Реферат наукової праці «Теорія та засоби побудови енергоефективних систем керування електроживленням локальних об’єктів»



Скачати 174.59 Kb.
Дата конвертації22.12.2017
Розмір174.59 Kb.
ТипРеферат

РЕФЕРАТ

наукової праці

«Теорія та засоби побудови енергоефективних систем керування електроживленням локальних обєктів»

авторів Петергеря Ю.С., Хижняк Т.А., Блінова І.В., Чопика В.В.
Зростання рівня життя народу України та конкурентоспроможності економіки залежить від інтенсивності впровадження політики енергонезалежності, енергозбереження та підвищення енергоефективності, досягнення високого технічного, економічного та організаційного рівня споживання енергоносіїв . Починаючи з прийняття у 1994 р. Закону України «Про енергозбереження», в Україні реалізуються ряд державних програм з енергозбереження, діють більше 100 нормативно-правових актів, система стандартів та значна кількість нормативно-методичних документів, що регулюють процеси у сфері ефективного використання енергетичних ресурсів. Зокрема, на виконання Енергетичної стратегії України на період до 2030 року розроблена та впроваджується галузева програма енергоефективності та енергозбереження у житлово-комунальному господарстві на 2010-2014 роки. За останні 5 років видано 6 Указів Президента України, що стосуються впровадження політики енергозберігаючих та енергоефективних технологій.

Особливої актуальності набувають дослідження в сфері підвищення енергоефективності, розробки нових підходів до керування процесами генерації, перетворення, накопичення та споживання електричної енергії у електротехнічних комплексах та системах на різних рівнях, включаючи енергогенеруючі компанії, великі енергорозподільчі станції, районні та місцеві системи електроживлення. В цьому аспекті важливим є питання енергоефективного керування електроживленням локальних об’єктів – об’єктів, що містить електротехнічні комплекси, джерела живлення, різного типу навантаження та накопичувачі енергії, має або не має, в певні моменти, зв'язок з загальною електричною мережею та виконує єдине завдання, пов’язане з забезпеченням технічного процесу та життєдіяльності людини. До таких об’єктів відносяться житлові будинки, готельні комплекси, автономні науково-дослідні установки, фермерські господарства, а також атомні електростанції, теплоелектростанції, теплоелектроцентралі.

В науковій праці вирішується комплекс питань, пов’язаних з забезпеченням його живучості, безпеки, надійності та ефективності функціонування.

Метою наукової праці є розробка теоретичних засад та впровадження на практиці енергоефективних систем керування електроживленням локальних об’єктів на принципах ієрархічного розподілу та діагностування електротехнічних пристроїв, побудови електро-вартісних моделей, прогнозування рівня електроспоживання та цін на ринку енергоресурсів і створення на цій основі відповідних алгоритмів і систем керування.

Характеристика результатів наукової праці.

Оскільки вирішення задачі енергоефективного керування електроживленням локального об’єкту неможливе без урахування ситуації та оптовому ринку електричної енергії України, розроблені методи та засоби прогнозного керування в аспекті планування режимів їх роботи та оцінки обсягів купівлі-продажу електричної енергії з урахуванням вартісних критеріїв є актуальними. Поряд з цим розроблені методи прогнозування рівнів електроспоживання з урахуванням цін на електричну енергію, а також особливостей електротехнічних пристроїв, що входять до складу локальних об’єктів, значно відрізняючись за функціональними характеристиками, робочими режимами, рівнем споживання та важливістю для людини.

В силу наявності в складі локального об’єкту різних типів джерел енергії, великої кількості навантажень та накопичувачів, робота яких узгоджується за допомогою напівпровідникових перетворювачів частоти та матричних перетворювачів, зростають вимоги до надійності та безвідмовності роботи цих перетворювачів. Отже, виникає необхідність розробки способів діагностування, що не залежать від порядку та типу схеми перетворювача, ступеня її складності та наявності нелінійних елементів. Для зменшення кількості діагностичних показників в науковій праці застосовано спеціальні частотно-часові представлення струмів та напруг перетворювачів, отримані в результаті застосування спектральних перетворень сигналів.

Нова генерація мікроелектронної техніки дає можливість застосовувати більш складні методи і алгоритми керування напівпровідниковими перетворювачами, які забезпечують істотне покращення таких показників перетворення електроенергії, як динамічні характеристики, електромагнітна сумісність, масогабаритні показники. Незважаючи на значний прогрес в дослідженнях напівпровідникових перетворювачів за останній час, питання забезпечення високої якості вихідних напруг та струмів перетворювачів в умовах глибокого регулювання частоти й напруги та формування квазісинусоїдальних вхідних струмів, що споживаються перетворювачами з мережі в усьому діапазоні регулювання, залишаються актуальними і знайшли відображення в даній науковій праці.

Розроблені теоретичні засади функціонування дали можливість здійснити впровадження нових систем керування напівпровідниковими перетворювачами частоти й напруги на базі сучасних цифрових сигнальних процесорів та контролерів реального часу з використанням потужних засобів обчислення.

Виконання локальним об’єктом його функцій великою мірою залежить від надійності постачання електричної енергії від зовнішньої мережі живлення, і вихід з ладу ліній електропередач (ЛЕП), як правило, призводить до неможливості забезпечення необхідних умов для користувачів. Наукова праця містить дослідження, спрямовані на швидке і точне визначення місця пошкодження ЛЕП, що забезпечують електроживлення локальних об’єктів. Проведені розробки мають велике як соціальне, так і економічне значення для електроенергетики України, оскільки впровадження відповідних технологій дає значний економічний ефект, обумовлений скороченням перерв у електропостачанні, зменшенням транспортних витрат на обхід ЛЕП, мінімізацією загального часу організації ремонтно-відновлюваних робіт.



Результатом впровадження результатів наукової праці в соціальній та гуманітарній сферах є широке впровадження засобів раціонального використання електроенергії, вирішення глобального питання енергозбереження, зменшення соціальної напруженості через нестачу електропостачання, зменшення шкідливих викидів, покращення екологічного стану регіону та відповідно стану здоров’я громадян. В свою чергу це веде до покращення якості життя, підвищення комфортності соціально-побутового існування людини, покращення психологічного настрою внаслідок зменшення фінансових зобов’язань сім’ї.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

  • вперше запропоновано створення єдиного теоретичного підходу, що передбачає комплексне поєднання електротехнічного, вартісного та інформаційного аспектів функціонування системи електроживлення локального об’єкту для побудови алгоритмів керування з урахуванням режимів роботи окремих пристроїв, їх ієрархічного розподілу та вартісних факторів, що забезпечує мінімізацію витрат користувача;

  • розроблено новий математичний апарат дискретних перетворень з m-ічним аргументом в орієнтованому базисі, що дозволяє ефективно вирішувати задачі аналізу часових характеристик струмів і напруг перетворювачів та прогнозування характеристик електроспоживання локального об’єкту;

  • розроблений новий спосіб діагностування напівпровідникових перетворювачів, заснований на спільному застосуванні теорії класифікації та вейвлет-аналізу, що дозволяє визначати ступінь наближення поточного стану перетворювача до аварійних станів;

  • вперше запропоноване використання для діагностики узгоджених фільтрів з кінцевими імпульсними характеристиками у вигляді вейвлет-функцій m-ічного аргументу, що порівняно з існуючими методами зменшує кількість параметрів діагностування;

  • розроблено метод визначення місця та виду короткого замикання на лініях електропередач із застосуванням нейронних мереж при одержанні параметрів аварійного режиму тільки з одного боку лінії, що, на відміну від існуючих методів, забезпечує необхідну точність визначення місця короткого замкнення, враховуючи як зміну перехідного опору, так і вплив похибки вимірювання;

  • розроблено метод короткострокового прогнозування ринкових цін на електричну енергію з використанням радіально-базисних штучних нейронних мереж, що дозволило забезпечити необхідну точність, простоту та оперативність прогнозування;

  • розроблено математичні моделі силових схем з різними алгоритмами роботи, які було використано для підвищення енергоефективності функціонування локальних об’єктів, зокрема забезпечення електромагнітної сумісності системи «мережа – перетворювач – навантаження»;

  • удосконалено математичні моделі двоступеневих матричних перетворювачів за рахунок включення нових гнучких структур та функцій, що дозволило, на відміну від існуючих статичних моделей, оперативно змінювати та оптимізувати алгоритми функціонування та керування для підвищення енергетичних параметрів локального об’єкту;

  • на основі скалярних та векторних представлень напруг та струмів визначено основні вимоги до практичної реалізації систем керування перетворювачами у складі локального об’єкту та розроблено нові способи керування, що використовують сучасні засоби мікроелектронної техніки.

Практична значимість одержаних результатів полягає в наступному:

  • запропоновані алгоритми керування електроживленням дозволяють підвищити швидкодію обчислень, зменшити обсяг пам’яті мікропроцесорних систем, а також забезпечити керування за критеріями мінімізації енергії споживання або вартісних витрат користувача локального об’єкту. Дані алгоритми є гнучкими і здатні забезпечувати максимально комфортні умови існування людини або оптимальні умови протікання технологічного процесу.

  • застосування запропонованого в роботі способу передавання даних за допомогою узгоджених фільтрів передбачає використання як середовища передачі даних силової електромережі, що значно спрощує здійснення керування в існуючих локальних об’єктах та дозволяє забезпечити високу точність та завадозахищеність обміну інформацією.

  • розроблені способи аналізу, цифрової обробки, ущільнення та прогнозування дозволяють зменшити обсяг та трудомісткість обчислень при комп’ютерній реалізації запропонованих алгоритмів та реалізувати алгоритми керування на більш дешевих та швидкодіючих цілочисельних мікроконтролерах;

  • розроблені способи діагностики перетворювачів базуються на роботі з даними, представленими в матричному вигляді, і добре адаптовані до реалізації в мікропроцесорних системах.

  • на підставі отриманих теоретичних наукових результатів розроблено практичні методики визначення виду та місця короткого замикання в лініях електропередач, що забезпечують живлення локальних об’єктів, а також методики прогнозування ринкових цін на електричну енергію на основі використання штучних нейронних мереж.

Обґрунтованість та вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються аналізом отриманих результатів та порівняльними розрахунками. Працездатність розроблених методик та алгоритмів перевірена на контрольних прикладах з еталонними розрахунковими та реальними вхідними даними.

Одержані результати є готовими для використання у вигляді програмних блоків та знайшли практичне застосування при створенні ряду конкретних систем керування електроживленням.



Інша інформація, яка характеризує роботу. Загальна кількість публікацій авторів – 116, з них за тематикою роботи – 86 публікацій, зокрема, 6 деклараційних патентів на винахід, 7 монографій загальним обсягом близько 67 друкованих аркушів, 1 публікація в міжнародному журналі з ненульовим імпакт-фактором, 4 статті в іноземних журналах, які містяться в базі даних SCOPUS. Загальна кількість посилань на членів авторського колективу наукової праці у пошуковій системі http://scholar.google.com/ складає 9.

В результаті виконання наукової праці захищено 1 докторську та 2 кандидатські дисертації, 1 кандидатську дисертацію підготовлено до захисту.

Отримані результати пройшли апробацію та обговорювалися на 19 міжнародних науково-технічних конференціях в Україні та за її межами, 12 наукових семінарах Національної академії наук України.

Наукова праця та досягнення авторів отримали громадське обговорення та висвітленні в таких виданнях, як щотижневик «Работа и учеба», спецвипуск «Карьера» (серпень-жовтень 2000 року), газета «Енергетика та електроніка» (№12 від 28 березня – 3 квітня 2007 року), всеукраїнський інформаційно-рекламний журнал «Сучасна освіта» (№1-2(35), 2007 рік), газета «Київський політехнік» (№8 від 6 березня 2008 року, № 35 від 27 листопада 2008 року) №36 від 25 листопада 2009 року), газета «По-київськи» (№229 від 4 грудня 2009 року). Результати наукової праці та авторський колектив обговорювалися на загальних зборах громадської організації «Спілка жінок-фахівців у технічних науках “Пані Наука”» та підприємства «Старт».



Порівняння з кращими вітчизняними та зарубіжними аналогами.

Впровадженням систем керування електроживленням для житлових будинків з реалізацією функцій автоматизації інженерних систем, в тому числі систем клімат-контролю, безпеки, керування електро- та водо-постачанням, освітленням, контролю та диспетчеризації в Україні займаються такі компанії, як закрите акціонерне товариство «СіТіНет-Україна», товариство з обмеженою відповідальністю «Секрет-Сервіс» та інші. На жаль, більшість вітчизняних розробок базуються на використанні готових блоків та систем іноземного виробництва. До того ж головною функцією таких систем є автоматизація роботи електрообладнання без забезпечення узгодженого енергоефективного керування на рівні загальної системи електроживлення.

Серед іноземних виробників слід зазначити компанії Merten, Jung, Gira, ABB, Svea, Elka, Thermokon), AMX Corporation, Applied Digital Inc, Home Digital, HomePro, Elite House. Російський виробник "ВОКС енд ВОКС" займається виробництвом дистанційних систем керування електроприладами в побуті та на виробництві. Розробки компаній Samsung Electronics та Clipsal Integrated забезпечують функціонування інженерних систем, керування приладами інших виробників, а також реалізацію сценарних функцій.

Одним з прикладів впровадження енергоефективного керування в локальному об’єкті є розроблена норвезькою компанією „Тех-Партнер” система автоматизованого керування електротехнічними пристроями та забезпеченням якості Restaurant Intelligent System у мережі , яка дозволяє покращити якість роботи та зменшити енергоспоживання ресторанів мережі McDonald’s.

Проте незважаючи на велику кількість вітчизняних та світових розробок у напрямку керування електроживленням, існуючі проекти спрямовані на оптимізацію роботи окремих пристроїв чи систем, і не вирішують задачі узгодженого керування режимами роботи, комплексного ефективного використання енергії з точки зору забезпечення життєдіяльності людини як користувача та одночасної мінімізації вартісних витрат із виконанням необхідної роботи. Ця задача вирішена в науковій праці на підставі створення єдиного середовища обміну даними, розглядання локального об’єкту як сукупності окремих пристроїв, дослідження функціональних та інформаційних зв’язків між ними, взаємного впливу робочих режимів та вартісних витрат на функціонування обладнання. В результаті вдається уникнути перевантажень та неоптимальних режимів роботи локального об’єкту як єдиного електротехнічного комплексу.

Впровадження результатів наукової праці. Результати наукової праці впроваджені у будинку культури Харківського електромеханічного заводу при створенні мультимікропроцесорної системи керування технічним обладнанням кіноконцертного залу. В результаті впровадження системи вдалося досягти якісного освітлення сцени та реалізації енергозберігаючого керування (виграш становить 18-20%) освітленням з мінімізацією потужності, вирівнюванням характеристики споживання та уникненням аварійних режимів та перевантажень.

Положення наукової праці в області діагностики застосовані в науково-дослідному інституті Харківського електромеханічного заводу при побудові мікропроцесорної системи діагностики широтно-імпульсного перетворювача. Розроблена система дозволяє за результатами аналізу вейвлет-спектрів не лише діагностувати поточний стан перетворювача, але і прогнозувати його подальше функціонування, тим самим зменшуючи вірогідність раптових відмов чи появи аварійних ситуацій. Результатом її впровадження стало підвищення на 20% коефіцієнта готовності перетворювача.

Впровадження енергоефективної системи керування електротехнічним обладнанням цеху вироблення сирокопчених та сиров’ялених ковбас відкритого акціонерного товариства „М’ясокомбінат “Ятрань” та товариства з обмеженою відповідальністю „Луганський м’ясокомбінат”, дозволило усунути пікові значення потужності до 30% та зменшити оплату за споживання електричної енергії цеху сирокопчення на 10-15% порівняно з алгоритмом керування за технологічною програмою без введення часових зсувів.

Реалізація розроблених в роботі алгоритмів в системі енергоефективного керування електрообладнанням цеху переробки сільськогосподарської продукції акціонерного товариства „Машбудконструкція” і компанії „Агро-МБК” призвела до зменшення пікового споживання приблизно на 30% та зниження вартості використаної електроенергії мережі на 12%, що за період з січня по травень 2006 році становило близько 1500,00 грн.

Розроблений та виготовлений в результаті роботи над даною науковою працею діагностичний пристрій ДУ-1 на базі статичного перетворювача частоти з широтно-імпульсною модуляцією потужністю 2 кВА, впроваджений в 2008 році на товаристві з обмеженою відповідальністю Науково-виробниче підприємство "Техносервіспривід" на ряді електроенергетичних об’єктів України. Його застосування в 2008 р. на Хмельницькій атомній електростанції (Україна), Ігналінській атомній електростанції (Литва) та на низці енергогенеруючих потужностей товариства з обмеженою відповідальністю "Востокенерго", відкритих акціонерних товариств "Центренерго", "Донбасенерго" дозволило значно підвищити надійність експлуатації енергогенеруючих об’єктів за рахунок періодичного тестування агрегатів гарантованого живлення, що застосовуються в аварійних системах електроживлення локальних об’єктів.

Обсяги впровадження наукової праці. Результати наукової праці впроваджено на 5 підприємствах енергетичного сектору, підпорядкованих Міністерству палива та енергетики України, Міністерству енергетики Литовської Республіки, 2 відкритих акціонерних товариствах аграрного та переробного сектору, 3 товариствах з обмеженою відповідальністю інженерного та науково-виробничого профілю, 2 науково-дослідних інститутах.

Розроблені теоретичні положення та практичні результати знайшли застосування у навчальному процесі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» та науково-дослідній діяльності Інституту електродинаміки Національної академії наук України.

За тематикою наукової праці було виконано дослідження за пріоритетним напрямом розвитку науки в Україні «Новітні та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі», відповідно до програми Міністерства освіти і науки України, напрямок 04 “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”, науково-технічної програми „Ресурс”, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 8 жовтня 2004 року №1331, програми «Науково-технічні основи вирішення проблем енергозбереження», згідно розпоряджень бюро відділення фізико-технічних проблем енергетики Національної академії наук України в рамках 14 науково-дослідних робіт, виконаних на державне замовлення, серед яких 3 фундаментальних, загальним обсягом більше 6350 тисяч гривень.

Економічна ефективність розроблених засобів та систем керування електротехнічним обладнанням локальних об’єктів досягається завдяки урахуванню тарифних зон на електроенергію мережі, уникненню режимів значного перевищення потужності споживання та зменшенню витрат на електроспоживання на 10-15% без порушення технологічних процесів.

Використання методів прогнозування цін на електричну енергію на одну та дві доби наперед дозволяють забезпечити прогноз середньої ціни з максимальною середньою відносною похибкою до 5%. Використання таких методів дозволяє отримати значний економічний ефект при купівлі електричної енергії постачальниками електричної енергії, а також при формуванні ціни продажу електричної енергії виробниками, що працюють за нерегульованими тарифами. Економічна ефективність на прикладі деяких областей України для 24.11.2008 р. та 25.11.2008 р. склала: 1) для Вінницької обл. – 6,8 та 3,2 тис. грн. відповідно; 2) для Хмельницької обл. – 5,4 та 2,4 тис. грн. відповідно; 3) для Тернопільської обл. – 3,4 та 1,5 тис. грн. відповідно; 3) для Чернівецької обл. – 3,6 та 1,7 тис. грн. відповідно.



Отриманий економічний ефект від впровадження результатів наукової праці підтверджується розрахунками економічної ефективності та актами впровадження розроблених систем у виробництво.

Таким чином, наукова праця «Теорія та засоби побудови енергоефективних систем керування електроживленням локальних об’єктів»», в якій вирішено важливу науково-прикладну задачу розробки теоретичних засад та впровадження на практиці енергоефективних систем керування електроживленням локальних об’єктів, має значну наукову цінність та практичну значимість, що підтверджується значним обсягом впровадження та інноваційним характером отриманих результатів, їх визнанням науковою спільнотою та громадськістю. Проведені розробки мають велике як соціальне, так і економічне значення для електроенергетики України, оскільки впровадження розроблених технологій дає значний економічний ефект, сприяє подальшому розвитку науки, суспільному прогресу і утверджує високий авторитет вітчизняної науки у світі.

Скачати 174.59 Kb.

Поділіться з Вашими друзьями:




База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2020
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка