Optimizarea modurilor în stație. Probleme de optimizare a modurilor curente Optimizarea modurilor de rețele electrice regionale articole

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

Eseupe această temă:

Fundamentele optimizării modurilor centralelor și sistemelor electrice

1. Obiective și criterii pentru optimizarea modurilor sistemului de alimentare

Optimizarea modurilor sistemelor electrice și centralelor electrice este una dintre ramurile teoriei și metodelor de control al sistemelor de energie electrică (EPS). Există documente oficiale privind rezolvarea următoarelor serii de probleme operaționale în EPS:

Întocmirea bilanțurilor planificate ale producției de energie și electricitate pentru diverse perioade (de la minute la un an) și pentru diverse obiecte.

Determinarea volumelor și prețurilor pentru vânzările pe termen lung, pe termen scurt și operaționale de energie electrică, capacitate și rezerve.

Calculul tarifelor de rețea ținând cont de pierderile de energie electrică.

Determinarea costului energiei electrice pe zone de program de sarcină și pe anotimpuri ale anului.

Determinarea modului de funcționare al unei centrale termice (TPP).

Determinarea modului de utilizare a resurselor de apă a unei centrale hidroelectrice (CHP).

Construcția de caracteristici energetice, economice și de cost generalizate pentru centrale electrice și zone de alimentare cu energie electrică.

Regulamentul de re putere activăși tensiune.

Alegerea și plasarea rezervelor de putere.

Sarcinile enumerate nu sunt lista plina probleme în care se calculează modul EPS, dar arată doar importanța optimizării modului.

Pentru o soluție practică și implementare software a oricărei sarcini de regim este necesară formalizarea acesteia, care include cinci etape.

Întocmirea unui model matematic.

Alegerea unei metode de rezolvare.

Dezvoltarea unui algoritm de soluție.

Modelarea informației.

Implementare software.

Fiecare formulare a problemei găsirii unei soluții optime trebuie să satisfacă cel puțin două cerințe:

Problema trebuie să aibă cel puțin două soluții posibile;

Trebuie formulat un criteriu de selectare a celei mai bune soluții.

Din punct de vedere al clasificării, se pot distinge următoarele probleme de optimizare: gestionarea funcționării sistemului, gestionarea dezvoltării sistemului și gestionarea proceselor tehnologice.

Modelare matematică. Să ne oprim pe scurt asupra acelor prevederi pentru modelarea problemelor de energie electrică care sunt folosite pentru a le rezolva. Când construiți un model, ar trebui să luați în considerare doar cele mai importante caracteristici sisteme. De asemenea, este necesar să se formuleze ipoteze justificate logic, să se aleagă forma de prezentare a modelului, nivelul de detaliu al acestuia și metoda de implementare. Studiile de optimizare folosesc de obicei două tipuri principale de modele: analitice și regresii.

Modelele analitice includ ecuații ale bilanțurilor materiale și energetice, relații între caracteristici tehniceși ecuații care descriu proprietățile fizice și comportamentul unui sistem la nivelul principiilor tehnice.

La modelare, este important să se definească clar limitele sistemului studiat. Ele sunt stabilite de limitele care separă sistemul de mediul extern. În procesul de rezolvare a unei probleme, poate apărea problema extinderii limitelor sistemului. Acest lucru crește dimensionalitatea și complexitatea modelului. În practica ingineriei, ar trebui să ne străduim să divizăm sistemele mari în subsisteme relativ mici. În același timp, este necesar să fim siguri că o astfel de descompunere nu va duce la o simplificare excesivă a situației reale.

Dacă se determină proprietățile sistemului și se stabilesc limitele acestuia, atunci în următoarea etapă a modelării problemei de optimizare este selectat un criteriu (funcția obiectivă), pe baza căruia este posibil să se evalueze comportamentul sistemului și Selectați cea mai bună soluție. În aplicațiile de inginerie se folosesc de obicei criterii de natură economică. Criteriul poate fi și factori tehnologici: durata procesului de producție, cantitatea de energie consumată etc. Adesea situația este complicată de faptul că în rezolvarea unei probleme este necesar să se asigure valori extreme ale mai multor criterii conflictuale. În acest caz, vorbim despre probleme multicriteriale.

La următoarea etapă de modelare a problemei de optimizare, este necesar să se selecteze variabile independente și dependente care să descrie în mod adecvat funcționarea sistemului.

Atunci când alegeți variabile independente, ar trebui să:

Distingeți variabilele ale căror valori pot varia într-un interval destul de larg și variabilele ale căror valori sunt fixe în timpul procesului de optimizare;

Identificați parametrii care sunt influențați de factori externi și necontrolați;

Selectați variabile independente în așa fel încât toate cele mai importante decizii tehnice și economice să fie reflectate în modelul matematic al problemei.

Alegerea incorectă a variabilelor independente poate duce la soluții pseudo-optime.

Variabilele dependente trebuie legate de variabile independente. Variabilele dependente, de regulă, sunt parametri de ieșire a modelului și sunt determinate de cerințele pentru rezultatele operațiunii obiectului. De exemplu, consumul de combustibil este o variabilă independentă, iar puterea activă a unei stații electrice este o variabilă dependentă. Legătura lor se reflectă în caracteristicile energetice ale centralei electrice.

În general, modelul matematic de optimizare include: o descriere formală a problemei; criteriul de rezolvare a problemei; variabile independente și dependente; ecuații de relație între variabile independente și dependente; restricții asupra variabilelor sub formă de egalități și inegalități (de obicei sunt determinate de limitele superioare și inferioare ale modificărilor parametrilor sistemului).

Luarea deciziilor în condiţii de certitudine se caracterizează printr-o legătură neechivocă (deterministă) între prin decizieși rezultatul acestuia. Un sistem în care elementele interacționează în moduri precis previzibile poate fi considerat determinist.

Un model determinist reflectă comportamentul sistemului dintr-o poziție de deplină certitudine în prezent și viitor. Comportamentul unui astfel de sistem este previzibil dacă se cunosc stările curente ale elementelor sale și legile de transformare a informațiilor care circulă între ele.

Majoritatea sarcinilor de regim din EPS pot fi considerate doar condiționat deterministe. Cu toate acestea, în practică, multe dintre ele sunt rezolvate tocmai în această formulare, ceea ce se explică prin necesitatea de a avea soluții lipsite de ambiguitate pentru a controla modurile și complexitatea și, uneori, imposibilitatea de a lua în considerare proprietățile probabilistice ale EPS asociate cu însăși natura. a evenimentelor si proceselor tehnologice

Modelul matematic al problemei de optimizare include în general următoarele componente.

Funcția obiectivă – criteriu de optimizare

F(X, Y) extr (1)

2. Ecuații de comunicare care determină relația dintre variabile:

Această conexiune ia adesea forma anumitor caracteristici ale obiectului, de exemplu, caracteristicile energetice. Legătura dintre X și Y poate fi explicită sau implicită.

3. Ecuațiile de constrângere arată condiții acceptabile pentru modificarea variabilelor și funcțiilor independente și dependente din ele:

Xmin? X? Xmax (3)

Ymin? Y? Ymax (4)

hmin? h"(X,Y) ? hmax (5)

După formularea problemei de optimizare, este necesar să se selecteze o metodă de optimizare și metode de luare în considerare a constrângerilor, descrise în detaliu în.

In problemele de regim se folosesc diverse criterii de optimizare: tehnice, economice si comerciale. Asociațiile, sistemele energetice, centralele electrice și întreprinderile de rețele electrice pot fi luate în considerare. Acest lucru duce la o varietate de sarcini și criterii pentru optimizarea modurilor.

Criterii de optimizare a regimurilor intra-centrală. Pentru centralele electrice se rezolvă problema optimizării modurilor intra-stație și se folosesc cel mai des criterii tehnice, precum costurile sau consumul minim de combustibil al stației (pentru hidrocentrale, resurse minime de apă)

sau eficienta maxima

Optimizarea modurilor are ca scop selectarea compoziției optime a echipamentelor de operare, a puterilor Pi active și Qi reactive ale unităților. Problema poate fi rezolvată în orice interval de timp de la minute la un an. Pe baza acestor criterii se construiesc caracteristicile energetice echivalente ale statiilor.

Criteriul de optimizare a modurilor de rețea electrică. O rețea electrică poate include una sau mai multe întreprinderi de rețea. La optimizarea modului de rețea electrică, criteriul poate fi pierderile de energie (sau putere) în rețea, adică pierderile minime de putere activă:

și pierderi minime de energie

Folosind aceste criterii, puteți obține un echivalent performanța optima pierderi de energie electrică.

Criterii de optimizare a modurilor sistemului de energie electrică.

La optimizarea modului EPS, este necesar să se țină cont de caracteristicile sale tehnice și economice: scara teritorială și capacitățile de producere a energiei electrice. În prezent, optimizarea modului este importantă pentru entitățile care operează pe piața angro de energie electrică și capacitate. Piața angro este administrată de Administrator sistem comercial, care, pe baza tranzactiilor, formeaza Politica de prețuri piata pe toate intervalele de timp. Subiecții pieței angro sunt centralele electrice, întreprinderile de rețea (JV) și marii consumatori. Prețurile declarate de centrale electrice (furnizori de energie) determină cererea pentru puterea lor și energia electrică (produs). Dacă prețurile sunt mari, atunci produsul poate fi complet sau parțial să nu fie solicitat. Optimizarea regimului poate fi realizată în diverse sarcini în funcție de criteriile de preț minim pentru EPS, costuri minime sau bunăstare maximă a subiecților pieței.

Modul afectează costurile și va fi optim când

Dar dacă folosim criteriul prețurilor minime la energie electrică

atunci bilanțele energetice din EPS se vor schimba. În practică, criteriul (11) este folosit mai des.

2. Planificarea modurilor de funcționare a centralelor electrice

Costurile operaționale pentru producția, transportul și distribuția energiei electrice depind nu numai de factori externi, principalele fiind caracteristicile și valoarea sarcinii conectate, dar și modul sistem electric, care poate fi influențată prin sistemul de control. Există o anumită relație între costurile de operare 3 și controlul modurilor sistemului electric, care poate fi caracterizată prin relația

Componenta 30 include componente precum costurile salariale pentru personalul de exploatare, costurile pentru un set de măsuri de îmbunătățire a fiabilității și eficienței echipamentelor electrice de energie prin creșterea eficienței dispozitivelor de conversie și transmisie a energiei (generatoare de abur, turbine, generatoare etc.). Aceste costuri sunt aproape independente de modul de funcționare a sistemului electric, iar reducerea lor se realizează prin eforturile personalului de exploatare a centralelor electrice și a întreprinderilor de rețea.

A doua componentă 3(P) caracterizează costul resurselor energetice și depinde de modul sistemului de alimentare, de compoziția și de sarcina echipamentului inclus în operațiune. În acest caz, principalii purtători de energie sunt combustibilul pentru centralele termice și apa pentru centralele hidroelectrice. Valoarea lui 3(P) este determinată de costul combustibilului, luând în considerare producția și transportul acestuia. Rezolvarea problemei controlului modurilor sistemului energetic este de a determina acțiuni de control care să asigure un minim de costuri totale pentru producerea, transportul și distribuția energiei electrice. Astfel, această sarcină se reduce la minimizarea costului resurselor energetice 3(P). La rândul său, un minim de costuri de combustibil poate fi atins numai cu utilizarea optimă deplină a rezervelor limitate de resurse hidro.

Valoarea sarcinii totale active a sistemului de alimentare Рн este determinată de comportamentul consumatorilor de energie electrică și este considerată în sistemul de alimentare ca un parametru dat care caracterizează influența externă. Ținând cont de pierderile de putere în elementele rețelei, condiția de echilibrare a puterii trebuie îndeplinită pentru fiecare moment în timp

unde PH(t) este sarcina totală a consumatorilor; - puterea activă a sursei i-a la momentul t; - pierderile totale de putere activă în sistemul electric la momentul t. Nerespectarea condiției (13) va duce la o abatere de frecvență de la valoarea nominală.

Condiția (13) trebuie îndeplinită pentru a menține frecvența nominală. Controlul optim al modurilor normale ale sistemului de alimentare constă în distribuirea economică a sarcinii sistemului între surse, de ex. în determinarea valorilor Pi(t) care asigură costuri minime de energie. În acest caz, aprovizionarea cu apă disponibilă Wj este determinată de condițiile naturale ale cursului de apă (zona bazinului, cantitatea de precipitații etc.), precum și de condiții suplimentare pentru navigație, rafting de lemn, trecerea peștilor etc.

Este posibil să se implementeze controlul optim numai pe baza informațiilor curente PH(t) despre sarcină la un moment dat? Pentru a face acest lucru, luați în considerare relația dintre modurile EPS curente și ulterioare prin criteriul optimității. Graficul zilnic al sarcinii totale (inclusiv pierderile de putere) pentru fiecare sistem energetic în sezonul curent al anului are un aspect destul de stabil pentru zilele lucrătoare, zilele nelucrătoare, sărbători și zilele pre-vacanțe. Natura unui astfel de grafic este prezentată în Fig. 1 Programul zilnic de consum de energie este aproximat în mod treptat cu un pas de timp de 1 oră. Dezvoltarea unui sistem automat de control al dispecerelor a condus la o tranziție de la =1 oră la o aproximativă jumătate de oră și chiar 15 minute a graficului sarcinii electrice Рн(t).

Orez. 1 - Graficul sarcinii totale EPS

Diferența dintre Pmax maxim pe timp de zi și Pmin minim pe timp de noapte depinde în mare măsură de ponderea consumului de energie electrică industrială și de condițiile climatice. O parte din sarcina P6(t) este acoperită de centralele de bază, care includ cele mai economice unități de centrale termice în condensare, centrale nucleare și hidrocentrale în timpul inundațiilor, regimul cărora, dintr-un motiv sau altul, este considerat predeterminat. De exemplu, pentru o centrală termică, modul electric depinde de programul de generare a energiei termice. Restul graficului de sarcină electrică este împărțit în jumătate de vârf și vârf. Acoperirea încărcăturii în partea de jumătate de vârf este realizată de CES de parametri medii, iar în partea de vârf de centrale hidroelectrice, centrale termice de medie presiune și centrale cu acumulare prin pompare (PSPP). Alocarea stațiilor la părțile de bază, semi-vârf și vârf ale programului de sarcină electrică este determinată de manevrabilitatea și eficiența acestora.

Deoarece diferența dintre Pmax și Pmin se dovedește a fi mare (uneori ajunge la 50% din Pmax), compoziția echipamentului generator nu poate rămâne neschimbată pe parcursul zilei. Momentele în care generatoarele centralei electrice sunt pornite și oprite și sarcina lor depind de programul de consum de energie și sunt determinate nu numai de valoarea PH(t) la momentul curent. Prin urmare, problema de optimizare este integrală în natură.

Presupunând că natura ne oferă resurse hidroenergetice gratuit, componenta de operare 3(P) este determinată de costurile combustibilului pe intervalul de timp T sub forma

unde: Bi(t) - consumul de combustibil (funcția timpului) i-a termică centrale, numărul de centrale este NT; d: - coeficient luând în considerare costul combustibilului, inclusiv transportul acestuia la stația i-a.

Sarcina este de a determina un astfel de mod de funcționare al centralelor termice PТi(t) pe intervalul T pentru a asigura un minim de Z(P). Cel mai adesea, ziua (24 de ore) este considerată intervalul de timp T. Dacă nu luăm în considerare natura integrală a problemei de optimizare, atunci din poziție în acest moment timp, este întotdeauna benefică încărcarea completă a tuturor centralelor hidroelectrice, ceea ce, în mod natural, va duce la o reducere a costurilor cu combustibilul la termocentrale. Cu toate acestea, epuizarea rapidă a resurselor hidro va duce la regimuri ulterioare clar suboptime de EPS (fără participarea centralelor hidroelectrice). Prin urmare, minimizarea funcției (14) trebuie efectuată ținând cont de constrângerile integrale ale formei

unde: - consumul de apă (funcția de timp) la hidrostația j-a (pe oră t); Wj este furnizarea (eliberarea) de apă planificată la centrala hidroelectrică; NG - numărul de centrale hidroelectrice. Dacă debitul integral de apă este mai mare decât volumul de apă Wj care intră în rezervor, atunci acest lucru va duce la o scădere a nivelului sub nivelul permis, dacă este mai mic, aceasta va duce la acumularea de apă și la necesitatea evacuării acesteia, ocolirea turbinelor hidraulice, ceea ce este clar irațional (generarea de energie electrică specificată pentru sistemul energetic este În acest caz, se realizează prin arderea suplimentară a combustibilului la centralele termice).

Natura integrală a problemei de optimizare este determinată nu numai de restricțiile (15) asupra resurselor hidraulice, ci și de condițiile de alegere a compoziției echipamentelor generatoare. Acest lucru se datorează faptului că compoziția optimă a echipamentelor nu poate fi găsită numai pe baza informațiilor curente despre sarcina sistemului de alimentare. Este necesar să-i evaluăm comportamentul cu ceva timp T înainte. Să ne imaginăm că pentru a economisi combustibil, este de dorit să opriți una sau alta unitate. Cu toate acestea, fezabilitatea acestui lucru poate fi determinată doar luând în considerare soluția la următoarea întrebare. Economiile de combustibil de la oprirea unității vor fi mai mari? Cheltuieli suplimentare pentru pornirea sa ulterioară, a cărei necesitate poate fi determinată doar ținând cont de comportamentul ulterioară a sarcinii și uzura echipamentului de la porniri suplimentare?

În practică, problema optimizării modului sistemului de alimentare este rezolvată în două etape. În prima etapă, compoziția echipamentului și sarcina hidrocentralei sunt planificate pe baza prognozei comportamentului consumatorilor. În a doua etapă, se rezolvă problema distribuției economice a sarcinii pentru un anumit set de echipamente. În acest caz, caracteristicile de curgere Bi = f(Pi) corespund compoziției selectate a echipamentelor generatoare (generatoare de abur, turbine, unități).

Astfel, sarcina de optimizare a modului EPS este de a găsi minimul funcției 3(P) conform (14) în condițiile echilibrului de putere (13) și echilibrului de apă (15). Natura integrală a problemei de optimizare predetermină natura în mai multe etape a soluției acesteia prin prognozarea sarcinii PH(t), planificarea funcționării zilnice a centralelor termice și hidroelectrice PTi(t), PGi(t), adică. planificarea așa-numitelor programe de expediere ale centralelor electrice și corectarea promptă a acestor grafice în legătură cu erorile apărute în prognoza sarcinii și modificările de urgență neprogramate în compoziția echipamentelor de generare și a rețelei electrice (întreruperi ale liniilor electrice, (auto) transformatoare). Formularea de mai sus a problemei de optimizare se dovedește a fi incompletă, deoarece nu stipulează condițiile pentru alimentarea cu energie fiabilă și de înaltă calitate a consumatorilor de electricitate. Aceste condiții sunt stabilite sub forma unui număr de restricții de regim sub forma inegalității.

Enumerăm cele mai frecvente restricții de regim:

Puterile active ale stațiilor variază în interior

determinată, pe de o parte, de capacitatea de suprasarcină a generatoarelor, iar pe de altă parte, de stabilitatea funcționării echipamentelor termice (de exemplu, prin arderea pistoletelor în generatoarele de abur) la sarcini reduse.

Puterea reactivă disponibilă a generatoarelor depinde în general de sarcina de putere activă, dar pentru a simplifica problema, aceasta este de obicei stabilită de limite stricte:

Tensiunile nodurilor trebuie, de asemenea, stabilite în limite acceptabile, ținând cont de capacitatea de reglare a transformatoarelor:

Restricțiile enumerate sunt adesea numite restricții nodale, deoarece se referă la parametrii nodurilor schema electrica sisteme. Împreună cu acestea, în unele cazuri este necesar să se țină seama de restricțiile liniare ale curenților și fluxurilor de putere ale liniilor electrice sau ramurilor transformatoarelor unui circuit electric.

din conditiile de incalzire a firelor si mentinerea stabilitatii sistemului.

Monitorizarea tensiunilor nodurilor și a fluxurilor de putere în liniile de transport a energiei electrice sau în agregatul acestora, numite secțiuni, duce la necesitatea includerii ecuațiilor în regim de echilibru în problema de optimizare:

controlul stației rețelei electrice

unde: Si - puterea nodală totală egală cu Si = SHj - SHi; SГj este puterea totală generată de o centrală termică sau hidrocentrală; SHi - consumul total de energie; Yij este conductivitatea reciprocă a nodurilor i și j ale circuitului electric; n este numărul de noduri dintr-un EPS fără o centrală de echilibrare, a cărei tensiune magistrală trebuie setată Un+1.

În ecuațiile (20), indicele t este omis, dar trebuie avut în vedere că toți parametrii modurilor electrice sunt variabili în timp - Uj(t), SHi(t), etc.

Problema generală a optimizării sistemelor mari de putere este atât de complexă încât, în ciuda nivelului ridicat de perfecțiune facilitati de calcul trebuie simplificat, firesc, într-o asemenea măsură încât să prevină o eroare semnificativă în soluție. În primul rând, aceasta se referă la împărțirea acestei sarcini în etape:

Selectarea compoziției echipamentelor (determinarea programului de stare a echipamentelor generatoare în timpul zilei);

Optimizarea modului EPS pentru o anumită compoziție de echipament.

La rândul său, optimizarea modului EPS, care conține stații termice și hidraulice, se împarte în:

planificarea independentă a centralelor hidroelectrice;

planificarea independentă a centralelor termice.

În unele cazuri, pentru a obține acuratețea de optimizare necesară, aceste două procese sunt legate într-un proces ciclic iterativ, dar este rar când se fac mai mult de două astfel de cicluri. Pentru programul inițial de funcționare al centralei hidroelectrice (de exemplu, preluat din ziua precedentă), se determină modul optim al centralei termice. După aceasta, se precizează modul centralei hidroelectrice și din nou modul centralei termice.

Constrângerile integrale (15) introduc o complexitate semnificativă în problema de optimizare, deoarece ar trebui considerat ca un întreg ca integral, adică. cu găsirea costurilor totale minime pe intervalul de planificare, cel mai adesea zilnic. Dacă programul zilnic de încărcare este aproximat în pași de 1 oră, atunci T=24. Într-un număr de sisteme de alimentare, sunt luate în considerare intervale de jumătate de oră și T=48.

Aici ar trebui să acordați atenție următoarei circumstanțe importante. Dacă în EPS nu există centrale hidroelectrice (sistemul poate fi considerat unul termic, constând numai din centrale termice), atunci scrieți funcția (14) sub forma

obținem așa-numita proprietate de separabilitate, pentru care egalitatea „minimul sumei este egal cu suma minimelor” este valabilă:

Aceasta înseamnă că modul optim al primului interval orar nu depinde de modul celui de-al doilea interval etc. În consecință, o problemă complexă de optimizare integrală se descompune în T (numărul de intervale) de probleme independente mai simple, în fiecare dintre acestea fiind căutat propriul minim.

După ce am optimizat modul EPS pentru fiecare dintre intervalele T, în cele din urmă obținem programe de expediere pentru funcționarea tuturor centralelor electrice în forma prezentată în Fig. 2.

Orez. 2 - Program de expediere pentru centrala electrica

Sarcina de a planifica modul de funcționare al centralelor electrice pe baza puterii active este strâns legată de sarcina de a determina nivelurile de tensiune ale punctelor de control ale sistemului de alimentare. Faptul este că cantitatea de pierdere de putere P care intră în balanță depinde nu numai de, ci și de puterea reactivă generată, care, la rândul său, determină nivelurile de tensiune și sarcina curentă a liniilor. Soluția comună a ambelor probleme se numește optimizare complexă a modului EPS.

Literatură

1. Optimizarea modurilor sistemului de alimentare: Tutorial/ P.I. Bartolomeu, T.A. Panikovskaia. Ekaterinburg: USTU - UPI, 2008. - 164 p.

2. Makoklyuev B.I. Analiza si planificarea consumului de energie. - M.: Energoatomizdat, 2008. - 296 p.

3. T.A. Filippova et al. Optimizarea modurilor de centrale și sisteme energetice: Manual / T.A. Filippova, Yu.M. Sidorkin, A.G. Rusina; - Novosib. stat tehnologie. univ. - Novosibirsk, 2007. - 356 p.

4. Modele ierarhice în analiza și controlul sistemelor electrice de energie / O.A. Suhanov, Yu.V. Sharov - M.: Editura MPEI, 2007. - 312 p.

5. Lykin A.V. Sisteme și rețele electrice: Manual. indemnizatie. - M.: Carte universitară; Logos, 2006. - 254 p.

6. Filippova T.A. Regimuri energetice ale centralelor electrice și sistemelor electrice de energie: Manual - Novosibirsk: Editura NSTU, 2005. - 300 p.

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Caracteristicile principalelor metode de rezolvare a problemelor de programare neliniară. Caracteristici de optimizare a modului curent de consum de energie prin putere reactivă. Calculul rețelei, precum și analiza modurilor optime de consum de energie pentru OJSC Ilyich Sider and Steel Works.

teză de master, adăugată 09.03.2010


Modelarea diferitelor moduri de rețele electrice ale câmpurilor petroliere din Southern Vasyugan OJSC "Tomskneft". Calculul condițiilor de sarcină maximă și minimă a sistemului de alimentare. Calitatea energiei electrice și influența acesteia asupra pierderilor în instalațiile electrice.

teză, adăugată 25.11.2014


Selectarea tensiunii nominale a rețelei, puterea dispozitivelor de compensare, secțiunile transversale ale liniilor electrice aeriene, numărul și puterea transformatoarelor. Calculul circuitului echivalent al rețelei electrice, modul sarcinilor maxime, minime și de urgență.

lucrare curs, adăugată 25.01.2015


Calculul sursei de vibrații armonice. Determinarea modurilor rezonante circuit electric. Calculul proceselor tranzitorii folosind metoda clasică. Determinarea valorilor în regim de echilibru ale tensiunilor și curenților în circuitele electrice sub influență nesinusoidală.

lucrare curs, adaugat 18.11.2012


Studiul unui circuit electric liniar: calculul sursei de oscilații armonice și al unei rețele cu patru terminale sub influență sinusoidală; determinarea parametrilor modurilor de rezonanță în circuit; valorile tensiunilor și curenților sub influență nesinusoidală.

lucrare de curs, adăugată 30.08.2012


Dispozitive și caracteristici ale sistemelor de alimentare. Sisteme de alimentare cu energie electrică pentru întreprinderi industriale. Avantajele integrării într-un sistem energetic în comparație cu funcționarea separată a uneia sau mai multor centrale electrice. Schema unei centrale hidroelectrice la cursul râului.

prezentare, adaugat 14.08.2013


Formarea ecuațiilor nodale și de contur ale regimurilor staționare ale rețelei electrice. Calculul modului greu, modul rețelei electrice folosind ecuații nodale și neliniare la specificarea sarcinilor în putere folosind metode iterative.

lucrare curs, adaugat 21.05.2012


Esența justificării tehnice și economice pentru dezvoltarea centralelor electrice, rețelelor și mijloacelor de funcționare a acestora. Selectarea circuitului, a tensiunii nominale și a echipamentelor electrice principale ale liniilor și stațiilor de rețea. Calculul modurilor de funcționare și al parametrilor rețelei.

lucrare de curs, adăugată 06.05.2012


caracteristici generale Rețele electrice de sud-est. Realizarea unui circuit echivalent și calcularea parametrilor acestuia. Analiza condițiilor de funcționare în regim de echilibru. Luați în considerare oportunitățile de îmbunătățire a nivelurilor de tensiune. Întrebări despre economie și protecția muncii.

teză, adăugată 13.07.2014


Modele de sarcină pentru liniile de transmisie. Motive pentru apariția asimetriei longitudinale în rețelele electrice. Capacitatea liniei trifazate. Inductanța unei linii cu două fire. Simularea modurilor de funcționare a unui sistem cu patru fire. Fluxul de curent în pământ.

Articolul prezintă măsuri de optimizare a modurilor de funcționare a transformatoarelor de putere pentru a minimiza pierderile de energie electrică. Este prezentată influența tensiunii reale și a duratei de viață a transformatoarelor de putere asupra pierderilor de energie electrică. Se propune determinarea puterii economice a transformatoarelor de putere ținând cont de factorii specificați, precum și luând în considerare timpul de pornire a transformatorului în rețeaua electrică și forma programului de sarcină.

Problemele de optimizare a managementului sistemelor de alimentare cu energie au primit o atenție deosebită încă de la apariția primelor sisteme de proiectare asistată de calculator și sisteme de control automate bazate pe computer. Activ sisteme software fac posibilă verificarea realității și optimității soluțiilor de proiectare pentru instalațiile energetice individuale, precum și a fiabilității funcționării sistemului energetic de funcționare în ansamblu prin rezolvarea unor probleme tehnologice specifice. Software-ul este folosit și pentru analiza comparativă a diferitelor strategii de proiectare, instalare, optimizare și operare atunci când se iau decizii pe baza stării și a parametrilor de funcționare a rețelei electrice.

Elementele principale ale rețelei electrice sunt transformatoarele de putere ale substațiilor și liniile de transport a energiei electrice. Aceste elemente din orice produs software analitic sau sintetic sunt reprezentate de propriile lor modele matematice. Din întregul set de modele, în general, se pot distinge două tipuri principale, utilizate în rezolvarea problemelor:

1) Un model grafic general acceptat al circuitului electric al sistemului de alimentare (inclusiv transformatoare de putere și linii electrice);

2) Modele specializate de scheme de proiectare care descriu schema rețelei electrice a sistemului de alimentare la nivelul cerințelor metodelor matematice aplicate și problemelor tehnologice specifice.

Sarcinile de creștere a eficienței energetice a sistemelor de alimentare cu energie electrică a diferitelor facilități necesită implementarea unor măsuri, adesea asociate cu calcule inginerești. Calculele de inginerie în domeniul economisirii energiei sunt un proces intensiv în muncă. Luând în considerare complexitatea și costul ridicat al efectuării unor astfel de lucrări, necesitatea și utilitatea măsurilor de economisire a energiei nu sunt întotdeauna evidente pentru conducerea întreprinderilor, organizațiilor și instituțiilor.

Majoritatea deciziilor luate sunt strict reglementate de legi, linii directoare și alte reglementări. Acest lucru face posibilă automatizarea soluțiilor pentru multe probleme specifice și complexe, inclusiv probleme de creștere a eficienței energetice a transformatoarelor de putere în funcțiune.

De regulă, două transformatoare de putere sunt instalate la stațiile de transformare. În funcție de sarcina totală a stației, este avantajos oprirea unui transformator în timpul orelor de descărcare. Acest mod de funcționare ar trebui considerat o măsură de economisire a energiei, deoarece randamentul transformatorului rămas în funcțiune se apropie de valoarea maximă.

Sarcina optimă a transformatorului S OPT, corespunzătoare randamentului maxim posibil, poate fi găsită folosind formula:

unde S NOM este puterea nominală a transformatorului, kV∙A; ΔP ХХ - pierderi în gol, kW; ΔP Scurtcircuit - pierderi scurt circuit, kW.

Raportul dintre sarcina optimă a transformatorului și puterea sa nominală este factorul de sarcină optim al transformatorului k W:

Când se utilizează formulele (1) și (2), factorul de sarcină al transformatoarelor se dovedește a fi destul de scăzut (în intervalul 0,45÷0,55), deoarece transformatoarele sunt produse cu un raport de pierderi în gol și scurtcircuit în interval de 3,3÷5,0. De obicei, în practica de proiectare, sunt utilizate valorile maxime de sarcină, care sunt utilizate pentru a determina sarcina transformatoarelor. Factorul de sarcină se dovedește a fi semnificativ mai mic decât valoarea optimă, astfel încât transformatoarele de putere aflate în funcțiune în prezent au sarcină scăzută și multe dintre ele funcționează în modul suboptim.

Pierderile de putere într-un transformator de putere sunt determinate de formula:

unde U este tensiunea reală la bornele înfășurării tensiune înaltă transformator, kV; U NOM - tensiunea nominală a înfășurării de tensiune superioară, kV.

Pierderile de energie electrică într-un transformator de putere depind de momentul pornirii transformatorului, de forma graficului sarcinii electrice și sunt determinate de formula:

unde T YEAR este numărul de ore de funcționare al transformatorului pe an, h; τ este timpul de cele mai mari pierderi, determinat din programul efectiv de sarcină sau prin valoarea de referință a numărului de ore de utilizare a sarcinii maxime, h.

Pierderile minime de energie în transformator în timpul anului vor fi dacă pierderile de energie în gol și energia de scurtcircuit sunt egale. Sarcina transformatorului, ținând cont de indicatorii programului de sarcină electrică T AN, τ și corespunzătoare minimului de pierderi de energie electrică, poate fi găsită ținând cont de (4) la U=U NOM:

Calculele comparative au fost efectuate folosind formulele (1) și (5) luând în considerare valorile medii ale duratei de utilizare a sarcinii maxime în industrie. Calculele au arătat că transformatoarele descendente necesită o sarcină mai mare decât o au în practică.

În unele cazuri, poate fi recomandabil să opriți o parte a transformatoarelor care funcționează la o sarcină totală S H. Să determinăm sarcina avantajoasă din punct de vedere economic S EK,Δ P în timpul funcționării, în cadrul căreia se atinge sarcina maximă profitabilă a transformatoarelor. Când sarcina se schimbă de la zero la S EK,Δ P, este recomandabil să operați un transformator; când sarcina este peste S EK,Δ P, este avantajos din punct de vedere economic să operați două transformatoare. Sarcina S EK,Δ P la care se recomandă deconectarea unuia dintre transformatoare și datorită egalității pierderilor de putere la funcționarea unuia și a două transformatoare este determinată de formula:

Sarcina S EK,Δ W , datorată egalității pierderilor de energie electrică în timpul funcționării unuia și a două transformatoare, se propune, prin analogie cu (6), să fie determinată ținând cont de timpul de pornire al transformatorului și de forma graficului sarcinii electrice folosind formula:

Figura, conform ecuațiilor (3) și (4), arată dependențele pierderilor de putere și electricitate în transformatoarele de putere ale unei stații cu două transformatoare de puterea de sarcină pe magistralele de joasă tensiune S H.

Orez. - Determinarea puterii economice a transformatoarelor dupa criterii

pierderi minime de putere și energie electrică: ΔP 1, ΔW 1 - pierderi de putere și energie la funcționarea unui transformator; ΔP 2, ΔW 2 - pierderi de putere și energie la funcționarea a două transformatoare.

Analiza dependențelor ΔP(S Н) și ΔW(S Н) arată o schimbare a puterii economice spre creșterea acesteia, luând în considerare timpul de pornire al transformatorului și programul efectiv al sarcinilor electrice. Când se calculează S EC,Δ W conform (7), intervalul de putere economică crește. În acest caz, timpul de funcționare al unei substații cu un transformator crește cu un program de sarcină neuniform. Economiile sunt realizate datorită absenței pierderilor fără sarcină ale unui transformator deconectat.

Influența tensiunii reale U la bornele transformatorului asupra pierderilor de putere și energie este reflectată de formulele (3) și (4). Pentru a reduce pierderile, este recomandabil să setați un mod de transformator în care tensiunea pe înfășurările de tensiune mai mare să nu depășească valoarea nominală. O reducere semnificativă a tensiunii este, de asemenea, inacceptabilă, deoarece este posibil să nu îndeplinească cerințele GOST pentru abaterea tensiunii la consumator. O scădere a tensiunii la substații duce și la o creștere a pierderilor de energie electrică în liniile electrice.

Trebuie remarcat faptul că în timpul ciclului de viață al unui transformator de putere se observă modificări ale proprietăților magnetice ale oțelului electric și o creștere a pierderilor fără sarcină ΔP XX. La calcularea pierderilor de energie electrică în transformatoarele de putere, se recomandă utilizarea valori reale pierderi în gol obținute prin măsurători în condiții de funcționare. Acest lucru se aplică în primul rând grupurilor de transformatoare de putere care funcționează pe termen lung. Studii recente arată că pentru transformatoarele de putere cu o durată de viață mai mare de douăzeci de ani, pierderile fără sarcină de pe plăcuța de identificare ΔP XX.PASP în timpul calculelor ar trebui să crească cu 1,75% pentru fiecare an de funcționare de peste 20 de ani:

unde TSL este durata de viață a transformatorului, ani.

Apoi, ținând cont de (2), (4), (5) și (8), factorul optim de sarcină pe termen lung al unui transformator de putere care a funcționat mai mult de 20 de ani ar trebui determinat prin formula:

Este evident că deconectarea unor transformatoare din motive economice nu ar trebui să afecteze fiabilitatea alimentării cu energie a consumatorilor. În acest scop, transformatoarele scoase din funcțiune trebuie să fie însoțite de dispozitive automate de transfer. Se recomandă automatizarea operațiunilor de oprire și pornire a transformatoarelor. Pentru a reduce numărul de comutări operaționale, frecvența punerii transformatoarelor în rezervă nu trebuie să depășească de 2-3 ori pe zi. În plus, sarcina pe transformatoare, determinată prin formulele (7) și (9), nu trebuie să depășească valorile admise. Pe baza relației dintre indicatorii de eficiență și fiabilitate, abordările discutate în acest articol sunt foarte relevante pentru stațiile cu fluctuații sezoniere de sarcină.

Prevederile pentru optimizarea modurilor de funcționare ale transformatoarelor prezentate în acest articol sunt implementate sub formă software. Serviciul web „Online Electric” permite managerilor întreprinderilor și instituțiilor să evalueze rapid indicatorii tehnici și economici ai măsurilor de îmbunătățire a eficienței energetice a echipamentelor de transformare și să stabilească fezabilitatea acestora, iar auditorilor energetici să completeze și să justifice calitativ pașapoartele energetice ale clădirilor și structuri într-un timp scurt.

Implementarea măsurilor de economisire a energiei pe echipamentele transformatoarelor care utilizează resurse Online Electric are o serie de avantaje față de soluționarea clasică a unor astfel de probleme „manual” sau folosind software-ul instalat pe calculatoare personale, și anume:

1) nu este nevoie să cumpărați și să instalați programe de aplicație pe calculator;

2) este posibilă conectarea la sistem de oriunde de pe planetă;

3) utilizatorul nu trebuie să monitorizeze și să actualizeze constant versiunile de software;

4) rapoartele care oferă formulele utilizate vă permit să verificați fiabilitatea calculelor.

Lista surselor utilizate

1. Kireeva, E.A. Carte completă de referință privind echipamentele electrice și inginerie electrică (cu exemple de calcule): publicație de referință / E.A. Kireeva, S.N. Sherstnev; editat de S.N. Sherstneva.- Ed. a II-a, tipărită.- M.-: Knorus, 2013.- 864 p.

2. Manual de proiectare a rețelelor electrice / ed. D. L. Faibisovici. - Ed. a IV-a, revizuită. si suplimentare - M.: ENAS, 2012. - 376 p. : bolnav.

3. GOST 14209-97. Ghid pentru încărcarea transformatoarelor de ulei de putere.- Intro. 01.01.2002.- Minsk, 1998.

4. Korotkov, A.V. Metode de evaluare și prognoză a eficienței energetice a complexelor electrice ale rețelelor urbane de distribuție [ Resursa electronica]: abstract. dis. ...cad. tehnologie. Științe: 05.09.03 / Korotkov A.V.; Universitatea Politehnică de Stat din Sankt Petersburg. - Electron. date text. (1 fișier: 283 KB). - Sankt Petersburg, 2013. - Cap. cu titlu. ecran. - Versiunea electronică a publicației tipărite. - Acces gratuit de pe Internet (citire, imprimare, copiere). - Fisier text. - Adobe Acrobat Reader 7.0. - .

5. Online Electric: calcule interactive ale sistemelor de alimentare cu energie. - 2008 [Resursa electronica]. Acces pentru utilizatorii inregistrati. Data actualizării: 02/08/2015. - URL: http://www.online-electric.ru (data acces: 02/08/2015).

Introducere. 5

1.1. Parametrii modului ES. 6

1.4.2. Metoda gradientului. unsprezece

1.11.1. Metoda grafică. 24

2.2. Subsisteme automate ale sistemului de control al procesului. 53

2.3.2. Contoare. 56

2.5. ACS de TPP. 67

2.6. ASU PES.. 70

2.7. Sistem automat de control al proceselor substațiilor. 70

Introducere

X

Y– vectorul parametrilor de mod;

U– vector de control.

Dependențe funcționale Y(X,U), Z(X,Y,U).

Parametrii modului ES

Modelul matematic al regimului este un sistem de ecuații algebrice neliniare, de obicei nodale.

unde este matricea conductivităților nodale, are ordinul n;

Vector de tensiune la noduri;

Vector de putere nodal;

n– numărul de noduri independente.

Pentru a rezolva sistemul, trebuie specificat parametri independenți , care includ puterile și tensiunile nodului în nodul de echilibrare. Având acești parametri, puteți determina fără ambiguitate modul (dacă există) prin rezolvarea sistemului (1).

Toți ceilalți parametri de mod obținuți pe baza calculului: tensiuni în nodurile ES – SUA, curge de-a lungul liniilor - P l , Q l , curenți în ramuri - Il, pierderi - D.P. etc sunt numite parametrii de mod dependenți .

Unii dintre parametrii independenți (capacități nodale) în condiții normale nu sunt supuși dispecerului (încărcări la noduri). Restul (capacitatile sursei) trebuie optimizate. Parametrii independenți includ, de asemenea, rapoartele de transformare ale autotransformatoarelor pentru rețelele de comunicații de diferite tensiuni (KT), care pot fi ajustate folosind un comutator sub sarcină.

Un parametru independent unic este compoziția echipamentului inclus în lucrare, care este caracterizată de grafic G.

Parametrii de mod independent, a căror optimizare ar trebui efectuată în timpul controlului de supraveghere, pot fi considerați ca un vector X = ( P i , Q i , K T , G, ), unde indexul i identifică sursele.

Prin analogie, vectorul parametrilor dependenți combină toți ceilalți parametri ai modului, care sunt determinați în mod unic cu valori fixe permise ale tuturor parametrilor independenți:

Y = (U S , P l , Q l , I l , d, DP,...)

Pentru determinare Y pentru dat X sunt folosite diverse metodeși programe pentru calcularea modurilor staționare.

Metoda gradientului

O posibilă direcție este aleasă opusă gradientului:

Ecuația de bază:

.

Componentele gradientului se găsesc prin incremente finite (Fig. 1.7):

.

Deoarece tgb ¹ tga, această metodă are o eroare în determinarea gradientului, care depinde de incrementul argumentului.

Pentru a reduce utilizarea erorilor metoda incrementului centrat .

Metoda gradientului este adesea combinată cu selectarea pasului optim. Pentru selecție se utilizează o etapă de probă t 0, la sfârșitul căreia se determină coordonatele X1 și componentele gradientului. Pe baza valorilor gradientului de la punctele X și X1, se determină un pas aproape de optim. Algoritmul metodei este prezentat în Fig. 1.8:

1. Aproximație inițială X = X (0);

2. Definirea gradientului ÑF | X ;

3. Comparaţie |ÑF|< eps;

4. t 0 şi definiţie ;

5. Determinarea t OPT;

6. Definiție ;

Metoda este utilizată pe scară largă în programele de optimizare a modurilor.

Metoda de căutare aleatorie

În această metodă, direcțiile posibile sunt determinate folosind un generator de numere pseudoaleatoare cu o distribuție uniformă în intervalul -1,...,1.

Pentru a face acest lucru, la punctul de plecare X (0), se ia în considerare un cub cu o față de 2×dx (Fig. 1.9) și se calculează valoarea funcției F 0. Un punct din cub este selectat aleatoriu , unde g i este un număr pseudoaleator (-1 £ g i £ 1). La punctul X (1) se calculează valoarea funcţiei F 1.

Dacă F 1< F 0 , то исходная точка Х (0)­­­ переносится в точку Х (1) и процедура повторяется. Если F 1 >F 0, atunci punctul selectat X (1) este considerat nereușit și este găsit în schimb punct nou. Departe de minim, probabilitatea de a cădea în regiunea posibilelor direcții este aproape de 50%. Pe măsură ce te apropii de soluție, valoarea lui dx scade.

Avantajele metodei: simplitatea algoritmului, care nu necesită calculul derivatelor. Dezavantajul este numărul mare de iterații.

Metoda de optimizare directă

Aceasta metoda folosit când G(X) prezentat funcții simple, de exemplu liniar. În acest caz m necunoscut din n poate fi exprimat analitic prin restul k = n – mși înlocuiți aceste expresii în F(X). Apoi primim optiune noua ,

a cărui condiţie minimă va avea k ecuatii:

Rezolvarea acestor ecuații ne permite să găsim totul k componente vectoriale c. Variabilele rămase sunt găsite prin substituție în expresii găsite anterior.

Să ne uităm la un exemplu:

F(X)= 5 + x 1 2 + x 2 2 ® min;

g(X) = x 1 + x 2 – 2 = 0;

f(c) = f(x 2) = 5 + (2 – x 2) 2 + x 2 2 ® min,

, –2(2 – x 2) + 2x 2 =0, x 2 = 1;

x 1 = 2 – 1 = 1.

Metoda de optimizare directă este simplă, dar poate fi folosită doar pentru rezolvarea analitică funcții specificate tip relativ simplu.

Caracteristicile blocului

Să luăm în considerare o diagramă simplificată a fluxurilor principale de energie din bloc

Considerăm că sunt cunoscute următoarele caracteristici de curgere: B(Q K), Q t (P), Q CH (P), P CH (P). Totodată, cheltuielile orare pentru nevoi proprii sunt atribuite producerii de energie electrică.

La construirea COP-ului unui bloc se face o distincție între creșterea specifică a consumului de combustibil, brut și net. .

Creșterea brută este atribuită producției complete

unde este creşterea relativă a consumului de căldură pentru nevoile proprii.

Creșterea netă este atribuită producției utile

deoarece. ,

unde este creşterea relativă a consumului de energie electrică pentru nevoi proprii.

Pentru un calcul aproximativ, puteți ignora propriile nevoi. Apoi: .

De exemplu, Figura 1.24 arată OCP-ul unei unități de 200 MW.

Reglarea COP în timpul funcționării necesită luarea în considerare a tot felul de factori care afectează eficiența echipamentului principal al unității, modificări ale condițiilor externe, cum ar fi temperatura aerului exterior, temperatura apei circulante, modificări ale caracteristicilor combustibilului etc.

Manevrabilitatea blocului

IES sunt implicate în reglarea frecvenței și a fluxurilor de putere din sistem, ceea ce uneori necesită schimbare rapida puterea lor. În acest caz, se face o distincție între domeniul de sarcină P min £ P £ P max și domeniul de reglare în care sarcina se poate modifica automat fără a modifica compoziția echipamentului auxiliar (număr de arzătoare, pompe de alimentare etc.).

Sarcina este aruncată rapid, iar încărcătura este ridicată încet cu o rată de câteva procente pe minut, mai ales când unitatea este pornită după ce a fost inactiv. Timpul de pornire din stare rece este determinat de o creștere treptată a temperaturii în elementele structurale ale turbinei și cazanului, de exemplu, în tamburul cazanului cu 2,5...3,0 °C/min și poate ajunge la câteva ore , iar pentru unitățile puternice, mai mult de 10 ore. Monitorizarea stării, de exemplu, a unei turbine în timpul pornirii se realizează folosind instrumente care înregistrează alungirea relativă și deplasarea axială a rotorului; diferența de temperatură între partea superioară și inferioară a cilindrilor, pe lățimea flanșelor, între flanșe și știfturi; curbura arborelui și vibrația; dilatarea termică a liniilor de abur și a carcasei turbinei etc.

În timpul opririi planificate în timpul orelor de consum redus, durata de pornire depinde și este determinată de timpul de nefuncționare al unității. Lansarea este însoțită de suplimentare lansatoare consumul de combustibil, care depinde și de durata de inactivitate, și de puterea nominală a unității, care determină greutatea și dimensiunile acesteia. La pornirea unui bloc puternic de cărbune pulverizat dintr-o stare rece, acestea pot ajunge la câteva sute de tone.

Metoda grafică.

Metoda grafică este utilizată atunci când HOP-urile tuturor blocurilor e(P) sunt specificate sub formă de grafice (Fig. 1.25). Toate HOP-urile sunt construite pe aceeași scară de-a lungul axei de increment. Apoi, caracteristica stației este construită prin însumarea puterii blocurilor la valori fixe ale creșterii în funcție de condiție .

După aceasta, valoarea sarcinii sale este reprezentată pe axa de putere a centralei electrice R o iar capacităţile corespunzătoare ale blocurilor se determină la efectuarea bilanţului.

Optimizarea fiabilitatii

Secțiunea propusă nu se pretinde a fi o prezentare în profunzime a problemei fiabilității, care este una dintre cele cheie în controlul modului și este studiată în cadrul unei discipline speciale. Aici luăm în considerare doar o abordare pentru evaluarea nivelului optim de fiabilitate folosind exemplul alegerii unei rezerve de urgență într-un sistem.

Nivelul de fiabilitate este considerat o categorie economică, deoarece este asociat cu costuri Z pentru a crește fiabilitatea și a reduce costurile pentru consumator în cazul unei pierderi totale sau parțiale a puterii, definită ca daune U din subalimentarea cu energie electrică (Fig. 1.48). Nivelul optim de fiabilitate N opt este determinat de costurile totale minime.

La evaluarea fiabilității, materialul statistic este utilizat pentru a determina probabilitățile de nefuncționare q si muncitor p condiție.

q + p = 1.

,

unde l este indicatorul ratei de defectare, determinat de tipul de echipament, selectat prin colectarea statisticilor.

Să luăm în considerare un exemplu de alegere a unei linii de alimentare cu un singur circuit sau cu dublu circuit pentru alimentarea unui consumator:

n = 1: ,

Unde y 0– daune specifice RUR/kWh,

T – perioada de decontare.

O linie de alimentare cu dublu circuit este benefică dacă.

Subsisteme automate ale sistemului de control al procesului.

Sistemele de control al proceselor sunt împărțite în subsisteme:

1. elementar;

1) includ subsisteme de suport tehnic (TS) - toate mijloacele tehnice;

2) suport informațional (IS) – toate informațiile;

3) software;

4) suport organizațional (OS), care determină procedura de pregătire a datelor, schimbul între departamente, calendarul de pregătire a informațiilor, formele documentelor de ieșire etc.;

5) personal – program de personal, fișe de post, sistem de dezvoltare profesională etc.

2. funcțional:

1) controlul modului curent (TIMP REAL);

2) planificare:

· curent – ​​timp de 1 oră, 1 zi, săptămână,

· pe termen lung – timp de 1 lună sau mai mult;

3) logistica (MTS) - echipamente noi, piese pentru reparatii, combustibil, etc.;

4) gestionarea vânzării de energie termică și electrică;

6) contabilitate (salarii).

Contoare.

În prezent, problema contorării energiei electrice este foarte relevantă. În acest scop sunt folosite diverse contoare:

· inducție, pentru automatizare sunt completate cu un dispozitiv de generare a impulsurilor (UPD);

· contoarele electronice, foarte promițătoare, sunt produse astăzi în cantități suficiente;

ABB Alpha - contor multifunctional ( W P , W Q , P MAX, patru zone tarifare, control sau ieșire sub formă de semnal electric al nivelului de tensiune, permit impact asupra opririi, au o precizie ridicată 0,2 % , sensibilitate 1000 [????], un ordin de mărime mai scump).

Durata de viata 20-30 ani. Aceste contoare sunt baza ASKUE.

2.3.3. Dispozitive de conversie a informațiilor.

1. ADC Există diferite tipuri de transformare:

- desfasurare,

– cu echilibrare bit cu bit.

Desfășurarea transformării:

Când U BX > U P pornește contorul de impulsuri.

Dezavantajul acestui tip de conversie este că timpul de conversie depinde de frecvența semnalului.

Echilibrare pe biți:

Această transformare functioneaza astfel:

Folosind comparatorul K prin intermediul dispozitivului de comandă al unității de comandă, flip-flops-urile sunt setate la 1 unul câte unul, începând de la cea mai semnificativă cifră 2 n. Dacă în acest caz U OC > U BX, atunci 1 este resetat. În caz contrar, se salvează. De exemplu:

1 × 2 3 = 8, U OC = 8 > U BX = 7.

1 × 2 2 = 4, U OC = 4 > U BX = 7.

U OC = 2 2 × 1 + 2 1 = 6< U BX = 7 .

UOC = UBXÞ cod 0111 .

2. DAC : ,

Circuit amplificator operațional.

Înregistratoare de evenimente.

În prezent, osciloscoapele electronice sunt înlocuite cu înregistratoare de evenimente speciale, care permit înregistrarea tuturor proceselor (curenți și tensiuni instantanee). i t , U t) în situații de urgență, precum și în momentul activării dispozitivelor de protecție și automatizare cu relee. Acest lucru vă permite să analizați accidentele, să determinați în mod fiabil cauzele și vă ajută să îmbunătățiți fiabilitatea. Sursa de informare este convertoare electronice ED, practic fără inerție, permițând înregistrarea directă a curbelor fără distorsiuni aceastaȘi U t. Numărul obișnuit de puncte pe perioadă este de 20. Exemple de astfel de înregistratoare sunt: ​​RES PRSOFT și NEVA (vă permite să înregistrați până la 90 de semnale, software-ul avansat este de mare importanță). NEVA este baza pentru construirea sistemelor automate de control al proceselor la substații de sistem puternice.

Suport informațional.

Suportul informațional conține toate informațiile care sunt utilizate în management. Aceste informații sunt împărțite în cantitative și semantice.

Informații semantice – acestea sunt diverse tipuri de documente, instrucțiuni, reguli de dispozitiv etc.

Informații cantitative– acestea sunt informații despre parametrii sistemului și procesului tehnologic.

Sursele de informații tehnologice sunt UTM. Ei efectuează sondaje ciclice ale senzorilor cu un punct t (5 s, 1 s). Dacă timpul de procesare pentru primul sondaj Dt, apoi numărul punctelor de votare. Ciclul de interogare t depinde de rata de modificare a parametrilor ().

Orice parametru măsurat YT reprezentat digital printr-un număr întreg de quante, unde m– scară cuantică.

Scara cuantică este determinată de capacitatea de biți a ADC-ului dispozitivului TM și de parametrii nominali ai convertoarelor primare.

La n=8(8 cifre) valoare maximă Y=256

De exemplu, dacă dispozitivul are un curent nominal I H = 600 A, Acea

A/cuantică.

La măsurarea tensiunii: U H = 110 kV

.

La măsurarea puterii:

Pentru U H = 500 kV și I H = 2000 A

.

Unitățile de informare sunt bitul și derivatele sale:

octet = 8 biți,

kbyte = 1024 bytes, MB, GB etc.

Informația este o măsură a eliminării incertitudinii noastre despre un obiect, prin urmare unitatea de măsură evaluează măsura reducerii incertitudinii. Un bit vă permite să reduceți incertitudinea de 2 ori. La prezentarea informațiilor, se folosește un sistem de codare care utilizează curse uniforme și inegale. Uniforma este mai ușoară, pentru că pasajele au o lungime constantă.

Un octet vă permite să codificați 2 8 = 256 diferite simboluri. De obicei suficient n = 7. Unul suplimentar este folosit pentru validarea hardware. Acesta este bitul de paritate. Conținutul său (0 sau 1) este completat cu par. De exemplu:

Pentru a crește fiabilitatea, utilizați:

1) împărțirea informațiilor în blocuri cu determinarea sumei de control și transferarea acestora la punctul de primire,

2) verifica suma pe tot parcursul mesajului.

Pentru a reduce cantitatea de informații transmise prin liniile de comunicație, se folosesc clasificatoare. Conform acestui sistem, toate întreprinderile, obiectele și produsele lor de producție sunt reprezentate prin coduri digitale.

Atunci când se lucrează cu aceste informații, care sunt reprezentate de matrice de același tip de date, sistemele de gestionare a bazelor de date (DBMS) sunt utilizate pe scară largă, permițând încărcarea inițială, actualizarea, corectarea și stocarea fiabilă a datelor.

ACS de TPP.

Modul TPP este controlat de inginerul de gardă, care se raportează la dispeceratul SA Energo și gestionează activitatea personalului de exploatare al unităților și mecanismelor individuale ale S.N., care se află în camera principală de comandă sau în tablourile locale. Sistemul de automatizare de control este, de asemenea, construit în conformitate cu această structură. Există un nivel la nivel de fabrică (OVK - complex de calculatoare la nivel de fabrică) și niveluri de blocuri individuale (PVK - xxxxxxxxxxxxx VK). Sursele de informare sunt senzorii parametrilor tehnologici (partea termica) si cei electrici, precum si pozitia aparatelor cu doua stari stabile. TM nu este utilizat pe deplin aici. TM este utilizat numai pentru a furniza informații dispecerului centralei electrice (sistemului electric).

Când gestionați IVC poate fi utilizat în diverse moduri:

1) modul consilier

Aici U este acțiunea de control.

2) supraveghetor (supraveghetor)

IVC este utilizat:

poate modifica setările controlerelor y i și setările. Deciziile se iau pe baza analizei.

3) control digital:

Factorul de decizie ia o decizie bazată pe cunoașterea procesului tehnologic, experiență și informații.

IVK ia decizii numai pe baza modelelor matematice. La TPP-uri se implementează managementul grupurilor funcționale, adică. management integrat un grup de obiecte care îndeplinesc diverse funcții.

Cazan:

– alimentare cu combustibil, unde se coordonează munca de alimentare cu cărbune brut, moara, formând un amestec praf-aer și alimentarea arzătoarelor;

– alimentare cu apă: pompe de alimentare PN, pompe de condensare KN, dezaerator, pompă de apă pură chimic;

– alimentare cu aer: încălzitor de aer, ventilatoare etc.

Generator sincron:

– sistem de excitație (EX): transformator, tiristoare, răcire tiristoare, regulator de excitație;

– sistem de răcire a generatorului:

a) apă: prepararea distilatului, pompe, sistem de control al scurgerilor, temperaturi de intrare și ieșire, dispozitiv de răcire cu apă încălzită.

Pentru a controla grupuri individuale, pot fi utilizate diverse mijloace tehnice și programe. De exemplu, pentru răcirea cu apă a înfășurărilor statorului, este utilizat sistemul Neptune, care include sute de senzori de temperatură instalați în fiecare tijă de înfășurare. Acești senzori sunt interogați în cicluri de câteva secunde și controlați de un computer. Când este detectată o creștere a temperaturii, este generat un semnal sonor.

Un sistem similar funcționează pentru a monitoriza funcționarea rulmenților.

Funcțiile sistemelor automate de control al proceselor la centralele termice:

1. colectarea de informații despre parametrii procesului tehnologic, verificarea fiabilității și funcționalității senzorilor și a conexiunilor acestora cu computerul;

2. controlul parametrilor tehnologici de proces și semnalizarea ieșirii din zona admisă sau apropierii hotărâtoare de aceasta;

3. determinarea indicatorilor tehnico-economici (TEI) și menținerea unui enunț cu ciclul Dt = 15 min, sunt considerate costuri specifice, costuri pentru S.N. căldură și electricitate cu totaluri pentru ture, zile până la luni;

4. controlul asupra eficienței de funcționare a unităților individuale S.N.;

5. evaluarea duratei de viață a conductelor de abur, a tuburilor de ecran al cazanului și a altor elemente. Informațiile despre temperatură sunt utilizate pentru estimarea resursei;

6. partea electrică: control asupra funcționării părții electrice a sistemului de excitație, sarcină asupra puterilor active și reactive ale generatorului;

7. monitorizarea sistemului de răcire a înfășurării, monitorizarea funcționării lagărelor;

8. controlul descărcărilor parțiale de izolație (realizat cu ajutorul senzorilor de temperatură prin monitorizarea semnalelor de înaltă frecvență.

La diferite centrale termice se implementează și alte funcții la inițiativa personalului. De exemplu, la CHPP-3, în partea electrică, a fost dezvoltat un sistem de monitorizare a ansamblării circuitului bloc.

La nivelul întregii fabrici, sistemul automat de control al procesului controlează funcționarea aparatelor de comutație exterioare și de urgență, în timp ce:

1. se prelucrează formularele de comutare;

2. se monitorizează durata de viață a întrerupătoarelor în funcție de mărimea curentului de oprire;

3. repartizarea sarcinii între blocuri este optimizată;

4. planificarea reparațiilor;

5. menținerea declarațiilor TEP pentru unitatea în ansamblu;

6. controlul asupra activității atelierelor stației generale (tratare chimică a apei, alimentare cu combustibil etc.)

Astăzi, sunt utilizate diferite sisteme automate de control al procesului. Primele sisteme IV-500 sunt încă în funcțiune la unități de 500 MW (Troitskaya GRES), un complex casnic cu două mașini bazat pe SM.

În prezent, există mulți furnizori de sisteme automate de control al proceselor, inclusiv companii străine. Astăzi se acordă preferință evoluțiilor interne. Cele mai avansate sisteme sunt furnizate de KOSMOTRONIKA (Surgutskaya GRES, Nizhnevartovskaya GRES, Permskaya GRES). Sistemul realizează funcții de monitorizare a pornirii unităților cu automatizarea unor funcții, funcții de optimizare a funcționării mecanismelor individuale S.N., funcții de control al mediului etc. Controlul pornirii vă permite să reduceți timpul de pornire, menținând în același timp temperaturile de stres permise în metal.

ACS PES

Folosit schema circuitului, ca pentru centralele electrice. Sursa de informații este UTM. Nu există ES printre obiecte. UTM-urile sunt instalate la substații. La cele mai importante substații sunt aparate de tip GRANIT, la cele mai simple - mai multe dispozitive simple. OIC este deservit de același software ca și în ES. Problemele specifice rețelei sunt rezolvate aici:

– analiza modului (staționar, calculul curentului de scurtcircuit, planificarea modului). Totodată, se monitorizează starea reală a echipamentului, ținând cont de resursele comutatoarelor, ținând cont de controlul încălzirii echipamentelor cu ajutorul termovizionării;

– probleme de optimizare a modului pentru a minimiza pierderile în rețea;

– sarcini de monitorizare a fiabilității informațiilor, verificarea parametrilor de admisibilitate.

Sistem automat de control al proceselor substațiilor.

Ele sunt automate ultimele. Există mai multe moduri de automatizare:

1. Folosit la substațiile de sistem unde este instalat panoul de control UTM, iar mijloacele tehnice vechi sunt lăsate pentru informarea personalului, de exemplu. instrumente indicatoare. Aici, folosind echipamente speciale, puteți „asculta” magistrala de informații și puteți introduce toate informațiile în computer. Această cale nu este folosită pe scară largă.

2. Pentru crearea sistemelor automate de control al proceselor pentru substații, pot fi utilizate înregistratoare de semnal electric de tip „Neva”. Baza înregistratoarelor este o unitate pentru înregistrarea și monitorizarea modurilor normale și de urgență și contorizarea energiei electrice. Acest reportofon vă permite să conectați de la 16 la 64 de semnale pentru oscilografie în timp ce scanați 20 de puncte pe perioadă. De la 32 la 96 măsurate valori efective de la convertoare de tip E. De la 24 la 288 semnale discrete de la contactele bloc ale întrerupătoarelor, de la releele intermediare și de ieșire ale releului de protecție. Intrările discrete pot fi utilizate și pentru contorizarea energiei electrice ca contoare de impulsuri. Acest lucru vă permite să conectați contoare electronice cu ieșire de impuls și cele cu inducție, dacă sunt echipate cu un dispozitiv de generare a impulsurilor (PDU). Reportofonul este conectat la un computer și informațiile pot fi transmise prin intermediul unui modem la centrul de control al sistemului de alimentare. Se folosesc instrumente de editare grafică. Sarcini specifice - verificarea echilibrului de putere si energie, determinate de TEP, i.e. pierderi tehnice și comerciale, costuri de întreținere și costul de transmitere sau conversie a unei unități de energie electrică. Sarcini de automatizare a reglarii tensiunii, statistici de urgenta.

Introducere. 5

1. Optimizarea modurilor sistemului de alimentare. 6

1.1. Parametrii modului ES. 6

1.2. Formularea problemei de optimizare. 7

1.3. Caracteristicile problemei de programare neliniară. 8

1.4. Metode de optimizare neconstrânse. 9

1.4.1. Metoda coborării coordonate. 10

1.4.2. Metoda gradientului. unsprezece

1.4.3. Metoda de căutare aleatorie. 12

1.4.4. Metoda poliedrului deformat. 13

1.5. Optimizarea supusă constrângerilor sub formă de egalități. 13

1.5.1. Metoda de optimizare directă. 13

1.5.2. Metoda cu gradient redus. 14

1.5.3. Metoda lui Lagrange a multiplicatorilor nedeterminați. 15

1.6. Optimizarea supusă constrângerilor sub formă de inegalități. 16

1.7. Condiții pentru distribuția optimă a sarcinii între unitățile de operare paralele. 18

1.8. Caracteristicile echipamentelor principale ale centralelor termice. 20

1.9. Caracteristicile blocului. 23

1.10. Manevrabilitatea blocului. 24

1.11. Metode de distribuire a sarcinii între blocuri la IES. 24

1.11.1. Metoda grafică. 24

1.11.2. Distribuție folosind un computer. 25

1.12. Influența erorilor în determinarea e asupra consumului de combustibil. 26

1.13. Conditie de distributie optima intr-un sistem cu centrala termica. 27

1.14. Condiții de distribuție ținând cont de piața federală angro de energie și capacitate (FORMEM). 28

1.15. Determinarea creșterilor specifice ale pierderilor. 29

1.16. Măsuri pentru reducerea pierderilor de rețea. 31

1.17. Distribuția încărcăturii într-un sistem cu centrală hidroelectrică. 32

1.18. Determinarea caracteristicilor hidrocentralelor. 33

1.19. Distribuția încărcăturii într-un sistem cu centrală hidroelectrică. 35

1.19.1. Aplicație programare dinamică pentru a selecta un program de eliberare a rezervorului pentru o centrală hidroelectrică. 35

1.20. Optimizarea puterii reactive în sistem. 38

1.21. Optimizare cuprinzătoare a modului. 38

1.22. Selectarea compozitiei echipamentelor incluse in lucrare. 40

1.23. Aplicarea calculatoarelor pentru optimizare. 41

1.24. Optimizarea fiabilitatii. 43

1.24.1. Selectarea rezervei optime. 43

1.24.2. Algoritm pentru selectarea unei rezerve. 45

1.24.3. Definirea seriei discrete de ieșiri de urgență și reducerea sarcinii. 46

1.24.4. Seria de reducere a sarcinii. 47

1.25. Optimizarea calitatii energiei. 47

1.26. Criteriul de calitate integral. 48

1.27. Determinarea tensiunii optime pentru sarcina de iluminat. 50

2. Sisteme automate de control (ACS). 52

2.1. Sistemul energetic ca obiect de control. 53

2.2. Subsisteme automate ale sistemului de control al procesului. 53

2.3. Subsisteme de suport tehnic. 54

2.3.1. Senzori ai parametrilor electrici. 55

2.3.2. Contoare. 56

2.3.3. Dispozitive de conversie a informațiilor. 56

2.3.4. Comunicatii in sisteme automate de control si telemecanica. 57

2.3.5. Înregistratoare de evenimente. 60

2.3.6. Sisteme automate de monitorizare și contabilitate a energiei electrice (ASCAE). 61

2.3.7. Instrumente de afișare a informațiilor. 61

2.3.8. Suport informațional. 61

2.4. Subsisteme software ACS. 63

2.5. ACS de TPP. 67

2.6. ASU PES.. 70

2.7. Sistem automat de control al proceselor substațiilor. 70

2.8. Monitorizarea funcționării sistemului energetic PE. 71

Introducere

Funcționarea sistemelor energetice este asociată cu costuri ridicate și, în primul rând, costuri cu combustibilul. Rezervele de combustibili fosili de pe Pământ sunt în scădere, astfel încât prețurile combustibililor cresc, iar problema creșterii eficienței proceselor de producere, transport și distribuție a energiei devine tot mai acută. Restructurarea completă a Sistemului Energetic Unificat al Rusiei și divizarea acestuia în companii creează condiții pentru dezvoltarea concurenței în domeniile producției și vânzărilor. Dar din punct de vedere tehnic și managerial, sistemul energetic rămâne unificat.

Dificultățile gestionării energiei de astăzi se datorează faptului că investițiile au fost reduse semnificativ, iar echipamentele de capital s-au epuizat.

Toate acestea necesită dezvoltarea și îmbunătățirea în continuare a metodelor moderne de control folosind metode matematice și calculatoare. O diagramă de control simplificată este prezentată în Fig. 1.1.

X– vector de influenţe externe asupra sistemului;

Y– vectorul parametrilor de mod;

Z este un criteriu de control care formalizează principalele scopuri ale funcționării sistemului energetic;

U– vector de control.

Dependențe funcționale Y(X,U), Z(X,Y,U).

Orez. 1.1. Scopul controlului Z®extr.

Un computer este folosit aici ca mijloc de automatizare a activităților de management uman. Prin urmare, astfel de sisteme sunt numite sisteme automatizate sistem de control (ACS).

Introducerea și funcționarea sistemelor de control automatizate necesită investiții mari de capital. Aceste investiții se plătesc prin reducerea costurilor de operare prin reducerea consumului de combustibil, creșterea fiabilității și îmbunătățirea calității energiei furnizate.

Și deși economiile relative ale costurilor cu combustibilul nu sunt de obicei mai mari de 1,5 - 2%, în termeni absoluti dă rezultate destul de tangibile.

Un efect semnificativ în sisteme este obținut prin monitorizarea constantă a stării și reducerea ratei accidentelor.

Optimizarea modurilor sistemului de alimentare

Problema optimizării modurilor sistemului de alimentare a fost pe deplin stabilită și dezvoltată în ultimii 30 de ani, deși primele studii teoretice în acest domeniu au început în Uniunea Sovietică mult mai devreme. Chiar și atunci s-au stabilit principiile repartizării optime a puterii active între unitățile din stații și stații din sistem, pe baza unei comparații a creșterilor specifice ale consumului echivalent de combustibil. Au fost stabilite criterii de repartizare optimă a puterii active în sistemele de energie, ținând cont de influența pierderilor de putere activă în rețele și cu resurse energetice limitate.

Deja în etapa în care a fost recunoscută necesitatea de a lua în considerare pierderile de putere activă în rețele la optimizarea modului, a devenit evident că era imposibil nu numai optimizarea operațională, ci chiar și efectuarea calculelor preliminare ale modului optim al sistemelor de alimentare fără folosind tehnologia calculatoarelor. În acest sens, s-a acordat multă atenție analogului specializat dispozitive de calcul, care, însă, au fost înlocuite de calculatoarele digitale universale.

În prezent, pentru diverse probleme de optimizare a modului, s-a acumulat o anumită experiență în dezvoltarea și compararea metodelor, precum și în calcule practice în sistemele de energie electrică. Cel mai adesea, problemele de optimizare a modului sistemelor de putere activă și a modului rețelei electrice sunt rezolvate, adică. optimizarea pentru tensiune, putere reactivă și rapoarte de transformare (U, Q și Kt), precum și problema mai generală a optimizării complexe a regimului sistemelor electrice. Aceste probleme sunt rezolvate rapid și automat, de ex. în ritmul procesului, controlul modurilor sistemelor și rețelelor de energie electrică.

Experiența acumulată în rezolvarea problemelor de optimizare a modului pe un computer arată că pentru aceste probleme cea mai eficientă este utilizarea metodei gradientului redus la calcularea stării de echilibru prin metoda lui Newton.

Probleme de optimizare a modului

Controlul optim al modurilor normale în sistemul energetic este de a asigura consumatorului o alimentare fiabilă cu energie pe perioada de timp luată în considerare. energie electrica calitatea cerută (adică, sub rezerva restricțiilor impuse) la cele mai mici costuri de operare posibile în sistem.

Complexitatea excepțională a controlului modului optim este determinată nu numai de extrem o cantitate mare elemente controlate, dar și prin faptul că diverși parametri reglabili și personalizabili trebuie menținuți optimi în timpul funcționării sistemului pe o suprafață mare.

Optimizarea modului sistemelor de energie electrică este realizată de toți inginerii asociați cu calcule și implementare practică functionarea sistemului electric. Acest lucru se realizează de către proiectanți, lucrători de servicii de mod, dispeceri de sisteme electrice, personal tehnic operațional al centralelor electrice și rețelelor electrice.

Sarcina optimizării modului complex este de a determina valorile optime ale tuturor parametrilor modului, ținând cont de limitările tehnice. Aceasta este o problemă de programare neliniară cu constrângeri sub formă de ecuații în stare de echilibru și inegalități neliniare. Variabilele din acest tip de probleme sunt continue.

Cu optimizarea modului complex, se determină următoarele: valori optime puteri active și reactive ale surselor generatoare, module de tensiune și faze în noduri, rapoarte de transformare ținând cont de restricțiile tehnice privind valorile modulelor de tensiune nodurilor, unghiurile de defazare în transmisiile pe distanțe lungi, curenții și fluxurile de putere în linii, P și generatoare Q etc.

Modul optim trebuie să fie acceptabil, adică satisface condițiile de fiabilitate a alimentării cu energie și calitatea energiei electrice și, în plus, cele mai economice dintre modurile permise. Condițiile pentru fiabilitatea sursei de alimentare și calitatea energiei la calcularea modurilor permise iau în considerare restricțiile sub formă de egalități și inegalități asupra parametrilor controlați ai modului. Cel mai economic mod este unul dintre cele permise, care asigură un minim de consum (sau costuri) total echivalent de combustibil la o anumită sarcină a consumatorului în fiecare moment de timp, adică. pentru o anumită sursă utilă de energie electrică.

Odată cu creșterea energiei investite în încălzire, adâncimea stratului întărit crește. Cu toate acestea, acest model este valabil doar până când suprafața se topește vizibil. Odată cu apariția craterelor în zona iradiată, dacă adâncimea stratului întărit crește, este în mod necesar o încălcare a uniformității distribuției sale pe locul de tratare. Acest fenomen poate acționa ca un factor limitator la atribuirea unui mod de întărire cu laser. Pentru alții factor important, care determină calitatea prelucrării, este incertitudinea în egalitatea energiei trimise la suprafață și a energiei care este absorbită de această suprafață. Deoarece nomogramele universale nu au fost construite pentru a ține cont de caracteristicile de absorbție ale diferitelor suprafețe, este necesar să se selecteze corelații între experimentele de laborator și iradierea în condiții reale de producție pur empiric, pe baza rezultatelor întăririi. Mai mult, nivelul acestor legături este afectat nu numai de starea fizică și chimică a suprafeței iradiate, ci și de caracteristici tehnice echipamente laser, erori ale instrumentelor de control și măsură.

Selectarea energiei critice a radiației laser la procesarea cu diferite diametre petele de întărire se efectuează după cum urmează. Cu un diametru fix al punctului de întărire, tratamentul termic cu laser pulsat al suprafeței probelor studiate este efectuat la diferite energii de radiație laser. Energia, al cărei exces duce la o încălcare a rugozității suprafeței, este considerată critică.

Pentru a obține rezultate de întărire fiabile, de regulă, este necesar să se ajusteze modurile tipice de iradiere în raport cu un anumit produs și cu caracteristicile energetice ale unui anumit produs. instalarea laserului. O unealtă de același tip și dimensiune realizată din aceeași calitate de oțel, dar fabricată și supusă unui tratament termic extins la diferite întreprinderi, are o capacitate de absorbție diferită. Prin urmare, atunci când se procesează cu același nivel de energie, efectul de întărire cu laser va fi diferit. Pentru a stabiliza coeficientul de absorbție și a nivela efectele, este necesar să se utilizeze o gravare chimică preliminară a suprafeței sau să o acoperi cu un strat subțire de substanță. Stabilizarea absorbției nu elimină necesitatea de a lega modurile de iradiere prescrise la instalația laser utilizată. După cum se știe, proiectarea instalațiilor tehnologice este astfel încât energia radiației să fie controlată prin modificarea tensiunii pompei. Această dependență este determinată de calitatea alinierii și de starea elementelor optice, deci nu este același lucru pentru diferite instalații. Mai mult, pe măsură ce unitatea optică se aliniază greșit și se acumulează defecte în elementele optice, energia radiației poate scădea brusc. În consecință, parametrul de control nu este o valoare setată pe instalația laser (tensiunea pompei), ci o caracteristică măsurată cu ajutorul unui dispozitiv suplimentar (energie de radiație). Luând în considerare schema și posibilele erori în măsurarea energiei, devine evident că acuratețea înregistrării acestei valori la diferite instalații poate fi diferită. Un alt motiv pentru ajustarea modurilor de iradiere este controlul imperfect al gradului de defocalizare a punctului de iradiere.

Principalii parametri ai prelucrării cu laser a materialelor sunt prezentați în Figura 4.

La dezvoltarea regimurilor tehnologice pentru consolidarea oțelurilor și aliajelor, au fost selectate următoarele caracteristici ale radiației laser:

Densitatea medie de putere a radiației pe impuls;

Durata pulsului;

Defocalizarea fasciculului laser, adică deplasarea suprafeței iradiate la o anumită distanță de planul focal al lentilei sistemului optic laser;

Coeficientul de suprapunere al punctelor discrete de întărire cu laser, adică gradul de suprapunere a petelor pe rând (Figura 5).

Această zonă, obținută din acțiunea pulsului anterior, este supusă unei noi încălziri.

În acea parte a locului în care temperatura de reîncălzire nu a depășit punctul AC 1, are loc călirea rapidă a structurii austenitic-martensitice formate anterior cu formarea de secțiuni metalice cu gravitate crescută și valori reduse de duritate (Figura 5, b, Figura 6).

Alegerea gradului de suprapunere a punctelor de iradiere pentru diferite condiții de uzură a fost efectuată ținând cont de dependența dimensiunilor zonelor întărite și revenite de coeficientul de suprapunere (Fig. 7), precum și în conformitate cu prevederile apărute. din interpretarea teoretică a regulii lui Charpy. Totodată, s-a ținut cont de faptul că o creștere a rezistenței la uzură în condiții de frecare la limită este facilitată de realizarea, în timpul prelucrării cu laser, a unei stări structurale neuniforme atât a suprafețelor extinse, cât și a unui singur spot, care este asociat cu formarea unui relief în timpul uzurii, care crește absorbția de ulei a articulațiilor cu lubrifiere imperfectă. Dimpotrivă, rezistența maximă la uzură în condiții de frecare fără lubrifiere se observă cu cel mai mare grad posibil de întărire a materialului, omogenitate relativă și dispersie a componentelor structurale ale stratului întărit. În acest caz, se recomandă călirea cu laser cu suprapunerea parțială a punctelor de iradiere.

S-a stabilit că, pentru a obține dimensiuni suficiente ale suprafețelor de metal întărit, iradierea trebuie efectuată la coeficienți de suprapunere care depășesc 0,2.

De alegerea valorii coeficientului de suprapunere depinde uniformitatea stratului întărit în profunzime și productivitatea procesului de iradiere liniară cu laser. Analiza metalografică a zonelor întărite cu diferiți coeficienți de suprapunere a arătat că cea mai mare uniformitate a stratului în adâncime se realizează cu un coeficient de suprapunere spot de 0,4-0,5.

Figura 8 prezintă dependențele obținute experimental ale durității și adâncimii stratului întărit de oțelul R6M5 sub iradiere cu o durată de impuls t puls ~1 × 10 -3 s și t imp ~6 × 10 -3 s, care poate fi utilizat la alegerea modurilor de prelucrare cu laser a sculelor cu ajustări pentru caracteristicile tehnologice ale instalației laser și compoziția chimică a oțelului iradiat.

Trebuie remarcat faptul că una dintre caracteristicile funcționării perechilor de frecare este neuniformitatea uzurii lor de-a lungul suprafeței de contact a pieselor de împerechere sau a unei piese și a unei unealte, care este cauzată de presiunile de lucru neuniforme și vitezele de alunecare, deplasările repetate ale suprafețele de contact unele față de altele și aplicațiile repetate ale sarcinii. Acest lucru duce la deformări plastice suplimentare, eșec la oboseala de contact a suprafețelor de împerechere neuniforme și provoacă o pierdere rapidă a performanței.

În acest sens, procesarea cu laser este promițătoare, cu ajutorul căreia se realizează o stare în schimbare regulată a straturilor de suprafață ale produselor de împerechere pentru a asigura o uzură uniformă și minimă pe întreaga suprafață de contact pe baza determinării experimentale și teoretice. a modelelor de purtare a acestuia.

Din punct de vedere tehnologic, acest lucru este asigurat de procesarea laser cu moduri de schimbare în timpul procesului de întărire de-a lungul suprafeței de contact și vă permite să mențineți forma geometrică inițială, care determină performanța instrumentului și să îmbunătățiți proprietățile de performanță.

Pentru fiecare sculă specifică și piesă de mașină, datele privind coeficientul de suprapunere a punctelor, defocalizarea fasciculului și densitatea puterii radiației sunt înregistrate în hărțile tehnologice.

Testele de producție de loturi pilot de unelte pentru prelucrarea metalelor și echipamente tehnologice pentru diverse scopuri funcționale au arătat că călirea și alierea cu laser își măresc durabilitatea de 2-5 ori și fac posibilă obținerea unui efect economic semnificativ la introducerea proceselor tehnologice în producție.

1. Scopul lucrării.

2. o scurtă descriere a metoda studiata de tratare termica a otelurilor si aliajelor.

3. Principii generale selectarea schemelor de tratament termic cu laser pentru unelte pentru diverse scopuri funcționale.

4. Parametri de bază pentru optimizarea modurilor de tratare a suprafeței cu laser.

5. Concluzii pe baza rezultatelor obținute.

ÎNTREBĂRI DE CONTROL.

1. Ce pre-tratament sunt supuse produselor înainte de tratamentul termic cu laser?

2. Justificați alegerea schemelor de iradiere cu laser pentru freze de tăiere, freze și matrițe de tăiere.

3. Cum sunt ajustate modurile de procesare cu laser pentru unelte pentru diverse scopuri funcționale?

4. Enumerați principalii parametri ai procesului de tratare termică cu laser a materialelor.

5. Cum depind rezultatele întăririi cu laser de coeficientul de suprapunere a petelor iradiate?

6. Explicați dependența durității zonelor întărite de densitatea de putere a radiației laser.