Моделирование процесса электропотребления угольного предприятия "восходящим потоком"

«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР < 18

© А.Г. Захарова, 2002

YAK 622.2:658.26.004

А. Г. Захарова

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ УГОЛЬНОГО ПРЕАПРИЯТИЯ "ВОСХОАЯШИМ ПОТОКОМ"

Повышение эффективности использования энергетических ресурсов в угольной промышленности имеет принципиальное значение на современном этапе развития экономики. В Кузбассе затраты электроэнергии на производство одной тонны угля составляют 30-35 кВтч на разрезах, 25-180 кВтч на шахтах, 18-22 кВтч на обогатительных фабриках, что дает в сумме примерно 13 % вырабатываемой в Кузбассе электроэнергии.

Проблема энергосбережения заключается не только в снижении затрат топливно-энергетических ресурсов на производство угля, но и в рациональном построении всей системы энергоснабжения угольного предприятия, предполагающей низкий уровень потерь и затрат во всех звеньях при высоком уровне надежности. Решение этой проблемы возможно только на основе установления количественных закономерностей формирования энергетических затрат и получении на их основе надежных прогнозных оценок.

Общая теоретическая база, позволяющая решать проблему повышения эффективности энергопотребления на всех уровнях производства угольных предприятий, в настоящее время отсутствует. Это приводит к тому, что решение вопроса о рациональном использовании электроэнергии оказывается в значительной степени субъективным и слабо связанным со спецификой предприятия и теми изменениями, которые происходят в процессе его работы. Энергетическое хозяйство угледобывающего предприятия является сложной системой, функционирование которой определяется характером взаимосвязей между ее элементами, а также внешними и внутренними факторами, часть которых носит случайный характер. В связи с этим одной из важнейших задач при решении проблемы энергосбережения является установление закономерностей формирования затрат энергии в виде математических моделей, необходимых для анализа режимов потребления электроэнергии как отдельными звеньями технологической цепи, так и угольным предприятием в целом.

Необходимость статистического моделирования процесса работы отдельных технологических звеньев и шахты в целом вызвана тем, что эксплуатация горно-шахтного оборудования (ГШО) осуществляется в условиях, когда на него воздействуют разнообразные случайные факторы, обусловленные как

технологическими, так и не зависящими от технологии причинами. Одной из актуальных задач, возникающих при этом, является прогнозирование расхода электрической энергии на единицу производимой продукции. Для ее решения необходимо знать статистические характеристики как потребляемой ГШО электрической энергии, так и получаемой конечной продукции. Важным вопросом, решение которого необходимо для прогнозирования затрат электроэнергии, является учет случайных воздействий на звенья технологической цепи, так как случайные воздействия на отдельные звенья формируют разбросы характеристик системы при продвижении вверх по иерархической лестнице объектов, образующих систему (угольное предприятие).

Прогнозная схема моделирования энергопотребления угольного предприятия может быть построена по принципу "восходящего потока моделей", основанного на иерархии образующих систему объектов, суть которого сводится к следующему (рисунок).

Вначале моделируется поведение объектов самого нижнего уровня иерархии - "звеньев" ( к ним можно отнести, например, некоторые виды ГШО: очистные комбайны, конвейеры, перегружатели, насосы главного водоотлива и т.д.) при заданных входных характеристиках случайных воздействий. Нижний уровень объектов характеризуется тем, что его элементы не могут быть разбиты на меньшие составляющие. Именно объекты нижнего уровня -"звенья" - и подвержены случайным воздействиям.

Выходные характеристики "звеньев" являются входными характеристиками для состояний следующего уровня иерархии - "подсистем" (к ним относится совокупность ГШО, объединенная по определенному признаку, например, ГШО отдельных участков). Моделируя выходные характеристики всех объектов второго снизу иерархического уровня по полученным на предыдущем шаге входным параметрам, получают входные параметры для моделирова-

Распространение случайных воздействий на звенья нижнего уровня иерархии вверх по иерархической структуре системы

«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР < 18

ния объектов следующего над ним иерархического уровня. Описанный процесс продвижения вверх по иерархии продолжается до тех пор, пока не будет промоделировано поведение "системы" (угольного предприятия) - объекта наивысшего иерархического уровня.

Для построения описанной выше прогнозной схемы необходимо установление закономерностей формирования энергетических затрат в виде математических моделей, учитывающих влияние случайных воздействий, что требует привлечения математической теории случайных процессов, описывающей переходы системы между ее состояниями под влиянием случайных воздействий

Среди всех случайных процессов эволюции простейшими являются Марковские процессы, для которых состояние системы в будущем определяется только ее состоянием в исходный момент времени, но не состоянием в прошлом. Однако, даже в этом простейшем случае "случайных процессов без памяти", эффективное применение точных аналитических методов возможно только для ограниченного

класса достаточно специальных моделей, что заставляет в реальных ситуациях обратиться к численному моделированию.

Одним из наиболее перспективных методов численного моделирования случайных процессов является метод прямой генерации реализаций исследуемого процесса при помощи метода Монте-Карло, основанного на генерации случайных чисел. Для систем с конечным числом состояний, к которым относится ГШО, отдельная реализация процесса ее эволюции осуществляется при помощи метода вероятностных автоматов, генерирующих переходы между состояниями системы по некоторому заранее заданному правилу.

Установленные с помощью предложенной модели закономерности электропотребления отдельных звеньев, подсистем и предприятия в целом могут применяться для решения задачи повышения эффективности использования электроэнергии как на стадии проектирования, так и для условий нормальной эксплуатации предприятия путем оптимизации выбора технологической системы и ГШО.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------

Захарова Алла Геннадьевна - доцент, кандидат технических наук, Кузбасский государственный технический университет, г. Кемерово.

© А.Т. Ерыгин, А.Н. Шатило,

А.Л. Трембиикий, 2002

УЛК 622.81

А.Т. Ерыгин, А.Н. Шатило, А.Л. Трембиикий О РАСШИРЕНИИ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСКАМЕРНОЙ ОЦЕНКИ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

О

сновным методом испытаний на искробезопасность электрических цепей является экспериментальный [1], основанный на коммутации их искрообразующими механизмами во взрывной камере, заполненной испытательной взрывоопасной смесью. Кроме этого действующий стандарт [1] разрешает бескамерный метод оценки, основанный на исполь-

зовании характеристик искробе-зопасности.

Бескамерные методы оценки искробезопасности электрических цепей в сравнении с испытаниями во взрывной камере имеют значительные преимущества. О необходимости развития, совершенствования и использования бескамерных методов оценки настоятельно рекомендует МЭК в своих стандартах на взрывозащищенное электрооборудование. Основные преимуще-

ства бескамерных методов оценки искробезопасности электрических цепей следующие:

1. Более высокая достоверность. Точки на характеристиках искробезопасности исключают значительные колебания значений воспламеняющих параметров в сравнении с отдельными испытаниями;

2. Иногда бескамерные методы оценки могут иметь более широкую область применения в сравнении с камерными испытаниями. Характеристики искробе-зопасности могут быть получены в области параметров электрических цепей, где экспериментальные методы оценки невозможны;

3. Более высокая информативность оценки за счет получения ее результатов в количественной форме в виде значений коэффициентов искробезопас-ности;