijednosti. Na osnovu odnosa pokazatelja efikasnosti i pouzdanosti, pristupi razmatrani u ovom članku vrlo su relevantni za trafostanice sa sezonskim oscilacijama opterećenja.
Odredbe za optimizaciju načina rada transformatora predstavljene u ovom članku provode se u obliku softvera. Web usluga Online Electric omogućava menadžerima preduzeća i ustanova da brzo procijene tehničke i ekonomske pokazatelje mjera za poboljšanje energetske efikasnosti transformatorske opreme i utvrde njihovu izvodljivost, a energetskim revizorima - da kvalitativno dopunjuju i opravdavaju energetske certifikate zgrada i građevina u kratkom vremenu.
Implementacija mjera uštede energije na transformatorskoj opremi putem resursa "Online Electric" ima niz prednosti u odnosu na klasično rješavanje takvih problema "ručno" ili na softveru instaliranom na lični računari, naime:
1) nema potrebe za kupovinom i instaliranjem aplikativnih programa na računaru;
2) moguće je povezati se sa sistemom sa bilo kog mesta u svetu;
3) korisnik ne treba pratiti i stalno ažurirati verzije softvera;
4) izvještaji s pružanjem korištenih formula omogućuju vam provjeru pouzdanosti proračuna.
Lista korišćenih izvora
1. Kireeva, E.A. Cjelovita referentna knjiga o električnoj opremi i elektrotehnici (s primjerima proračuna): referentno izdanje / E.A. Kireeva, S.N. Sherstnev; pod općim izdanjem S.N. Šerstnev - 2. izdanje, Sr. - M.-: Knorus, 2013. - 864 str.
2. Priručnik o projektovanju električnih mreža / ur. D.L. Faibisovich. - 4. izd., Vlč. i dodaj. - M .: ENAS, 2012. - 376 str. : ilustr.
3. GOST 14209-97. Vodič za punjenje transformatora za snažno ulje - Uvod. 1. 1. 2002 - Minsk, 1998.
4. Korotkov, A.V. Metode za procenu i predviđanje energetske efikasnosti električnih kompleksa urbanih distributivnih mreža [Elektronski izvor]: autor. dis. ... Cand. tech Nauke: 05.09.03 / Korotkov A.V .; Sankt Peterburško državno politehničko sveučilište. - Electron. tekstualni podaci. (1 datoteka: 283 Kb). - Sankt Peterburg, 2013. - Naslov. sa naslovom. ekran. - Elektronska verzija štampane publikacije. - Besplatan pristup s Interneta (čitanje, štampanje, kopiranje). - Tekstualna datoteka. - Adobe acrobat Čitač 7.0. -
5. Online Electric: Interaktivni proračuni sistema napajanja. - 2008 [Elektronski izvor]. Pristup za registrirane korisnike. Datum ažuriranja: 08.02.2015. - URL: http://www.online-electric.ru (datum pristupa: 08.02.2015).
Uvod. pet
1.1. Parametri ES načina. 6
1.4.2. Metoda gradijenta. jedanaest
1.11.1. Grafička metoda. 24
2.2. APCS podsistemi. 53
2.3.2. Brojači. 56
2.5. APCS TPP. 67
2.6. ACS PES .. 70
2.7. ACS TP trafostanica. 70
Uvod
X
Y. - vektor parametara režima;
U Je li kontrolni vektor.
Funkcionalne zavisnosti Y (X, U), Z (X, Y, U).
Parametri ES načina
Matematički model režima je sistem nelinearnih algebarskih jednadžbi, obično nodalnih.
gdje je matrica nodalnih dozvola, ima poredak n;
Vektor naprezanja na čvorovima;
Vektor čvornih kapaciteta;
n - broj neovisnih čvorova.
Da bi se riješio sistem, nezavisni parametri , koji uključuju čvorne snage i napone u jedinici za uravnoteženje. Imajući ove parametre, moguće je nedvosmisleno odrediti način (ako postoji) rješavanjem sistema (1).
Svi ostali parametri režima, dobiveni na osnovu proračuna: naprezanja u ES čvorovima - U S, teče duž linija - P l, Q l, struje u granama - Ja l,gubici - DP a drugi su pozvani parametri ovisnog načina .
Neki od neovisnih parametara (čvorni kapaciteti) u normalnim uvjetima ne poštuju dispečera (opterećenja u čvorovima). Ostalo (izvori napajanja) moraju biti optimizirani. Među neovisnim parametrima su omjeri transformacije autotransformatora komunikacije mreža različitih napona (K T), koji se mogu regulirati pomoću OLTC-a.
Neka vrsta neovisnog parametra je sastav opreme koja je uključena u operaciju, a koju karakterizira grafikon G.
Nezavisni parametri režima, čiju optimizaciju treba provesti tijekom kontrole otpreme, mogu se smatrati vektorima X \u003d (P i, Q i, K T, G,)gdje indeks i identificira izvore.
Po analogiji, vektor ovisnih parametara objedinjuje sve ostale parametre načina, koji se jedinstveno određuju pri fiksnim dopuštenim vrijednostima svih neovisnih parametara:
Y \u003d (U S, P l, Q l, I l, d, DP, ...)
Za utvrđivanje Y. dato Xkoriste se razne metode i programi za izračunavanje stacionarnih režima.
Metoda gradijenta
Mogući pravac je izabran suprotno od gradijenta:
Osnovna jednadžba:
.
Komponente gradijenta nalaze se kroz konačne korake (slika 1.7):
.
Budući da je tgb ¹ tga, ova metoda ima grešku u određivanju gradijenta, što ovisi o vrijednosti prirasta argumenta.
Da biste smanjili grešku, koristite metoda centriranih prirasta .
Metoda gradijenta često se kombinira s izborom optimalnog tona. Za odabir se koristi probni korak t 0, na kraju kojeg se određuju X1 koordinate i komponente gradijenta. Na osnovu vrijednosti gradijenta u točkama X i X1 određuje se korak blizu optimalnog. Algoritam metode prikazan je na slici 1.8.:
1. Početna aproksimacija X \u003d X (0);
2. Definicija gradijenta ÑF | X;
3. Poređenje | ÑF |< eps;
4.t 0 i definicija 
;
5. Određivanje t OPT;
6. Definicija 
;
Metoda se široko koristi u programima za optimizaciju režima.
Metoda nasumičnog pretraživanja
U ovoj metodi mogući pravci se određuju pomoću generatora pseudo-slučajnih brojeva s jednolikom raspodjelom u rasponu -1, ..., 1.
Da bi se to postiglo, u početnoj tački X (0) uzima se u obzir kocka s licem 2 × dx (slika 1.9) i vrijednost funkcije F 0. Tačka u kocki se bira slučajnim odabirom 
, gdje je g i pseudo-slučajni broj (-1 £ g i £ 1). U točki X (1) uzima se u obzir vrijednost funkcije F 1.
Ako je F 1< F 0 , то исходная точка Х (0) переносится в точку Х (1) и процедура повторяется. Если F 1 > F 0, tada se izabrana točka X (1) smatra neuspješnom i umjesto nje se pronalazi nova točka. Daleko od minimuma, vjerovatnoća da ćete pogoditi područje mogućih pravaca je blizu 50%. Kako se približava rješenju, vrijednost dx opada.
Prednosti metode: jednostavnost algoritma, koji ne zahtijeva izračunavanje izvedenica. Nedostatak je veliki broj ponavljanja.
Metoda direktne optimizacije
Ova metoda koristi se kada G (X) predstavljene jednostavnim funkcijama poput linearnih. U ovom slučaju m nepoznat od n može se analitički izraziti kroz ostalo k \u003d n - m i zamijenite ove izraze u F (X). Onda smo dobili nova funkcija 
,
čiji će minimalni uslov imati kjednadžbe:
Rješenje ovih jednadžbi omogućava nam da pronađemo sve k komponente vektora c. Ostatak varijabli se pronalazi zamjenom u prethodno nađenim izrazima.
Razmotrimo primjer:
F (X) \u003d 5 + x 1 2 + x 2 2 ® min;
g (X) \u003d x 1 + x 2 - 2 \u003d 0;
f (c) \u003d f (x 2) \u003d 5 + (2 - x 2) 2 + x 2 2 ® min,
, –2 (2 - x 2) + 2x 2 \u003d 0, x 2 = 1;
x 1 \u003d 2 - 1 \u003d 1.
Metoda izravne optimizacije je jednostavna, ali se može koristiti za rješavanje samo analitički zadatih funkcija relativno jednostavnog oblika.
Karakteristike bloka
Razmotrite pojednostavljeni dijagram glavnih protoka energije u bloku
Pretpostavljamo da su poznate sljedeće karakteristike potrošnje: B (Q K), Q t (P), Q CH (P), P CH (P). Istodobno, satni troškovi za vlastite potrebe pripisuju se proizvodnji električne energije.
Prilikom izrade OCP bloka razlikuje se specifično povećanje bruto i neto potrošnje goriva 
.
Bruto priraštaj odnosi se na ukupnu proizvodnju
gdje je relativni porast potrošnje topline za vlastite potrebe.
Neto dobitak pripisuje se korisnom rezultatu
jer. 
,
gdje je relativni porast potrošnje električne energije za vlastite potrebe.
Za grubu računicu možete zanemariti vlastite potrebe. Zatim: 
.
Na primjer, slika 1.24 prikazuje OCP jedinice od 200 MW.
Prilagođavanje OCP tokom rada zahtijeva uzimanje u obzir svih vrsta faktora koji utječu na učinkovitost glavne opreme jedinice, promjene vanjskih uvjeta, poput vanjske temperature zraka, temperature cirkulirajuće vode, promjena karakteristika goriva itd.
Upravljanje blokom
IES učestvuje u regulaciji frekvencije i protoka snage u sistemu, što ponekad zahteva brza promjena njihovi kapaciteti. Razlikuje se opseg opterećenja P min £ P £ P max i kontrolni opseg u kojem se opterećenje može automatski mijenjati bez promjene sastava pomoćne opreme (broj plamenika, pumpe za napajanje itd.).
Odbacivanje tereta je brzo, a dizanje sporo, brzinom od nekoliko posto u minuti, posebno kada je jedinica uključena nakon praznog hoda. Vrijeme pokretanja iz hladnog stanja određuje se glatkim porastom temperature u strukturnim elementima turbine i kotla, na primjer u bubnju kotla za 2,5 ... 3,0 ° C / min, a može doseći nekoliko sati, a za moćne jedinice više od 10 sati. Kontrola stanja, na primjer, turbine pri pokretanju vrši se pomoću instrumenata koji bilježe relativno izduženje i aksijalno pomicanje rotora; temperaturna razlika između gornjeg i donjeg dijela cilindara, duž širine prirubnica, između prirubnica i klina; zakrivljenost i vibracije vratila; termičko širenje vodova za paru i kućišta turbine itd.
U slučaju planiranog zastoja tijekom sati smanjenja potrošnje, trajanje pokretanja ovisi i određuje se zastojem jedinice. Startup je popraćen dodatnim lanseri potrošnja goriva, koja također ovisi o trajanju zastoja i o nazivnoj snazi \u200b\u200bjedinice koja određuje njezinu težinu i dimenzije. Kada počnu iz hladnog stanja moćnog usitnjenog bloka ugljena, oni mogu doseći nekoliko stotina tona.
Grafička metoda.
Grafička metoda se koristi kada su CVD svih blokova e (P) dati u obliku grafikona (slika 1.25). Svi OCP-ovi se crtaju na istoj skali duž osi povećanja. Tada se karakteristika stanice gradi zbrajanjem snage blokova pri fiksnim vrijednostima porasta prema stanju 
.
Nakon toga se vrijednost njegovog opterećenja crta na osovinskoj osi HOP-a elektrane P o a odgovarajuće snage bloka se određuju prilikom izvođenja bilansa.
Optimizacija pouzdanosti
Predloženi odjeljak ne pretendira na duboko izlaganje problema pouzdanosti, koji je jedan od ključnih u kontroli režima i proučava se u okviru posebne discipline. Ovdje razmatramo samo pristup procjeni optimalnog nivoa pouzdanosti na primjeru odabira rezerve za slučaj nužde u sistemu.
U ovom se slučaju nivo pouzdanosti smatra ekonomskom kategorijom, jer je povezan s troškovima Z za poboljšanje pouzdanosti i smanjenje troškova za potrošača s potpunim ili djelomičnim gubitkom snage, definiranim kao oštećenje Imati zbog nedovoljne opskrbe električnom energijom (slika 1.48). Optimalni nivo pouzdanosti H opt određen je minimalnim ukupnim troškovima.
Prilikom procjene pouzdanosti koristi se statistički materijal za utvrđivanje vjerovatnoće neaktivnosti q i radnik str države.
q + p \u003d 1.
,
gdje je l pokazatelj stope otkaza, koji se određuje prema vrsti opreme, odabire se prikupljanjem statističkih podataka.
Razmotrimo primjer odabira jednokružnog ili dvokružnog dalekovoda za napajanje potrošača:
n \u003d 1: 
,
gde u 0 - specifična oštećenja rub / kWh,
T je procijenjeno vrijeme.
Dvokružni dalekovodi su korisni ako.
APCS podsistemi.
APCS su podijeljeni u podsisteme:
1. elementarni;
1) uključuju podsisteme tehničke podrške (TO) - sva tehnička sredstva;
2) informativna podrška (IO) - sve informacije;
3) softver (softver);
4) organizaciona podrška (OO), koja određuje postupak pripreme podataka, razmjene podataka između odjeljenja, rokove pripreme informacija, obrasce izlaznih dokumenata itd .;
5) osoblje - osoblje, opis poslova, napredni sistem obuke itd.
2.funkcionalni:
1) upravljanje trenutnim načinom rada (REAL TIME);
2) planiranje:
Struja - 1 sat, 1 dan, sedmica,
· Obećavajuće - za 1 mjesec ili više;
3) materijalno-tehničko snabdevanje (MTS) - nova oprema, delovi za popravke, gorivo itd .;
4) upravljanje prodajom toplotne i električne energije;
6) računovodstvo (nadnice).
Brojači.
Trenutno je problem mjerenja električne energije vrlo hitan. U tu svrhu se koriste razni brojači:
· Indukcija, za automatizaciju su dopunjene uređajem za oblikovanje impulsa (UFI);
· Elektronska brojila koja se danas obećavaju proizvode se u dovoljnim količinama;
ABB Alpha - višenamjenski brojač ( W P, W Q, P MAKS, četverostepena zona, upravljanje ili izlaz u obliku električnog signala nivoa napona, omogućavaju učinak na prekid veze, imaju visoku tačnost 0,2 % , osetljivost 1000 [????], mnogo skuplje).
Životni vijek je 20-30 godina. Ova brojila su osnova AMR-a.
2.3.3. Uređaji za pretvorbu informacija.
1. ADC postoje različite vrste transformacije:
- raspoređivanje,
- sa bitnim balansiranjem.
Proširena transformacija:
Kada je U BX\u003e U P, brojač impulsa se pokreće.
Nedostatak ove vrste pretvorbe: vrijeme pretvorbe ovisi o frekvenciji signala.
Bitno uravnoteženje:
Ova transformacija djeluje na sljedeći način:
Uz pomoć komparatora K kroz upravljačku jedinicu CU na okidačima jedan po jedan, počevši od najznačajnijeg bita 2 n, 1 postavlja se na 1. Ako je u ovom slučaju U OC\u003e U BX, tada se 1 resetira. U suprotnom se sprema. Na primjer:
1 × 2 3 \u003d 8, U OC \u003d 8\u003e U BX \u003d 7.
1 × 2 2 \u003d 4, U OC \u003d 4\u003e U BX \u003d 7.
U OC \u003d 2 2 × 1 + 2 1 \u003d 6< U BX = 7 .
U OC \u003d U BX Þ kod 0111 .
2. DAC : ,
Kolo operativnog pojačala.
Snimači događaja.
Trenutno se elektronički osciloskopi zamjenjuju posebnim snimačima događaja koji omogućavaju snimanje svih procesa (trenutnih struja i napona i t, U t) u vanrednim situacijama, kao i u trenutku aktiviranja relejnih zaštitnih uređaja. To vam omogućava da analizirate nesreće, pouzdano utvrdite uzroke i poboljšate pouzdanost. Izvor informacija su elektronički pretvarači EP, praktički bez inercije, omogućavajući bez izobličenja u izravnom obliku bilježenje krivulja i t i U t... Uobičajeni broj poena u periodu je 20. Primjeri takvih snimača su: RES PRSOFT i NEVA (omogućava registraciju do 90 signala, napredni softver je od velike važnosti). NEVA je osnova za izgradnju automatiziranog sistema upravljanja procesom na moćnim sistemskim trafostanicama.
Informativna podrška.
Informacijska podrška sadrži sve informacije koje se koriste u upravljanju. Te se informacije dijele na kvantitativne i semantičke.
Semantičke informacije - to su razne vrste dokumenata, uputstava, pravila uređaja itd.
Kvantitativne informacije - ovo su podaci o parametrima sistema i tehnološkom procesu.
Izvori tehnoloških informacija su UTM. Oni provode ciklično ispitivanje senzora s tačkom t (5 s, 1 s). Ako je vrijeme obrade prve ankete Dt, zatim broj biračkih mjesta. Ciklus glasanja t ovisi o brzini promjene parametara ().
Bilo koji izmjereni parametar y t je digitalno predstavljen kao cjelobrojni broj kvanta, pri čemu m - kvantna skala.
Kvantna skala određena je ADC kapacitetom TM uređaja i nominalnim parametrima primarnih pretvarača.
Kada n \u003d 8 (8 cifara) maksimalna vrijednost Y \u003d 256
Na primjer, ako uređaj ima nazivnu struju I H \u003d 600 Aonda
A / kvant.
Prilikom mjerenja napona: U H \u003d 110 kV
.
Prilikom mjerenja snage:
Za U H \u003d 500 kV i I H \u003d 2000 A
.
Jedinica informacije je bit i njegovi derivati:
bajt \u003d 8 bitova,
kB \u003d 1024 bajta, MB, GB itd.
Informacije su mjera uklanjanja naše nesigurnosti u vezi s objektom, stoga mjerna jedinica procjenjuje mjeru smanjenja nesigurnosti. Jedan bit smanjuje nesigurnost za 2 puta. Prilikom predstavljanja informacija koristi se sistem kodiranja s jednoličnim i neravnomjernim potezima. Uniforma je lakša jer potezi su konstantne dužine.
Jedan bajt omogućuje kodiranje 2 8 = 256 razni simboli. Obično dovoljno n \u003d 7... Jedan dodatak koristi se za provjeru hardvera. Ovo je bit parnosti. Sadržaj (0 ili 1) podložen je ujednačenim. Na primjer:
Da bi se povećala pouzdanost, koristi se:
1) dijeljenje informacija u blokove uz određivanje kontrolne sume i njihov prenos na prihvatnu tačku,
2) kontrolna suma za cijelu poruku.
Da bi se smanjila količina informacija koja se prenosi komunikacijskim linijama, koriste se klasifikatori. Prema ovom sistemu, sva preduzeća, objekti, njihovi proizvodni proizvodi predstavljeni su digitalnim kodovima.
Kada se radi s ovim informacijama, koje predstavljaju nizovi iste vrste podataka, naširoko se koriste sistemi za upravljanje bazama podataka (DBMS) koji omogućavaju početno učitavanje, ažuriranje, ažuriranje i pouzdano skladištenje podataka.
APCS TPP.
Režimom TPP upravlja dežurni inženjer koji je podređen dispečeru AD Energo i kontrolira rad operativnog osoblja jedinica i pojedinačnih SN mehanizama koji se nalaze u kontrolnoj sobi ili lokalnim ŠTITOVIMA. U skladu s ovom strukturom gradi se sistem automatizacije upravljanja. Postoje opći nivo stanice (OVK - računski kompleks opće stanice) i nivoi pojedinačnih blokova (PVK - xxxxxxxxxxx VK). Izvori informacija - senzori tehnoloških parametara (toplotni dio) i električni, kao i položaj uređaja sa dva stabilna stanja. TM se ovdje ne koristi u potpunosti. TM se koristi samo za izdavanje informacija dispečeru elektrane (elektroenergetskog sistema).
Kada se kontrolira, IVK se može koristiti u različitim režimima:
1) savjetnički način
Ovdje je U kontrolna radnja.
2) supervizor (supervizor)
IVK se koristi:
može promijeniti zadate vrijednosti regulatora y i postavke. Odluke se donose na osnovu analize.
3) digitalna kontrola:
Donosilac odluke donosi odluku na osnovu poznavanja tehnološkog procesa, iskustva i informacija.
CPI donosi odluke samo na osnovu matematičkih modela. Kontrola funkcionalne grupe provodi se u TE, tj. integrisano upravljanje grupa objekata koji obavljaju razne funkcije.
Kotao:
- opskrba gorivom, gdje se koordinira rad opskrbe sirovim ugljem, mlina, stvaranja mješavine prašine i zraka i njegova opskrba plamenicima;
- opskrba vodom: PN napojne pumpe, KN kondenzacijske pumpe, odzračivač, kemijski čista pumpa za vodu;
- dovod zraka: grijač zraka, ventilatori za puhanje itd.
Sinkroni generator:
- sistem pobude (SV): transformator, tiristori, tiristorsko hlađenje, regulator pobude;
- sistem hlađenja generatora:
a) voda: priprema destilata, pumpe, sistem za kontrolu propuštanja, ulazne i izlazne temperature, uređaj za hlađenje zagrijane vode.
Za kontrolu pojedinih grupa mogu se koristiti razna tehnička sredstva i programi. Na primjer, sistem "Neptun" koristi se za vodeno hlađenje namotaja statora, koji uključuje stotine temperaturnih senzora ugrađenih u svaku šipku namotaja. Ovi senzori se anketiraju u ciklusu od nekoliko sekundi i nadgledaju ih računari. Kad se detektira porast temperature, generira se zvučni signal.
Sličan sistem radi za praćenje performansi ležajeva.
Funkcije APCS-a u TE:
1. prikupljanje informacija o parametrima tehnološkog procesa, provjera pouzdanosti i ispravnosti senzora i njihovih veza sa računarom;
2. kontrola parametara tehnološkog procesa i signaliziranje prelaska dozvoljenog područja ili njegovog odlučnog približavanja;
3.određivanje tehničkih i ekonomskih pokazatelja (TEP) i održavanje izjave sa ciklusom Dt \u003d 15 min, uzimaju se u obzir jedinični troškovi, troškovi SN. toplota i struja sa ukupno smjenama, danima do mjesec dana;
4. kontrola efikasnosti rada pojedinih SN jedinica;
5. procjena resursa parnih cjevovoda, zaštitnih cijevi kotla i drugih elemenata. Podaci o temperaturi koriste se za procjenu resursa;
6. za električni dio: kontrola rada električnog dijela uzbudnog sistema, opterećenje aktivnom i reaktivnom snagom generatora;
7. kontrola nad sistemom hlađenja namotaja, kontrola ležajeva;
8. kontrola djelomičnog pražnjenja izolacije (provodi se pomoću temperaturnih senzora nadgledanjem visokofrekventnih signala.
U različitim TE, na inicijativu osoblja, implementiraju se i druge funkcije. Na primjer, na CHPP-3 u električnom dijelu razvijen je sistem za upravljanje sklopom blok sheme.
Na razini postrojenja, APCS kontrolira rad vanjske rasklopne opreme, SN rasklopne opreme, dok:
1. razrađuju se oblici prebacivanja;
2. resurs prekidača se kontrolira u zavisnosti od veličine prekidne struje;
3. optimizirana je raspodjela opterećenja između blokova;
4. planiranje popravki;
5. vođenje evidencije o TPE u cjelini za stanicu;
6.kontrola rada opštih postrojenja (postrojenja za hemijsku obradu vode, opskrba gorivom itd.)
Danas se koriste različite sheme APCS-a. Prvi IV-500 sistemi snage 500 MW (Troitskaya GRES), domaći dvomašinski kompleks zasnovan na SM su u funkciji.
Trenutno su se pojavili mnogi dobavljači APCS sistema, uključujući strane kompanije. Danas se prednost daje domaćem razvoju. Najnaprednije sisteme isporučuje KOSMOTRONIKA (Surgutskaya GRES, Nizhnevartovskaya GRES, Permskaya GRES). Sustav vrši funkcije upravljanja pokretanjem jedinica s automatizacijom nekih funkcija, funkcije optimizacije rada pojedinih SN mehanizama, funkcije zaštite okoliša itd. Kontrola pokretanja omogućava smanjenje vremena pokretanja uz održavanje dozvoljenih temperatura naprezanja u metalu.
ACS PES
Koristi dijagram kolašto se tiče elektrana. Izvor informacija je UTM. Među objektima nema ES. UTM se instaliraju u trafostanicama. Na najvažnijim trafostanicama - uređajima tipa GRANITE, na jednostavnim trafostanicama - više jednostavni uređaji... OIC se opslužuje istim softverom kao u ES-u. Ovdje se rješavaju specifični zadaci za mreže:
- analiza načina rada (stacionarno, proračun struja kratkog spoja, planiranje načina rada). Istodobno se prati stvarno stanje opreme, uzimajući u obzir resurse prekidača, uzimajući u obzir kontrolu grijanja opreme pomoću termovizora;
- problem optimizacije režima radi smanjenja gubitaka u mreži;
- zadaci kontrole pouzdanosti informacija, provjera prihvatljivosti parametara.
ACS TP trafostanica.
Njihova automatizacija se radi posljednja. Postoji nekoliko načina automatizacije:
1. Koristi se u sistemskim podstanicama, gdje je instaliran KP UTM, a stara tehnička sredstva su ostavljena za obavještavanje osoblja, tj. uređaji sa strelicama. Ovdje pomoću posebne tehnike možete "prisluškivati" sabirnicu informacija i unijeti sve informacije u računalo. Ovaj put nije postao široko rasprostranjen.
2. Da bi se stvorio automatizirani sistem upravljanja procesom za trafostanice, mogu se koristiti snimači električnih signala tipa "Neva". Osnova matičara je blok za registraciju i kontrolu normalnih i vanrednih režima rada i mjerenja električne energije. Ovaj rekorder omogućava vam povezivanje od 16 do 64 signala za oscilografiju dok skenirate 20 tačaka po periodu. Od 32 do 96 izmjerenih stvarnih vrijednosti od pretvarača tipa E. Od 24 do 288 diskretnih signala iz pomoćnih kontakata prekidača, od međusrednih i izlaznih releja relejne zaštite. Diskretni ulazi mogu se koristiti za mjerenje električne energije kao brojači impulsa. To vam omogućava povezivanje elektroničkih brojila s impulsnim izlaznim i indukcijskim brojilima, ako su kompletirana uređajem za oblikovanje impulsa (UFI). Snimač je povezan s računarom i putem modema informacije se mogu prenositi u kontrolni centar elektroenergetskog sistema. Koriste se grafički alati za uređivanje. Specifični zadaci - provjera ravnoteže snage i energije, određuje se TEP-om, tj. tehnički i komercijalni gubici, troškovi održavanja i troškovi prenosa ili pretvorbe jedinice električne energije. Zadaci automatizacije regulacije napona, statistika hitnih slučajeva.
Uvod. pet
1. Optimizacija načina rada energetskih sistema. 6
1.1. Parametri ES načina. 6
1.2. Formulacija problema optimizacije. 7
1.3. Karakteristike problema nelinearnog programiranja. 8
1.4. Neograničene metode optimizacije. devet
1.4.1. Metoda koordinatnog spuštanja. deset
1.4.2. Metoda gradijenta. jedanaest
1.4.3. Metoda nasumičnog pretraživanja. 12
1.4.4. Metoda deformisanog poliedra. 13
1.5. Optimizacija zasnovana na ograničenjima jednakosti. 13
1.5.1. Metoda direktne optimizacije. 13
1.5.2. Metoda smanjenog gradijenta. 14
1.5.3. Metoda neodređenih Lagrangeovih multiplikatora. petnaest
1.6. Optimizacija podložna ograničenjima nejednakosti. 16
1.7. Uslovi za optimalnu raspodjelu opterećenja između paralelnih jedinica. 18
1.8. Karakteristike glavne opreme TE. 20
1.9. Karakteristike bloka. 23
1.10. Upravljiva svojstva bloka. 24
1.11. Metode raspodjele opterećenja između jedinica na IEN. 24
1.11.1. Grafička metoda. 24
1.11.2. Distribucija putem računara. 25
1.12. Uticaj grešaka u određivanju e na izgaranje goriva. 26
1.13. Optimalni uslovi distribucije u sistemu sa TE. 27
1.14. Uvjeti distribucije uzimajući u obzir federalno tržište energije i kapaciteta na veliko (FOREM). 28
1.15. Određivanje specifičnih povećanja gubitaka. 29
1.16. Mjere za smanjenje gubitaka na mreži. 31
1.17. Raspodela opterećenja u sistemu sa hidroelektranom. 32
1.18. Određivanje karakteristika HE. 33
1.19. Raspodela opterećenja u sistemu sa hidroelektranom. 35
1.19.1. Primjena dinamičkog programiranja za odabir rasporeda rada rezervoara za hidroelektrane. 35
1.20. Optimizacija jalove snage u sistemu. 38
1.21. Kompleksna optimizacija režima. 38
1.22. Izbor sastava opreme koja je uključena u rad. 40
1.23. Upotreba računara za optimizaciju. 41
1.24. Optimizacija pouzdanosti. 43
1.24.1. Izbor optimalne rezerve. 43
1.24.2. Rezervirajte algoritam odabira. 45
1.24.3. Definicija diskretnih redova izlaza u slučaju opasnosti i smanjenja opterećenja. 46
1.24.4. Serije smanjenja opterećenja. 47
1.25. Optimizacija kvaliteta napajanja. 47
1.26. Integralni kriterij kvaliteta. 48
1.27. Određivanje optimalnog napona za svjetlosno opterećenje. 50
2. Automatizovani upravljački sistemi (ACS). 52
2.1. Elektroenergetski sistem kao kontrolni objekt. 53
2.2. APCS podsistemi. 53
2.3. Podsistemi tehničke podrške. 54
2.3.1. Senzori električnih parametara. 55
2.3.2. Brojači. 56
2.3.3. Uređaji za pretvorbu informacija. 56
2.3.4. Komunikacijski uređaji u ACS-u i telemehanici. 57
2.3.5. Snimači događaja. 60
2.3.6. Automatizovani sistemi upravljanja i mjerenja električne energije (ASKUE). 61
2.3.7. Objekti za prikaz informacija. 61
2.3.8. Informativna podrška. 61
2.4. Podsistemi ACS softvera. 63
2.5. APCS TPP. 67
2.6. ACS PES .. 70
2.7. ACS TP trafostanica. 70
2.8. Kontrola rada PE elektroenergetskog sistema. 71
Uvod
Rad elektroenergetskih sistema povezan je s visokim troškovima i, prije svega, s troškovima goriva. Rezerve fosilnih goriva na Zemlji se smanjuju, stoga cijene goriva rastu, a problem poboljšanja efikasnosti procesa proizvodnje, prenosa i distribucije energije postaje sve akutniji. Završeno restrukturiranje Jedinstvenog energetskog sistema Rusije i njegova podela na kompanije stvaraju uslove za razvoj konkurencije u oblastima proizvodnje i prodaje. Ali sa tehničke tačke gledišta i sa stanovišta upravljanja, energetski sistem ostaje jedinstven.
Složenost upravljanja energijom danas je povezana s činjenicom da su ulaganja znatno smanjena i da je osnovna oprema istrošena.
Sve ovo zahteva dalji razvoj i unapređenje savremenih metoda upravljanja pomoću matematičkih metoda i računara. Pojednostavljeni upravljački dijagram prikazan je na sl. 1.1.
X - vektor spoljnih uticaja na sistem;
Y. - vektor parametara režima;
Z je kontrolni kriterij koji formalizira glavne ciljeve funkcionisanja elektroenergetskog sistema;
U Je li kontrolni vektor.
Funkcionalne zavisnosti Y (X, U), Z (X, Y, U).
Slika: 1.1. Cilj upravljanja Z®ekst.
Računar se ovdje koristi kao sredstvo za automatizaciju ljudskih kontrolnih aktivnosti. Stoga se takvi sistemi nazivaju automatizirani sustavi upravljanje (ACS).
Uvođenje i rad ACS-a zahtijeva velika ulaganja. Ova investicija se isplati smanjenjem operativnih troškova smanjenjem troškova goriva, poboljšanjem pouzdanosti i poboljšanjem kvaliteta isporučene energije.
I premda relativne uštede u troškovima goriva obično nisu veće od 1,5 - 2%, u apsolutnom iznosu daju sasvim opipljive rezultate.
Značajan efekat u sistemima postiže se stalnim praćenjem stanja i smanjenjem udesa.
Optimizacija načina rada elektroenergetskog sistema
Problem optimizacije načina rada elektroenergetskih sistema dobio je punu formaciju i razvoj tokom proteklih 30 godina, iako su prva teorijska istraživanja na ovom području započeta u Sovjetskom Savezu mnogo ranije. Već tada su uspostavljeni principi optimalne raspodjele aktivnih kapaciteta između jedinica na stanicama i stanicama u sistemu, na osnovu poređenja specifičnih povećanja u potrošnji ekvivalentnog goriva. Uspostavljeni su kriteriji za optimalnu raspodjelu aktivne snage u elektroenergetskim sistemima, uzimajući u obzir učinak gubitaka aktivne snage u mrežama i sa ograničenim energetskim resursima.
Već u fazi kada je prepoznata potreba za uzimanjem u obzir gubitaka aktivne snage u mrežama pri optimizaciji načina rada, postalo je očito da ne samo operativna optimizacija, već čak i preliminarni proračuni optimalnog načina rada energetskih sistema bez upotrebe računarska tehnologija, postala očigledna. S tim u vezi, velika pažnja posvećena je specijalizovanim analognim računarskim uređajima, koji su, međutim, zamenjeni univerzalnim digitalnim računarima.
Trenutno se za različite probleme optimizacije režima akumulira određeno iskustvo u razvoju i upoređivanju metoda, kao i praktični proračuni u elektroenergetskim sistemima. Najčešće se rješavaju zadaci optimizacije režima sistema u smislu aktivne snage i režima električne mreže, tj. optimizacija napona, reaktivne snage i omjera transformacije (U, Q i Kt), kao i općenitiji problem složene optimizacije režima elektroenergetskih sistema. Ti se zadaci rješavaju operativnim i automatskim, tj. brzinom procesa, kontrola načina rada elektroenergetskih sistema i mreža.
Akumulirano iskustvo u rješavanju problema optimizacije režima na računaru pokazuje da je za ove probleme najučinkovitije koristiti metodu smanjenog gradijenta pri izračunavanju stacionarnog stanja pomoću Newtonove metode.
Problemi s optimizacijom načina
Optimalna kontrola normalnih načina rada u elektroenergetskom sustavu je osigurati pouzdano napajanje potrošača električnom energijom potrebnog kvaliteta (tj., Podložno potrebnim ograničenjima) uz najniže moguće operativne troškove u sistemu tokom razmatranog razdoblja.
Izuzetna složenost optimalne kontrole načina rada nije određena samo izuzetno velikim brojem upravljačkih elemenata, već i činjenicom da različiti prilagodljivi i prilagodljivi parametri trebaju biti optimalni tokom rada sistema na velikom području.
Optimizaciju režima elektroenergetskih sistema provode svi inženjeri povezani s proračunima i praktičnom provedbom funkcioniranja električnog sustava. To rade projektanti, radnici režimskih službi, dispečeri elektroenergetskih sistema, operativno tehničko osoblje elektrana i elektroenergetskih mreža.
Zadatak složene optimizacije režima je utvrđivanje optimalnih vrijednosti svih parametara režima, uzimajući u obzir tehnička ograničenja. Ovo je problem nelinearnog programiranja s ograničenjima u obliku jednačina stabilnog stanja i nelinearnih nejednakosti. Varijable u problemu ove vrste su kontinuirane.
Uz složenu optimizaciju režima, optimalne vrijednosti aktivne i reaktivne snage generirajućih izvora, modula i faza napona u čvorovima, omjeri transformacije uzimajući u obzir tehnička ograničenja vrijednosti modula nodalnih napona, fazni uglovi na dalekim prijenosima, struje i protoci snage u vodovima, P i Q generatori, itd.
Optimalni režim mora biti prihvatljiv, tj. zadovoljavaju uvjete pouzdanosti napajanja i kvaliteta električne energije, a uz to i najekonomičniji među dopuštenim načinima rada. Uvjeti za pouzdanost napajanja i kvalitet električne energije prilikom izračunavanja dozvoljenih režima uzimaju u obzir ograničenja u obliku jednakosti i nejednakosti na kontroliranim parametrima režima. Najekonomičniji način rada jedan je od dopuštenih, pri kojem se osigurava minimalna ukupna potrošnja ekvivalentnog goriva (ili troškova) pri određenom potrošačkom opterećenju u svakom trenutku, tj. pri datom efektivnom napajanju električnom energijom.
Kako se energija uložena u grijanje povećava, dubina očvrslog sloja raste. Međutim, ovaj obrazac vrijedi samo do trenutka topljenja vidljive površine. Pojavom kratera na ozračenom području, dubina stvrdnutog sloja, ako se i poveća, onda nužno uz kršenje ravnomjernosti njegove distribucije na mjestu obrade. Ova pojava može djelovati kao ograničavajući faktor pri dodjeli načina laserskog očvršćavanja. Ostali važan faktorodređivanje kvaliteta obrade je nesigurnost u jednakosti energije koja se šalje na površinu i energije koju ta površina apsorbuje. Budući da nisu izgrađeni univerzalni nomogrami koji uzimaju u obzir upijajuće karakteristike različitih površina, potrebno je, isključivo empirijski, odabrati korelacije između laboratorijskih eksperimenata i zračenja u stvarnim proizvodnim uvjetima na osnovu rezultata očvršćavanja. Štaviše, na nivo ovih veza ne utječe samo fizičko i hemijsko stanje ozračene površine, već i tehničke karakteristike laserska oprema, greške u instrumentaciji.
Izbor kritične energije laserskog zračenja pri obradi različitih promjera mjesta kaljenja vrši se na sljedeći način. Sa fiksnim prečnikom mesta kaljenja, vrši se impulsna laserska toplotna obrada površine ispitivanih uzoraka pri različitim energijama laserskog zračenja. Energija čiji višak dovodi do kršenja hrapavosti površine smatra se kritičnom.
Da bi se postigla pouzdanost rezultata očvršćavanja, u pravilu je potrebno prilagoditi tipične režime zračenja u odnosu na određeni proizvod i energetske karakteristike određenog laserski stroj... Alati iste vrste i veličine, izrađeni od istog čelika, ali proizvedeni i podvrgnuti volumetrijskoj toplotnoj obradi u različitim preduzećima, imaju različitu sposobnost upijanja. Stoga će pri obradi na jednom energetskom nivou učinak laserskog očvršćavanja biti drugačiji. Da bi se stabilizirao koeficijent upijanja i izjednačili učinci, potrebno je primijeniti prethodno kemijsko nagrizanje površine ili premazivanje tankim slojem neke supstance. Stabilizacija apsorpcije ne uklanja potrebu da se dodijeljeni načini zračenja vežu za laserski sistem koji se koristi. Kao što je poznato, dizajn tehnoloških instalacija je takav da se energija zračenja kontrolira promenom napona pumpe. Ova ovisnost određena je kvalitetom poravnanja i stanjem optičkih elemenata, stoga nije ista za različite instalacije. Štoviše, kako je optički blok pogrešno poravnat i kad se u optičkim elementima nakupljaju defekti, energija zračenja može naglo smanjiti. Posljedično, kontrolni parametar nije vrijednost postavljena na laserskom uređaju (napon pumpe), već karakteristika izmjerena dodatnim uređajem (energija zračenja). Uzimajući u obzir shemu i moguće greške u mjerenju energije, postaje očigledno da tačnost fiksiranja ove vrijednosti na različitim instalacijama može biti različita. Drugi razlog za prilagođavanje načina zračenja je nesavršenost nadzora nad stepenom defokusiranja mjesta ozračivanja.
Glavni parametri laserske obrade materijala prikazani su na slici 4.
Pri razvoju tehnoloških načina ojačavanja čelika i legura odabrane su sljedeće karakteristike laserskog zračenja:
Prosječna gustina snage zračenja pulsa;
Trajanje impulsa;
Defokusiranje laserskog zraka, odnosno pomicanje ozračene površine na određenoj udaljenosti od žarišne ravni sočiva laserskog optičkog sistema;
Koeficijent preklapajućih mrlja diskretnog laserskog očvršćavanja, odnosno stupanj preklapajućih mrlja u nizu (slika 5).
nezagrijana zona dobijena djelovanjem prethodnog impulsa podvrgava se novom zagrijavanju.
Na onom dijelu mjesta gdje temperatura ponovnog zagrijavanja nije prelazila tačku AC 1, javlja se brzo kaljenje prethodno formirane strukture austenitno-martenzita formiranjem metalnih područja s povećanim nagrizanjem i smanjenim vrijednostima tvrdoće (slika 5, b, slika 6).
Izbor stepena preklapanja mesta ozračivanja za različite uslove habanja izvršen je uzimajući u obzir zavisnost veličina očvrslih i kaljenih zona od koeficijenta preklapanja (slika 7), kao i u skladu sa odredbama koje proizlaze iz iz teorijske interpretacije Charpyevog pravila. Istodobno, uzeto je u obzir da je povećanje otpornosti na habanje u uvjetima graničnog trenja postignuto postizanjem nehomogenog strukturnog stanja kako opsežnih površina, tako i pojedinačne mrlje tokom laserske obrade, što je povezano sa stvaranjem olakšanje tijekom habanja koje povećava apsorpciju ulja supružnika nesavršenim podmazivanjem. Suprotno tome, maksimalna otpornost na habanje u uvjetima trenja bez podmazivanja primjećuje se uz najveći mogući stupanj stvrdnjavanja materijala, relativnu homogenost i disperziju strukturnih komponenata očvrslog sloja. U ovom se slučaju preporučuje lasersko očvršćavanje za djelomično preklapanje mrlja zračenja.
Utvrđeno je da se radi postizanja dovoljnih veličina površina očvrslog metala, zračenje treba izvoditi s koeficijentima preklapanja većim od 0,2.
Izborom vrijednosti koeficijenta preklapanja određuje se ujednačenost očvrslog sloja u dubini i produktivnost procesa linearnog laserskog zračenja. Metalografska analiza područja ojačanih različitim koeficijentima preklapanja pokazala je da se najveća ujednačenost sloja u dubini postiže koeficijentom preklapanja tačaka 0,4-0,5.
Na slici 8. prikazane su eksperimentalno dobijene zavisnosti tvrdoće i dubine očvrslog sloja na čeliku R6M5 pod ozračenjem s trajanjem impulsa t imp ~ 1 × 10 -3 s i t imp ~ 6 × 10 -3 s, što se može koristiti pri odabiru načina laserske obrade alata sa korekcijom tehnoloških karakteristika laserske instalacije i hemijskog sastava ozračenog čelika.
Treba napomenuti da je jedna od karakteristika rada parova trenja neravnomjernost njihovog trošenja na kontaktnoj površini dijelova koji se spajaju ili dijelova i alata, a koja je uzrokovana neravnomjernim radnim pritiscima i brzinama klizanja, višestrukim pomicanjem dodirnih površina međusobno relativno i aplikacije ponovljenog opterećenja. To dovodi do dodatnih plastičnih deformacija, do prijeloma zamora hrapavosti površina koje se spajaju i uzrokuje brzi gubitak performansi.
S tim u vezi, obećava laserska obrada uz pomoć koje se stvara redovno mijenjanje stanja površinskih slojeva konjugovanih proizvoda kako bi se osiguralo jednoliko i minimalno habanje na cijeloj kontaktnoj površini na osnovu eksperimentalnog i teorijskog određivanja pravilnosti njegovog nošenja.
Tehnološki se to osigurava laserskom obradom s promjenom načina rada u procesu očvršćavanja duž kontaktne površine i omogućava vam održavanje originalnog geometrijskog oblika koji određuje performanse alata i povećanje operativnih svojstava.
Za svaki određeni dio alata i stroja podaci o koeficijentu preklapanja na licu mjesta, defokusiranju snopa i gustini snage zračenja bilježe se na tehnološkim kartama.
Proizvodni testovi pilot serija alata za obradu metala i tehnološke opreme za različite funkcionalne svrhe pokazali su da lasersko kaljenje i legiranje povećavaju njihovu trajnost za 2-5 puta i omogućavaju postizanje značajnog ekonomskog efekta pri uvođenju tehnoloških procesa u proizvodnju.
1. Svrha rada.
2. Kratki opis proučavane metode toplotne obrade čelika i legura.
3. Opći principi izbora šema za lasersku toplotnu obradu alata različitih funkcionalnih namjena.
4. Osnovni parametri optimizacije načina laserske obrade površine.
5. Zaključci na osnovu dobijenih rezultata.
TESTNA PITANJA.
1. Kojoj vrsti predobrade se podvrgavaju proizvodi prije laserske toplotne obrade?
2. Obrazložite izbor shema za lasersko zračenje reznih alata, krajnjih glodalica i matrica za bušenje.
3. Kako se vrši prilagođavanje režima laserske obrade za alate različitih funkcionalnih namjena?
4. Navedite glavne parametre procesa laserske toplotne obrade materijala.
5. Kako rezultati laserskog očvršćavanja ovise o koeficijentu preklapanja ozračenih mrlja?
6. Objasnite zavisnost tvrdoće očvrslih zona od gustine snage laserskog zračenja.
