Керування режимами електроспоживання промислових підприємств з використанням ресурсу технологічного процесу - Автореферат

Підтримуючи оптимальні для енергосистеми режими електроспоживання, підприємство знижує власні витрати на електричну енергію й тим самим підвищує конкурентоспроможність виробленої продукції. Однією з причин цього є те, що існуючі методи та засоби керування режимами електроспоживання промислових підприємств ще недостатньо розвинуті й не забезпечують підприємствам можливості ефективно використовувати всі існуючи в них ресурси керування електроспоживанням. У більшості випадків для керування режимами електроспоживання промислових підприємств використовуються обєкти споживання допоміжного виробництва, потужність яких зазвичай незначна у порівнянні з потужністю, що споживається основним виробництвом. Створення таких методів та засобів дасть промисловим підприємствам ефективний інструмент, що дозволить добиватися відчутного зниження витрат на електричну енергію в умовах дії стимулюючих тарифів, та приймати активну участь в підтриманні балансу потужності в енергосистемі. Розробка структури автоматизованої системи керування, що використовує математичну модель електроспоживання технологічного процесу для оптимального керування режимами електроспоживання промислових підприємств в умовах диференційованих тарифів на електричну енергію та контролю електроспоживання.Тобто, математична модель технологічного процесу, що відображує властивості його електроспоживання, повинна стати принциповою основою побудови автоматизованих систем оптимального керування режимами електроспоживання (АСК ЕС), що використовують ресурс ТП. Аналіз співвідношення (1), з точки зору можливості реалізації функції керування режимами електроспоживання, дозволяє зробити наступний висновок: змінення потужності електроспоживання ТП може відбуватися шляхом змінення швидкості реалізації ТП , а також шляхом змінення поточної потреби ТП в енергії, яку відображує функція . Декомпозиція ТП здійснюється за такими правилами: кожний ЕТП повинен мати окреме технологічне завдання, що відповідає його ролі й призначенню в ТП, режим реалізації кожного ЕТП повинен мати автономність (у рамках звязків з технологічними режимами інших ЕТП), кожний ЕТП повинен мати засоби контролю й керування електроспоживанням і засоби контролю виконання технологічного завдання (контролю фазового стану). Побудова математичних моделей електроспоживання ТП на основі положень концептуальної моделі електроспоживання узагальненого ТП дозволяє приймати рішення про розподілення ресурсу керування електроспоживанням до початку технологічного циклу шляхом планування оптимальних фазових траєкторій та здійснювати реалізацію планованих траєкторій в режимі програмного керування. Планування здійснюється блоком планування (БП) на підставі даних про розподіл ресурсу керування на інтервалі технологічного циклу, закладених у математичній моделі (ММ) електроспоживання ТП, початкових умов, а також інформації про розташування інтервалу технологічного циклу щодо тарифних зон доби й тарифів на електричну енергію.Впровадження методів і засобів, побудованих на основі розроблених положень, дозволить промисловим підприємствам підвищити конкурентоспроможність, а також буде сприяти вирівнюванню графіку навантаження енергосистеми й підтримці в енергосистемі балансу між генерацією і споживанням електричної енергії й потужності. Створено концептуальну модель електроспоживання узагальненого технологічного процесу, яка встановлює звязок між параметрами процесу електроспоживання, фазовим станом технологічного процесу та швидкістю його змінення в точці фазової траєкторії. Аналіз математичних співвідношень концептуальної моделі дозволив виділити можливості оптимізації режимів електроспоживання промислових підприємств, повязані із зміненням поточної швидкості реалізації технологічного процесу та зміненням щільності розподілу енергетичних потреб технологічного процесу на інтервалі фазових станів технологічного циклу. Розроблено методику побудови математичних моделей електроспоживання технологічних процесів, що дозволяє створювати математичні моделі, які визначають можливості перерозподілу потужності електроспоживання на інтервалі часу технологічного циклу при збереженні загальної продуктивності та енергоємності технологічного процесу. Використання математичних моделей електроспоживання технологічних процесів дає можливість планувати розподіл ресурсу керування електроспоживанням на період часу вирішення технологічного завдання та здійснювати контроль траєкторії реалізації процесу в режимі реального часу в координатах фазового стану й електроспоживання з можливістю оперативного перепланування траєкторії при зміненні умов реалізації процесу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертаційна робота присвячена вирішенню задачі мінімізації витрат промислових підприємств на споживану електричну енергію в умовах дії стимулюючих тарифів шляхом оптимального керування режимами електроспоживання з використанням ресурсу технологічного процесу. Впровадження методів і засобів, побудованих на основі розроблених положень, дозволить промисловим підприємствам підвищити конкурентоспроможність, а також буде сприяти вирівнюванню графіку навантаження енергосистеми й підтримці в енергосистемі балансу між генерацією і споживанням електричної енергії й потужності.

Основні результати роботи полягають у наступному: 1. Створено концептуальну модель електроспоживання узагальненого технологічного процесу, яка встановлює звязок між параметрами процесу електроспоживання, фазовим станом технологічного процесу та швидкістю його змінення в точці фазової траєкторії. Аналіз математичних співвідношень концептуальної моделі дозволив виділити можливості оптимізації режимів електроспоживання промислових підприємств, повязані із зміненням поточної швидкості реалізації технологічного процесу та зміненням щільності розподілу енергетичних потреб технологічного процесу на інтервалі фазових станів технологічного циклу.

2. Розроблено методику побудови математичних моделей електроспоживання технологічних процесів, що дозволяє створювати математичні моделі, які визначають можливості перерозподілу потужності електроспоживання на інтервалі часу технологічного циклу при збереженні загальної продуктивності та енергоємності технологічного процесу. Методика вирішує задачі формалізації станів технологічних процесів, визначення функцій щільності розподілу енергії, нормалізації факторів, що впливають, та урахування результатів їх впливу на енергетику технологічного процесу. Математичні моделі, які створюються за допомогою розробленої методики, дозволяють формувати у фазовому просторі область допустимих траєкторій реалізації технологічного процесу, що відповідає заданим технологічним обмеженням та визначати функції щільності розподілу енергії кожної траєкторії. На основі методики розроблено математичну модель розподілу ресурсу керування електроспоживанням, що встановлює звязок фазової траєкторії реалізації технологічного процесу із вартістю спожитої електричної енергії з урахуванням умов тарифної системи.

3. Розроблено структуру й алгоритм роботи автоматизованої системи керування електроспоживанням промислових підприємств, орієнтованої на використання ресурсу технологічного процесу. Використання математичних моделей електроспоживання технологічних процесів дає можливість планувати розподіл ресурсу керування електроспоживанням на період часу вирішення технологічного завдання та здійснювати контроль траєкторії реалізації процесу в режимі реального часу в координатах фазового стану й електроспоживання з можливістю оперативного перепланування траєкторії при зміненні умов реалізації процесу.

4. Запропоновано спосіб контролю електроспоживання технологічного процесу в режимі реального часу, заснований на використанні математичної моделі електроспоживання технологічного процесу. Контроль здійснюється шляхом порівняння поточних вимірювань споживаної електроенергії й потужності із розрахованими значеннями, отриманими за допомогою математичної моделі для відповідної точки фазової траєкторії.

5. Проведено аналіз технологічних режимів експлуатаційної ділянки магістрального нафтопроводу. У результаті аналізу встановлено, що в умовах дії диференційованих за періодами часу тарифів на електричну енергію технологічна нерівномірність багатодобових циклів електроспоживання експлуатаційної ділянки суттєво впливає на вартість спожитої електроенергії. Удосконалено метод керування електроспоживанням експлуатаційних ділянок нафтопроводів. Метод дозволяє адаптувати технологічну нерівномірність електроспоживання до умов диференційованих тарифів шляхом планування оптимальної послідовності технологічних циклів з урахуванням величин відхилень їх електроспоживання й продуктивності від відповідних значень опорного енергетичного режиму та вибору оптимальної тривалості зазначених циклів з урахуванням технологічних обмежень.

6. За результатами досліджень розроблена методика оптимального керування електроспоживанням експлуатаційної ділянки "Мозир-Кобрин" магістрального нафтопроводу "Гомельтранснефть "Дружба". Результати апробації зазначеної методики на експлуатаційній ділянці підтвердили її ефективність. Середнє значення економічного ефекту від застосування методики на експлуатаційній ділянці, при середньомісячному електроспоживанні близько 25 млн КВТ•год, складає близько 26 тис. у.о. на місяць (312 тис. у.о. на рік). Розроблене програмне забезпечення дозволяє здійснювати планування оптимальних режимів електроспоживання експлуатаційних ділянок нафтопроводів в умовах диференційованих тарифів на електричну енергію.

Результати досліджень дозволять розробникам автоматизованих систем керування електроспоживанням промислових підприємств визначати ресурс керування електроспоживанням, повязаний з технологічними процесами, та оптимально використовувати цей ресурс на інтервалі часу вирішення технологічного завдання. Результати роботи також дозволять розробникам автоматизованих систем керування технологічними процесами й автоматизованих систем обліку електроенергії розширити функції цих систем щодо контролю за електроспоживанням технологічних процесів у режимі реального часу. Результати проведених досліджень можуть бути безпосередньо використані при керуванні режимами електроспоживання експлуатаційних ділянок нафтопроводів.

1. Праховник А.В. Автоматизированные системы контроля и учета энергии и управление электропотреблением промышленных предприятий / А.В. Праховник, В.П. Калинчик, Н.В. Прокопец // Вестник Нац. техн. ун-та «Харьк. политехн. ин-т». Серия «Электротехника, электроника и электропривод». - 2003. - Т. 1, Вып. 10. - С. 18-23.

2. Розен В.П. Структура системы управления энергопотреблением использующая математическую модель объекта управления / В.П. Розен, Н.В. Прокопец // Вісник Нац. техн. ун-та України “Київ. політехн. ін-т”. Серія “Гірництво” : зб. наук. пр. - 2003. - Вип. 9. - С. 118-122.

3. Розен В.П. Математическая модель системы управления электропотреблением / В.П. Розен, Н.В. Прокопец // Промислова електроенергетика та електротехніка. Промелектро. - 2004. - №6. - С. 22-26.

4. Розен В.П. Управление электропотреблением промышленных предприятий / В.П. Розен, Н.В. Прокопец // Інформаційні технології та компютерна інженерія : Міжнар. наук.-техн. журн. - 2006. - №1(5). - С. 35-38.

5. Розен В.П. Використання внутрішніх резервів технологічних процесів при керуванні режимами електроспоживання промислових підприємств / В.П. Розен, М.В. Прокопець // Автоматизація виробничих процесів : Всеукр. наук.-техн. журн. - 2006. - №1(22). - С. 26-30.

6. Прокопец Н.В. Условия создания на промышленных предприятиях средств оптимального управления электропотреблением / Н.В. Прокопец // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - Т. 1, №2. - С. 181-185.

7. Розен В.П. Контроль ефективності використання енергетичних ресурсів на промисловому підприємстві / В.П. Розен, М.В. Прокопець // ЕНЕРГЕТИКА: економіка, технології, екологія. - 2007. - №1(20). - С. 57-62.

8. Праховник А.В. Оптимальное управление электропотреблением при магистральной транспортировке нефти / А.В. Праховник, Н.В. Прокопец // Промислова електроенергетика та електротехніка. Промелектро. - 2008. - №4. - С. 50-54.

9. Праховник А.В. Планирование оптимального режима электропотребления на эксплуатационном участке нефтепровода в условиях дифференцированных тарифов на электроэнергию / А.В. Праховник, Н.В. Прокопец // Адаптивные системы автоматического управления. - 2009. - №15(35). - С. 84-90.

10. Прокопец Н.В. Основные принципы построения системы оптимального управления режимами электропотребления, использующей ресурс управления, связанный с технологическим процессом / Н.В. Прокопец ; Нац. техн. ун-т Украины «Киев. политехн. ин-т». - К., 2006. - 21 с. - Деп. в ГНТБ Украины 06.02.06, №8.

11. Прокопец Н.В. Синтез математической модели технологического процесса для системы управления электропотреблением промышленного предприятия / Н. В. Прокопец ; Нац. техн. ун-т Украины «Киев. политехн. ин-т». - К., 2006. - 37 с. - Деп. в ГНТБ Украины 27.03.06, №23.