Оптимизация структуры оперативного обслуживания электрических сетей

В будущем в отечественных системах теплоснабжения все большее распространение должны получать способы количественного и качественно-количественного регулирования тепловой нагрузки. Достоинства и недостатки этих способов по сравнению с качественным регулированием тепловой нагрузки [5] приведены в таблице.

В завершение хотелось бы отметить, что в современной обстановке, при значительной нехватке в энергосистемах средств на капитальное строительство, трудно рассчитывать на ввод новых, более экономичных теплоэнергетических мощностей. Поэтому одним из основных путей повышения экономичности теплоснабжения является реконструкция тепловых схем ТЭЦ, существующих водогрейных котлов и другого основного и вспомогательного оборудования теплоисточников, осуществляемая при разумном минимуме капиталовложений.

Необходимо также учесть, что экономно произвести ресурсы — это половина дела, необходи-

мо научиться экономно их тратить. Поэтому сегодня нужно создать все условия для того, чтобы жители могли экономить энергоресурсы и, главное, чтобы им это было выгодно. Например, одним из способов стимулирования экономии может стать ряд специальных тарифных мероприятий, заключающихся в повышении тарифов на электроэнергию, потребляемую в часы максимума нагрузки, и в снижении их в часы минимумов. Не стоит забывать и о том, что в большинстве случаев энергосбережение — весьма дорогостоящий процесс, в развитых странах он не может осуществляться без значительного набора экономических стимулов. В нашей же стране есть весьма значительный набор управленческих решений, позволяющих получить заметный эффект без существенных инвестиционных затрат. Экономический кризис должен, наконец-то, отвлечь от эйфории гигантских инвестиций, заставить «посмотреть под ноги» и заметить, что существуют огромные резервы экономии нужно только «наклониться и взять их».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теплоэнергоэффективные технологии [Текст] // Информационный бюллетень 2009 г. N° 3 (56). — 61 с.

2. Ионин, A.A. Теплоснабжение [Текст]: учебник для вузов / A.A. Ионин, Б.М. Хлыбов, В.Н. Братенков [и др. j; Под ред. A.A. Ионина. — М.: Стройиздат, 1982. — 336 е., ил.

3. Шираке, З.Э. Теплоснабжение [Текст]: пер. с латыш / З.Э. Шираке. — М.: Энергия, 1979. — 256 е., ил.

4. Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети [Текст]: учебник для вузов / Е.Я. Соколов. — 7-е изд., стереот. — М.: Изд-во МЭИ, 2001. — 472 с.

5. Шарапов, В.И. Технологии обеспечения пиковой мощности систем теплоснабжения [Текст] / В.И. Шарапов, М.Е. Орлов, П.В. Ротов. — [Электрон. ресурс]. — http://www.rosteplo.ru

УДК 621.311.11

А.П. Васильев, И.И. Бандурин

ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ОПЕРАТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Для обеспечения надежности, безопасности и экономичности энергоустановок на каждом энергообъекте должно быть организовано их оперативное обслуживание (00) [2]. Объемы 00 зависят от технического состояния оборудования и определяются задачей обеспечения надежности электрических сетей.

В систему 00 современных предприятий электрических сетей входят устройства автоматики и телемеханики. Поток требований на обслуживание распределяется между обслуживающими приборами, к которым относятся устройства автоматики и телемеханики (ТМиА), а также оперативным и ремонтным персоналом (рис. 1).

Электричекая сеть Требования на обслуживание

Xi

Устройства автоматики

1-й

Устройтва телемеханики

Ц2

Обслуженные требования

Оперативный и ремонтный персонал

Из

Рис. 1. Функциональная схема обслуживания требований электрической сети

В последнее время во всем мире автоматизация подстанций (ПС) и электрических сетей получила бурное развитие за счет применения новой техники на основе микропроцессоров. Благодаря этому могут быть существенно повышены надежность и эффективность функционирования энергосистем, а также производительность труда оперативного персонала. Объем функций автоматики, телемеханики, оперативного и ремонтного персонала устанавливается местными инструкциями [3].

Качество работы электрических сетей существенным образом зависит от производственных затрат, эффективности использования установленного оборудования, выполнения мероприятий по обеспечению надежности и безопасности. Необходимо иметь методику для выбора оптимального количества обслуживающих приборов по критерию минимума затрат на систему 00.

Виды 00 подстанций 35 кВ и выше следующие:

оперативное обслуживание местным оперативным персоналом;

оперативное обслуживание оперативно-выездными бригадами (ОВБ).

Каждой ОВБ придается автомашина, оборудованная радиосвязью, для возможности обслуживания подстанций в закрепленной за бригадой зоне. Размер зоны обслуживания разных ОВБ может варьироваться в широких пределах.

Варианты организации 00 местным оперативным персоналам также могут быть разные: дежурство на дому одного электромонтера (ДЭ

на дому) в смене; дежурство на подстанции двух электромонтеров в смене; дежурство на подстанции одного электромонтера в смене (ДЭ);

Дежурство электромонтеров на подстанции организуется круглосуточно. При 00 выполняются оперативные переключения, подготовка рабочих мест и приемка их после окончания работ, устранение мелких неисправностей, осмотры оборудования и т. д.

Пусть существует некоторое множество

dk} допустимых вариантов структуры 00, где к — количество вариантов. Пусть К, —стоимость создания /-го варианта структуры. Требуется выбрать оптимальный вариант структуры 00 так, чтобы минимизировать стоимость создания структуры 00 и расходов на ее обслуживание. При этом срок окупаемости проекта равен Т.

Целевая функция по минимуму дисконтированных затрат на систему 00 имеет следующий вид:

к 1 \

ЕЕ°г (Ki,t + 3год i,t + Угод i,t) — min, (1) i=\1=1

где а,—коэффициент дисконта; К/;, Згод/; — соответственно капитальные вложения и ежегодные затраты (издержки) на систему 00 при /-м варианте ее структуры для года эксплуатации /, руб; У год.; — выплаты потребителю за ущерб при /-м варианте системы 00 в году /, руб.

Годовые затраты на систему 00 определяются по формуле

Згод -^(Зщэ^ДЭ ^ ^ 1ДЭ на дому "ДЭ на дому + + ^ 1ОВБ 'ЪВБ + ^тМиА ) + 31 маш ^маш год'

где ядэ, Ядэнадому «овб - количество ДЭ, ДЭ на дому и ОВБ; ЗщЭ, ЗщЭ надому, 3ЮВБ, ЗТМиА — ежемесячные затраты на содержание ДЭ, ДЭ на дому, ОВБ, устройств автоматики и телемеханики, руб.; 31маш — затраты на содержание одной машины ОВБ в час, руб./ч; /маш год — суммарное время работы всех машин ОВБ в год, ч.

Для определения оптимального вида 00 необходимо знать минимальное необходимое количество ДЭ, ДЭ на дому и ОВБ. Математическая модель строится на основе функции годовых затрат на 00 и ограничений на загрузку обслуживающего прибора с учетом требований на обслуживание.

Требования на обслуживание в основном носят случайный характер. Поэтому полная загрузка обслуживающего прибора недопустима, иначе средняя длина очереди будет бесконечно расти. Найдем оптимальную загрузку обслуживающего прибора.

В общем случае время нахождения требования в системе массового обслуживания выражается формулой:

?СМО =*об + ?оч'

где /об — время обслуживания требования, ч; /оч — среднее время ожидания требования в очереди, ч.

Задача определения /оч решена с использованием методов теории массового обслуживания. Для этого исходную неоднородную нагрузку необходимо свести к эквивалентной (с точки зрения загрузки системы) однородной.

Это сведение включает следующие преобразования исходных параметров (предполагаем, что все входные потоки — простейшие):

п

У = ХУ/_ интенсивность объединенного по-/=1

тока требований, 1/ч;

1

^об 2 _ 2 X ^ /=1

п

/XV ;=1

Средняя длина Ьоч очереди требований для системы массового обслуживания с неограниченным ожиданием [3]:

ОЧ ~ , '

1-р

У

где р = — — интенсивность загрузки обслуживающего прибора требованиями.

Среднее время ожидания в очереди /оч находим по формуле Л иттла

А, у

Далее найдем такую р, чтобы интенсивность обслуживания с учетом времени ожидания была равна интенсивности требований. Тогда все поступившие за период времени / требования будут обслужены.

По определению имеем

^смо 2

1

1

1

?СМО ?об + *оч ! + ,

Решим уравнение (4). Для этого подставим в (4) /оч согласно (3) и Ьоч в соответствии с (2). В результате получим, что искомая интенсивность загрузки обслуживающего прибора р < 0,5.

Целевая функция по минимуму затрат на систему 00 без учета ущерба:

2

-"год 1-А'СМ

3] ,ТД ХХДЭ/ + та ..„ „„.,„ X

дэ/^дэ; V /=1

!1ДЭ на дому '

:Хх,

ДЭ на дому

+ 3|ОВБХ>7

/=1

п т

+ 3{часХХУ1(дожи ХОВБ/,/ /=1 /=1

V

— интенсивность обслужива-

ния объединенного потока требований, 1/ч.

Предлагается оценивать эффективность работы системы 00 по такому показателю, как среднее время обслуживания

где хдэ/, хдэ

на дому р ховб;,/ — переменные плана обслуживания; а у^ — индикаторная переменная.

хдэ,- 2

1, если /-я ПС обслуживается ДЭ; О в ином случае;

"*ДЭ на дому

[1, если /-я ПС обслуживается ДЭ на дому;

[О в ином случае;

хОВБ;,у 2

2[

[О в ином случае;

_ |1,еслихОВБ;.у>0;

I

[0 в ином случае.

Ограничения для целевой функции (5) представлены в таблице.

Учитывая нестационарность потока требований, задачу следует решать для определенного интервала времени функционирования системы 00, в пределах которого можно принять параметр потока постоянным. Для каждого такого отрезка времени может проводиться анализ работы системы 00.

Методика нахождения решения целевой функции (5) заключается в следующем:

1. Записываем целевую функцию (5) и ограничения (см. таблицу) для конкретной задачи.

2. Приводим к необходимому виду целевую функцию и ограничения, а именно

^х^тш;

А х<Ь: < Аеq х < beq:

х — бинарный,

где I", Ь и beq — векторы, А и Aeq — матрицы, х — решение, которое должно быть бинарным

вектором, т. е. его элементы могут принимать значения 0 либо 1.

3. Решение х получаем с помощью методов линейного дискретного программирования (оно также может быть получено с помощью стандартных математических пакетов, например функции ЫЩргс^программы МаШЬ [1]).

Интенсивность загрузки оперативного персонала требованиями — важнейший параметр ПС. При понижении интенсивности загрузки оперативного персонала уменьшаются затраты на 00 ПС, но одновременно растут капитальные затраты на устройства ТМиА.

Сокращения затрат на 00 ПС можно добиться за счет уменьшения интенсивности загрузки оперативного персонала требованиями, что достигается применением различных средств, которые разделяются на две группы. К первой группе (рис. 2, а) относятся мероприятия, уменьшающие частоту требований: усиление изоляции, использование более надежного оборудования и т. п. Вторая группа мероприятий (рис. 2,6)— применение устройств обнаружения места повреждения, использование устройств телемеханики и т. п. — влияет на изменение времени выполнения требования.

Оптимальную загрузку оперативного персонала находим с помощью минимизации целевой функции приведенных затрат 3Е:

З^Зпс+ЗтмиА^тп^

где Зпс, ЗТМиА — приведенные затраты на обслуживание ПС и на устройства ТМиА, руб.

В зависимости от того, мероприятие какой группы применялось, минимуму целевой функ-

Ограничения для целевой функции

Ограничение Описание

*ОВБ ¡,г хдэ на дому г *дэ ¡<У] ~ бинарные Переменные могут принимать значения 0 либо 1

т X ХОВБ ¡,] + ХДЭ на дому; + *ДЭ; 2 ^ 7=1 Для каждой ПС должен быть выбран только один из обслуживающих приборов

п Еховьи^Ур У] - х1,} ;=1 Ограничение для индикаторной переменной

п *овб и — 0>5; Рдэ / *дэ ы рДЭнадомуг -^ДЭнадомуг — Загрузка ОВБ, ДЭ и ДЭ на дому требованиями не должна быть более 0,5

Рис. 2. Зависимость приведенных затрат от интенсивности требований

ции (6) будут соответствовать некоторая экономическая интенсивность Хэк или интенсивность обслуживания цэк,

либо цэк определяем оптимальные затраты на 00 ПС.

Иначе говоря, задача выбора оптимального варианта структуры 00 сводится к поиску такого размещения устройств ТМиА когда дисконтированные затраты на систему 00 минимальны.

Алгоритм выбора оптимального варианта структуры 00 состоит в том, что определяются:

1) оптимальные затраты на систему 00 ПС при /-м ее варианте для года t с помощью (6);

2) оптимальные затраты на систему 00 при /-м варианте структуры для года / с помощью (5);

3) полные дисконтированные затраты для /го варианта;

4) оптимальный вариант структуры 00, который имеет минимальные дисконтированные затраты (1).

Разработанная математическая модель позволяет выбрать оптимальный вариант структуры 00 по критерию минимума затрат на систему 00. Поскольку требования в основном носят случайный характер, то загрузка обслуживающего прибора требованиями не должна превышать 0,5.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дьяконов, В. Математические пакеты расширения МАТТАВ. Специальный справочник |Текст| / В. Дьяконов, В. Круглое,— СПб.: Питер, 2001. - 480 е.: ил.

2. Правила технической эксплуатации элект-

роустановок потребителей. 621.3, П-683 |Текст|,— М.": Изд-во НЦ ЭНАС, 2005.

3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ): 621.31, П-683 "|Текст|,— М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004,- Изд. 7-е.

УДК621.31 1:621.316

A.B. Зайцев, A.C. Карпов

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ОГРАНИЧЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЧАСТОТЫ В РАЙОНАХ С ПРЕОБЛАДАНИЕМ ГЭС

Развитие аварий в районах с преобладанием ных времени регуляторов скорости гидротурбин. ГЭС часто сопровождается значительным повы- Это неблагоприятно сказывается на работе как шением частоты вследствие больших постоян- тепловых и атомных электростанций, так и по-