Существует ряд методов управления нагрузкой по прерыванию: по мгновенной норме; по идеальной норме; управление с упреждением (по прогнозной величине); управление с использованием усредненной мощности на скользящем интервале времени (метод "движущегося окна") [5] и комбинированные методы, а также по распределению управляющего воздействия между ПР (метод распределения ресурсов) [6].
Лучшим следует считать метод управления, который обеспечивает для большего числа управляемых потребителей случайный по времени характер распределения возможных непродолжительных выбросов нагрузки, их минимальное абсолютное значение, а также более полное использование потребителем значений договорной мощности или выделенных ему лимитов мощности и энергии. Эти критерии используются ниже для качественного сравнения названных здесь методов управления.
В качестве основных критериев определения границ применимости используется экономическая целесообразность и технологическая допустимость. Метод мгновенной нормы используется при крайне редких случаях превышения, метод идеальной нормы и по прогнозу используется при частых случаях превышения (до 4 значений нагрузки на контрольном интервале). Наиболее эффективными при глубоких ограничениях являются методы управления по распределению ресурсов и "движущегося окна".
Метод мгновенной нормы
Данный метод (рис.9.6) предусматривает измерение усредненной потребляемой мощности потребителя P(t) за малые промежутки времени то (до трех минут) и сравнение этой величины с договорной Рд (или лимитной Рл) мощностью, т. е. управляющее воздействие выражается формулой:
Рис. 9.6. Управление по методу мгновенной нормы
При AP(t) < 0 управляемая нагрузка потребителей-регуляторов снижается, а при AP(t) > 0 восстанавливается до Р
Метод мгновенной нормы реализуется при диспетчерском или автоматическом управлении с использованием сигнала, пропорционального усредненной мощности за 1,2 или 3 минуты.
Основным недостатком управления по методу мгновенной нормы является недоиспользование потребителем заявленной Р3 или лимитной Рл мощности на получасовом промежутке времени усреднения Т.
Метод идеальной нормы. Этот метод (рис. 9.7) управления электропотреблением является интегральным (т.е. управление ведется по энергии) и предполагает практически полное использование договорной Рд или лимитной Рл мощности. При регулировании нагрузки на дискретных получа-
совых интервалах времени Т по данному методу управления (рис.9.8) необходимо иметь ту максимально возможную мощность Рв, которую предприятие может потреблять до окончания получасовых интервалов времени Т - т, чтобы не превышать договорную мощность Р3 или Рл. Исходя из максимально возможного потребления энергии \л = РДТ за получасовой промежуток времени, значение Рв определится из выражения Р„Т
Рис. 9.8. Определение максимально возможной мощности
Сравнивая значение Рв с действительной мощностью нагрузки Рд в конце промежутка времени t (рис. 9.8), определяют значение мощности AP(t)= Рв - Рд, которую необходимо отключить (при AP(t) <0) или можно включить (при AP(t)> 0) без риска превышения Рд. Для уменьшения влияния различных бросков пусковых токов значение Рд также определяют усреднением за 1, 2, 3 или 6 минут.
Недостатки метода управления по идеальной норме:
1) управление прерыванием нагрузки осуществляется через определенное количество интервалов, а не с начала получасовых интервалов времени Т, что может привести к значительным пикам нагрузки в энергосистеме. Конечно, эти пики нагрузок можно уменьшить, задавая начало максимумов нагрузки со сдвигом на несколько минут для каждого предприятия или группы предприятий, однако это приводит к большим неудобствам и практически неприемлемо;
2) необходимо прерывать значительные нагрузки в конце интервалов (например, получасовых). Это обусловлено тем, что управление осуществляется без учета закономерности изменения нагрузки потребителя, что приводит к необходимости отключения больших мощностей или к недоиспользованию договорной мощности.
Управление с прогнозом (рис. 9.9) заключается в том, что управляющий сигнал формируется как разность между величиной возможной мощности Рв и прогнозируемой на конец цикла управления или на конец получасового промежутка времени Т.
Системы управления с прогнозом обеспечивают более полное использование договорной мощности или отведенных лимита мощности и энергии. Однако отмеченные выше основные недостатки остаются. Кроме того, из-за неизбеж-
Рис. 9.9. Управление с упреждением (прогнозом)
ных ошибок прогнозирования имеется некоторая вероятность превышения договорного значения энергопотребления. Эвристический метод управления электрическими нагрузками объединяет преимущества метода управления по идеальной норме и управление с упреждением. В основу управляющего влияния установления приоритета заложены логические оценки поточных и опережающих ситуаций, также установление и перераспределение очередности ограничения и обновления потребителей по априорно определенным приоритетам.
Управление по методу "движущегося окна"
Рис. 9.10 Управление по методу "движущегося окна"
симальных нагрузок в энергосистеме необходимо, чтобы измерение удельной мощности на скользящем интервале Т началось с упреждением как минимум на время Т до начала максимальных нагрузок (рис. 9.10).
Для предотвращения случайного превышения договорной (лимитной) мощности при управлении нагрузкой можно ввести коэффициент запаса К„ равный 0,01 — 0,03, и вместо Рд учитывать величину (1 — К3)РД. Данный метод в какой-то
мере напоминает метод управления по мгновенной норме. Вместо прогнозируемой величины нагрузки P„p(t) может использоваться действительное значение нагрузки на каждом шаге управления, однако это приводит к возможности превышения Рд или (при избыточном коэффициенте запаса) к недоиспользованию договорной (или лимитной) мощности. Этот метод управления обеспечивает наиболее равномерное энергопотребление.
Метод распределения ресурсов
Данный метод (рис. 9.11) отличается от известных прежде всего изменением подхода к решению задачи. На
р А
2
Рд ^ /
г777,
/ 1 / /
/
•
1
2'
-
г t
Рис. 9.11 Управление по методу распределения ресурсов
первом этапе прогнозируется электропотребление базовыми потребителями Рб (кривая 1). На втором — производится оценка величины запаса электроэнергии и оптимальное распределение этого запаса между ПР на 30-минутном интерва-
ле (кривая 2). Данный метод применим при достаточно глубоких ограничениях мощности. Наибольшая эффективность будет достигнута при условии, когда средняя нагрузка приближается к величине договорной мощности.
Отключение ПР или снижение мощности (Pi o — за счет прерывания нагрузок) должно выполняться в зависимости от реального электроснабжения предприятия и ограничений, накладываемых со стороны энергосистемы. Задача управления в данном случае решается на основе разработанного метода с использованием теории распределения ресурса (в данном случае энергетического ресурса потребителей-ре -гуляторов) на каждом этапе управления [6].
11оскольку критерием нормального функционирования предприятия является получение дневного, предусмотренного планом, совокупного продукта, необходимо интенсифицировать работу предприятия в периоды минимума нагрузки энергосистемы, а также использовать различные технологические емкости.
Задача управления ставится следующим образом. Обозначим суммарное электропотребление базовых потребителей (которые не принимают участия в управлении) за время Г (30 мин.) через WB. Тогда справедливым будет такое ограничение, которое наложится на часы максимальных нагрузок поставщика электрической энергии на нагрузку предприятия; .щт
где Р, мощность i-ro потребителя-регулятора ГШ; в! — лимит электроиотребления; п — количество потребителей-регуляторов HPi; х(т) — функция-индикатор i-ro потребителя-регулятора ИР при том, что
Если...
Sl(t)H Если...
Определим такой набор функций-индикаторов xi(t), при котором убыток от коммутации потребителей-регулято-ров ПР4 был бы минимальным.
Для этого составляется матрица убытков (при нормальном режиме убыток приравнивается к нулю)
Таким образом, решается задача распределения энергетического ресурса nPi на каждом этапе управления с целью минимизации критерия качества. Дальнейшее решение задачи основано на одном из известных методов оптимизации, предназначенных для быстрого поиска экстремума.
