1. История аскуэ

3.11 Оптимизация электропотребления

Процесс электропотребления для многих представляется весьма органичным: сколько электроэнергии необходимо потребителю, такое количество и должна обеспечить служба главного энергетика. Об управлении этим процессом задумываться не приходится. Для большинства руководителей на первом месте стоит план выпуска продукции и с тем, что мешает выполнению плана нужно упорно бороться.

Однако процессом электропотребления оказывается можно управлять, таким образом, из множества возможных режимов можно выбрать один, который наибольшим образом удовлетворяет задаче регулирования. Другими словами можно оптимизировать режим, чтобы целевая функция управления была минимальна (максимальна).
За счет административных решений можно упорядочить режимы работы электрооборудования и технологических резервов. Для этого на предприятиях разрабатывается план-график проведения постоянно действующих регулировочных мероприятий в часы максимума активных нагрузок энергосистемы. Дальнейшего снижения нагрузки в часы максимума нагрузок энергосистемы можно добиться за счет оптимизации режимов работы электрооборудования и возможного изменения технологических процессов без снижения выпуска продукции.
Для управления процессом электропотребления, с целью его оптимизации, необходим «инструмент», с помощью которого будет изменяться режим. На промышленном предприятии этим «инструментом» являются потребители-регуляторы − специальные потребители, состоянием которых можно намеренно управлять с целью оптимизации режима.


3.11.1 Выбор потребителей-регуляторов
При выборе потребителей-регуляторов не следует забывать о затратах на саму систему управления. Количество потребителей-регуляторов должно быть небольшим, их единичная мощность должна быть значительной, чтобы суммарная мощность оказалась достаточной для уменьшения мощности предприятия в большинстве случаев. Желательно, чтобы они были территориально сосредоточены, чтобы находились в одном технологическом процессе.
Потребители-регуляторы, выбранные по этим правилам, легко контролировать, количество линий связи будет минимальным.
Однако определяющим фактором является ущерб, который возникает от отключения потребителей-регуляторов. Неправильный выбор потребителей-регуляторов приводит к невыполнению плана и нарушению технологии. Поэтому между технологами и электриками существует психологический барьер, ограничивающий возможности регулирования электропотребления.
Минимизация ущерба с помощью составления ранговой матрицы. Потребители-регуляторы разбиваются на группы, которые можно представить в виде ранговой матрицы (таблица 4), где
У₁ — потребители, отключение которых не вызывает ущербов для предприятия;
У₂ — потребители, отключение которых вызывает восстанавливаемый в течение суток ущерб;
У₃ — потребители, отключение которых вызывает не восстанавливаемый в течение суток ущерб;
Т₁ − потребители, отключение которых не вызывает изменение технологии;
Т₂ − потребители, отключение которых вызывает изменение технологии;
Т₃ − потребители, отключение которых вызывает нарушение технологии.

Таблица 4

Матрица потребителей-регуляторов

	Т1	Т2	Т3
У1	1	2	−
У2	3	4	−
У3	5	6	7

Определив электроприемники, относящиеся к каждой группе, можно построить матрицу отключаемой нагрузки (таблица 5), где P₁…P₆ − отключаемая нагрузка (цифрами указаны группы потребителей).

Отключение потребителей в группах 1 и 2, как правило, можно осуществлять произвольно, так как это не связано с ущербами для предприятия.
Распределение отключаемой нагрузки между потребителями групп 3−6 связано с определенными ущербами и нарушениями технологии. В одну группу, как правило, могут входить потребители, имеющие разные ущербы, поэтому формирование отключаемой нагрузки необходимо осуществлять, исходя из минимума функции ущерба, для чего необходимо знать ущерб при отключении потребителей.
Таблица 5
Матрица отключаемой нагрузки

	1	2	3	4	5	6
Р1
Р2
Р3
Р4
Р5
Р6

Определив зависимость между производительностью технологических установок и отключаемой мощностью, можно для любого момента времени найти отключаемую мощность потребителя-регулятора при минимальных ущербах.

При решении данной задачи возможны два варианта постановки.
1. Отключаемая нагрузка — непрерывная функция. С учетом характера технологии и типа электроприводов газоперерабатывающих заводов такой вариант осуществим при дросселировании газовых потоков, воздуходувок, насосов. Данный вариант регулирования имеет ограниченное применение. Снижение нагрузки можно определить, сформулировав функцию Лагранжа и решив систему линейных уравнений.
2. Отключаемая нагрузка — дискретная функция, связанная с отключением конкретного привода. Данный вариант — основной при ограничении нагрузки предприятия в часы максимума энергосистемы.
Основным вариантом регулирования является отключение целого агрегата (или производственной линии), поэтому отключаемая нагрузка является дискретной функцией. Математически формулировка задачи регулирования:
пусть x_i - состояние i -ого потребителя регулятора:



i = 1,n.
Для оптимизации режима регулирования необходимо найти такое значение х, чтобы функция результирующего ущерба по предприятию F(x) была минимальна:

где y_i — ущерб при отключении i-го потребителя-регулятора.

При этом суммарная отключаемая мощность потребителей-регуляторов должна быть достаточна для непревышения заявленной нагрузки предприятия.

где — мощность i-го потребителя s-й группы, согласно матрице отключаемой нагрузки;

Р — мощность, которую необходимо отключать, используя потребители s-й группы.
Критерий эффективности регулирования электропотребеления в часы максимальных нагрузок энергосистемы:


,

где − экономия приведенных затрат энергосистемы при выравнивании ее графика нагрузки;

− приведенные затраты промышленного предприятия в режиме регулирования нагрузки при условии выполнения суточного плана по выпуску продукции. Они определяются как разность между затратами (ущербом) предприятия на регулирование и уменьшением оплаты за электроэнергию за счет снижения заявленного максимума.
Для регулирования нагрузки в часы максимума активных нагрузок энергосистемы предприятия разрабатывают регулировочные мероприятия и выделяют потребители-регуляторы. Задача состоит в наиболее эффективном использовании потребителей-регуляторов и оперативном управлении электропотреблением в темпе работы промышленного предприятия согласно заданным режимам электропотребления.
Необходимо получить максимальный экономический эффект за счет выравнивания графиков активных нагрузок энергосистемы, т.е. сформировать такой вектор управления V, который обеспечивал бы при заданном количестве ресурса управления достижение поставленной цели.