CC BY
71
СУДОСТРОЕНИЕ И СУДОРЕМОНТ
УДК 629.12.066 В. М. Приходько,
канд. техн. наук, доцент, СПГУВК;
М. Л. Ивлев,
канд. техн. наук, филиал «Севмаш ВТУЗ» СПГМТУ;
И. В. Приходько,
аспирант,
СПГУВК
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ СУДОРЕМОНТНЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ
FORECASTING OF THE POWER CONSUMPTION OF THE SHIP-REPAIR ENTERPRISE
Определены основные характеристики усредненного графика электропотребления судоремонтным предприятием. В качестве базиса для выполнения прогноза на любой период времени используется усредненный график электропотребления судоремонтным предприятием за прошедший полный («базовый») год.
The basic characteristics of the average schedule of a power consumption of the ship-repair enterprise are defined. As the basis for performance of the forecast for any period of time the average schedule of a power consumption of the ship-repair enterprise for the last full (“base”) year is used.
Ключевые слова: эффективность, методика прогнозирования, электропотребление, судоремонтное предприятие, корреляционные функции, узлы нагрузки, потребители электроэнергии, графики электрической нагрузки, корреляционные коэффициенты.
Key words: efficiency, a forecasting technique, power consumption, the ship-repair enterprise, correlation functions, loading knots, consumers of the electric power, a drawing of electric loading, correlation factors.
О
ПРЕДЕЛИМ основные характеристики усредненного графика электропотребления. При этом нет необходимости рассматривать все интервалы измерения; ниже рассмотрим характерные участки этого графика с заметными изменениями потребления мощности, а именно точки измерения с 17-й по 40-ю включительно [1]. Вид суточного графика потребления электроэнергии судоремонтным предприятием показан на рис. 1.
Среднее значение графика нагрузки определим по выражению
Pe=y]p{t)dt, (1)
тт Л
"ц О
где t — время цикла (длительность графика).
ц
Для ступенчатых графиков при условии, что периоды усреднения данных одинаковы, выражение (1) приобретает вид
м
1л
Р=^^, (2)
с М
Выпуск 2
Выпуск 2
где Рк — значение нагрузки к-й ступени, М — число ступеней графика.
В соответствии с (2) среднее значение группового графика Рс = 11421,3 кВт. Среднеквадратичное значение может быть определено по выражению
Р =
-¡р2о)л
*ц о
Для ступенчатых графиков выражение (3) примет вид
Р„ =
м
к=1
м
(4)
и величина среднеквадратичного значения Рск = 11 590 кВт (при этом Р2ск = 13 433 104 кВт2).
Дисперсия графика нагрузки является характеристикой его неравномерности и определяется по выражению
DP = P2 - Р2
(5)
««ко
00:3 O-iI'L: 01:00—C'L: €>L:3Sb-E>:2: 02:€>0-Ü2:
C3 30-M
SWLQü-üJ
05:30-M:
M:00-C^:
Ü7A«НС1 Г 07:jö-C'3: 03:00-03 C-J5:
10;£K>—10; 10:30—1 L 11:00-1 L
1L30-12 12:00-12 12:30-1 3: 1_3:-&S>-1.3: 13:3*5-14 14:00—14: 14:30-1.5: l.ü;00—1.5: 15:30-1-5:
1-5:©0—1-5:
1GJ&-17: 1 7:00-1 17:30—1 3: 1 3:00—1 3 1 5:50—10: 13:©0-13: l£:30-i-3: 20;OSK-20; 2tt30-iL 2L:Ofr—2L 2L:30—*2: 22:CW> 13 22:30—*5: 2i:OD-23:
2-3:31-14;
:o
36)
Ф&
3©
Jl>
:M>
:3i>
GO
:3©
->:■
:3S>
:■№
:ЗФ
:o
3©
:-Ю
:3ö
;■№
Jf>
:«>
:3f>
■:o
:3®> :ÜD :3S> ■30 30 -:o Jif оо
:3€>
;№
JO
:öö
:3©
öö
3©
:M>
:30
:©£)
:3S>
->:■
:3G
;■№
! • V
>iii :sriT;r:
.■•r.
iä7eet®3
*^•0 /.а-:
Äii ш
Ü# 4 L
. ' • I . V
iv :J;a '
, ----Vy'’- ‘ ‘
-
".........' v.'-vr-.-,:;
'($&> « Ü J- ,
Wr- J-r
i . •
. i '•
шШ ■ ■
Fi
il". c!v.4 .....
. i ■ ' :
* ■ ■■. Щ}-
! 'L,_-Ij'.W.'i-'i-l'- ¡.-fl: :
;
.5.575 еЕт
3462 еБт
.5-5М еВт
345.5 кИт
S25S кВт
£2110 еБт
еБт
5070 кВт
517-0 кВт
5335 еВт
Л27 5 ЕБт
5357 кВт
5_554 кВт
J7ES еБт
fil93 кВт
7-910 кВт
10240 кВт
1 ив: ' iJ3t
1 L-S27 ' iBt
1 ilBt
11425 еВт
1U34eBt
1 U29 еВт
ООЕ4 кВт
S273 кВт
SÖ70 еЕт
-S6S6 кВт
1-325*5 кБт
10172 ! кВт
SBÜ4 кВт
-Si&i кВт
S17S кВт
кВт
741S кЕт
i"15 кВт
Ö637 кВт
£457 кВт
■*5D5 elBt
*347 кВт
5 S4Ü кВт
5%95 кВт
5ЕВ5 ьЕт
5517 кВт
5E6S кВт
3 71-8 кТ.—
5 70S кВт
кВт
54И [Вт
и для рассматриваемого графика равна БР = 3,882-106 кВт2.
Среднеквадратическое откло-
нение графика нагрузки определяется как
оР = .¡DP-,
(6)
Рис. 1. График электропотребления судоремонтным предприятием
и для рассматриваемого графика равно оР = 1970,3 кВт.
Коэффициент формы графика Кф = Р /Р = 1,0148.
ф Рск с 7
Коэффициент максимума графика К = Р /Р = 1,2622, при этом Р
м м с 7 7 А м
максимальное значение одного из получасовых отрезков графика.
Коэффициент заполнения графика нагрузки K = P /Р = l/K =0,7923.
1 J з см м 7
Коэффициент неравномерности
К Р . /Р = 0,5839, при этом Р . — мин = Ршт/Рм 7 7 г min
нимальное значение одного из получасовых отрезков графика.
Модель графика нагрузки применяется в качестве исходной информации при расчетах систем электроснабжения (вместо непосредственно параметров электропотребления) с целью повышения точности расчетов.
Рассматриваемый участок графика электропотребления предприятия точно описывается трехступенчатой моделью, вид которой показан на рис. 2.
Рис. 2. Трехступенчатая модель графика нагрузки
Приведенные выше числовые характеристики графика нагрузки справедливы и для этой модели.
Автокорреляционная функция такой модели описывается соотношениями:
£>р(1 - 4,5т/ґц), 0 < т < Г/3
кр(т) = -0,5£>р, т < т < 2ґц/3 (7)
£>р(4,5т/ґ - 3,5), 2ґ /3 < т < ґ
Вид автокорреляционной функц ии показан на рис. 3.
Рис. 3. Автокорреляционная функция модели графика нагрузки
Полученные результаты позволяют определить функцию распределения F(P), являющуюся неубывающей функцией мощности (рис. 4).
Оценка вида распределения может быть осуществлена с использованием критерия статис-^^05 тики Колмогорова-Смирнова; сравнением его со значениями, приводимыми в справочной литературе, определяют степень сходимости эмпирического и теоретического распределений.
Вычисляя корреляционные коэффициенты графиков нагрузки, снятых при наличии различных внешних определяющих факторов, а также графиков, снятых в различных узлах энергосистемы, можно прогнозировать электропотребление предприятия [2].
Выпуск 2
Выпуск 2
Рис. 4. Функция распределения
Прогнозирование количественных характеристик процесса электропотребления имеет целью, во-первых, оптимизацию процесса оперативного управления энергосистемой потребителя, во-вторых, получение данных для установления величины заявленной мощности потребителя [3, с. 263-265].
Как известно, промышленные потребители с установленной мощностью электроприемников более 750 кВА используют при расчетах с поставщиком энергии двухставочную систему [4], при которой, кроме фактически потребленной электроэнергии (определяется по данным приборов учета), оплачивается еще и так называемая заявленная мощность — некоторая величина потребляемой активной мощности, которую предприятие-потребитель обязуется не превышать в часы максимума нагрузок энергосистемы; при этом доля оплаты заявленной мощности в структуре затрат на электроэнергию достигает 35...40 %. По сложившейся практике величина заявленной (и, следовательно, оплачиваемой вне зависимости от фактического потребления) мощности определяется потребителем приблизительно (неточно), что часто приводит к необоснованной переплате, а превышение фактической мощности над заявленной — к применению в отношении потребителя штрафных санкций.
Предлагаемый метод выполнения прогноза электропотребления промышленного потребителя основан на использовании коэффициентов корреляции, которые находятся по определенным, рассмотренным ниже критериям, путем статистической обработки архивных массивов данных, описывающих процесс электропотребления конкретного предприятия.
Как указывалось выше, графики потребления активной мощности за различные рабочие дни имеют одинаковые форму и местонахождение точек максимумов и различаются только количественно (конкретными значениями мощности) под влиянием ряда факторов. Определив их природу и степень влияния на интересующий нас процесс, можно с высокой точностью осуществлять прогнозирование электропотребления.
В качестве базиса для выполнения прогноза на любой период времени используется усредненный график электропотребления за прошедший полный («базовый») год. Базовый график имеет форму, характерную для любого рабочего дня, и в зависимости от конкретных условий периода прогнозирования корректируется для определения точных параметров электропотребления, то есть сдвигается по оси мощности для определения максимальной потребляемой мощности и масштабируется по оси времени для определения времени достижения максимумов электропотребления.
В предлагаемом методе все многообразие факторов, влияющих на потребление электроэнергии, учитывается путем введения в рассмотрение совместно с усредненным базовым графиком четырех корректирующих коэффициентов — сезонного КС), температурного (КТ), коэффициента загрузки основного производства (КЗ) и режима работы (Кр). Для всяких начальных условий, определяемых параметрами периода прогнозирования, указанные коэффициенты имеют свои зна-
чения и, будучи выраженными в абсолютных единицах (мощности и времени), однозначно изменяют положение базового графика в системе координат «время-мощность», превращая его таким образом в искомый прогноз электропотребления.
Месячный коэффициент Км учитывает, в основном, влияние на электропотребление режима работы часто используемых или неотключаемых потребителей, использование которых зависит в первую очередь от времени года, а не от температуры наружного воздуха (электроосвещение, электроотопление, системы кондиционирования и др.). Определение величины КМ производится следующим образом: для каждого месяца определяется свой усредненный график потребления электроэнергии (для рабочих дней), и разница между базовым и усредненным месячным графиком даст числовое значение КМ. Для определения коэффициента используются статистические данные о потреблении энергии за рассматриваемый базисный год. Пример нахождения КМ проиллюстрирован на рис. 5, при этом КМ = (КМ1 + КМ2 + КМ3)/3.
Температурный коэффициент КТ позволяет учитывать влияние температуры окружающей среды на потребление электроэнергии. Для его определения также используются данные об электропотреблении за базисный год; при этом для каждой сезонной зоны строятся графики потребления с усреднением по рабочим дням с одинаковой среднесуточной температурой с шагом в 1 °С. Разность между усредненным сезонным графиком и каждым усредненным температурным графиком даст значение КТ для каждой температуры наружного воздуха.
Км2
Рис. 5. Определение КМ
Коэффициент загрузки КЗ вводится в виде множителя, большего или меньшего единицы, и зависит от степени загрузки основного производства и определяется по данным, предоставляемым службой оперативного планирования производства. Загрузка вспомогательного производства, влияющая на электропотребление, может быть принята постоянной, что соответствует принятым на предприятии методам планирования работ по вспомогательному производству.
Коэффициент режима работы Кр влияет на положение максимумов нагрузки по оси времени и зависит от сроков начала и окончания рабочего дня. Определение корректирующих коэффициентов.
Определение справедливости предположений о составе и влиянии вышеперечисленных корректирующих коэффициентов на величину потребления предприятием активной мощности производилось следующим образом.
1. Определение (по имеющимся массивам статистических данных) в пределах одного месяца рабочих дней с одинаковой загрузкой производства, но с различной температурой наружного воздуха;
2. Составление корреляционных таблиц по имеющимся данным мощности и температуры; отыскание параметров выборочного уравнения прямой линии регрессии по сгруппированным данным;
Выпуск 2
Выпуск 2
3. Вычисление коэффициента корреляции; анализ полученных данных (по п. 1-3 определяется наличие зависимости величины потребляемой мощности от температуры наружного воздуха).
4. Определение дней, имеющих при прочих равных условиях разное значение загрузки производства, повторение действий по п. 2, 3 (по п. 4 определяется наличие зависимости величины потребляемой мощности от загрузки производства).
5. Аналогичным образом можно определить влияние сезонного фактора, учитываемого коэффициентом КМ, на величину потребляемой мощности.
Проведенный статистический анализ показал наличие зависимости величины потребляемой мощности от вышеуказанных факторов и обоснованность введения указанных корректирующих коэффициентов.
Процесс вычисления численных значений коэффициентов производится при помощи специализированного программного обеспечения ПЭВМ. Обработка архивных данных о потреблении электроэнергии осуществляется путем обращения программы к архивам автоматизированной системы учета и контроля электропотребления.
Процесс выполнения прогноза автоматизирован. Исходной информацией, задаваемой пользователем, являются временные рамки прогнозируемого периода и сведения о предполагаемых среднесуточных температурах наружного воздуха на период прогнозирования. Программа автоматизированного прогнозирования электропотребления в соответствии с заданными начальными условиями выбирает значения коэффициентов, корректирующих базовый график, и выводит полученный результат в графической и табличной форме.
Результаты прогнозирования используются для определения величины заявленной мощности на ближайший расчетный период и оптимизации управления группами потребителей электроэнергии.
Список литературы
1. Головкин П. И. Энергосистема и потребители электрической энергии / П. И. Головкин. — М.: Энергоатомиздат, 1984.
2. Вадзинский Р. Н. Справочник по вероятностным распределениям / Р. Н. Вадзинский. — СПб.: Наука, 2001.
3. Ивлев М. Л. Разработка методики прогнозирования электропотребления промышленного предприятия / М. Л. Ивлев, А. И. Черевко // Вестник УГТУ-УПИ. — Екатеринбург, 2003. — Ч. 2. — N° 5 (25): Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы.
4. Электротехнический справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — Т. 1.
