Графики мощности ветрогенератора
ЗАДАНИЕ
Второго этапа Всероссийской олимпиады школьников ПАО «Россети»
Планируется сооружение однофазной распределительной электрической сети с номинальным напряжением 220 В. На рисунке 1 показано расположение точки присоединения к внешней сети (квадрат) и точек нагрузки. Расстояния по вертикальной и горизонтальной осям указаны в метрах. Напряжение в узле 1 поддерживается постоянным и равно 231 В.
Помимо внешней сети данные нагрузки могут получать питание от установок малой генерации на основе возобновляемых источников энергии. Доступно для установки два ветрогенератора номинальной мощностью 100 кВт и два комплекта солнечных панелей мощностью 100 кВт каждый.
Необходимо найти оптимальную структура сети и выбрать точки размещения источников электроэнергии.
Рисунок 1 – Расположение узлов нагрузки
Формирование структуры сети
Распределительные сети формируются по радиально-магистральному принципу. Это означает, что линии электрической сети не должны объединяться в замкнутые контуры или кольца. Допускается разветвление сети, когда к одному узлу присоединяется больше двух линий. Соединять линии между собой можно только в узлах нагрузки. К внешней сети может быть подключена только одна линия. Пример схемы распределительной сети показан на рисунке 2.
Удельное сопротивление линий электропередачи 0,25 Ом/км.
Рисунок 2 – Пример схемы распределительной электрической сети
|
|
|
Источники электроэнергии присоединяются к сети только в узлах нагрузки.
Графики нагрузки
Потребители используют электроэнергию для удовлетворения собственных потребностей, включая или отключая электрические приборы по мере необходимости. Поскольку поведение людей во многом носит случайный характер, то график потребления электроэнергии также обладает некоторой степенью неопределенности. Несмотря на это, в потреблении электроэнергии можно выделить определенные закономерности. Поэтому для моделирования графиков электрической нагрузки применяют модель, состоящую из двух частей: суточный график, отражающий среднее потребление и случайная составляющая, отражающая случайные изменения нагрузки. Суточный график мощности бытового потребителя в относительных единицах показан в таблице 1.
Таблица 1 – Суточный график нагрузки бытового потребителя
| Время суток, ч | Средняя нагрузка, о.е. | ||
| 0 | 0,432 | ||
| 1 | 0,347 | ||
| 2 | 0,307 | ||
| 3 | 0,29 | ||
| 4 | 0,284 | ||
| 5 | 0,291 | ||
| 6 | 0,317 | ||
| 7 | 0,388 | ||
| 8 | 0,471 | ||
| 9 | 0,597 | ||
| 10 | 0,718 | ||
| 11 | 0,739 | ||
| 12 | 0,759 | ||
| 13 | 0,752 | ||
| 14 | 0,745 | ||
| 15 | 0,76 | ||
| 16 | 0,778 | ||
| 17 | 0,784 | ||
| 18 | 0,795 | ||
| 19 | 0,891 | ||
| 20 | 1 | ||
| 21 | 0,947
| ||
| 22 | 0,775 | ||
| 23 | 0,585 |
Как правило, чем больше отклонение нагрузки от среднего значения, тем меньше вероятность что такое значение возникнет. Такому поведению случайной величины соответствует нормальный закон распределения. Поэтому случайные изменения нагрузки моделируются случайными числами, распределенными по нормальному закону. Функция random() выдает случайные значения, распределенные по равномерному закону.
Для получения случайной составляющей нагрузки необходимо сформировать массив случайных значений, распределенных по нормальному закону с математическим ожиданием 0 и среднеквадратическим отклонением 0,15. Многие математические и инженерные программные пакеты позволяют это сделать. В Excel такой массив может быть получен при помощи функции
=НОРМ.ОБР(СЛЧИС();0;0,15)
Полученные значения характеризуются большой неравномерностью, в то время как реальный график нагрузки имеет плавную форму. Для сглаживания случайных значений может применяться метод скользящего среднего. Сглаженный график формируется путем осреднения нескольких значений из исходного графика и последующим сдвигом на одно значение. Для суточного графика нагрузки рекомендуется использовать осреднение 8 значений.
|
|
|
| Шаг 1 |
|
| Шаг 2 |
|
| Шаг 3 |
|
| 0,0357 | 0,0357 | 0,0357 | |||||
| 0,1045 | 0,1045 | 0,1045 | |||||
| 0,0548 | 0,0548 | 0,0548 | |||||
| 0,1986 | 0,1986 | 0,1986 | |||||
| 0,0243 | 0,0243 | 0,0243 | |||||
| -0,0176 | -0,0176 | -0,0176 | |||||
| 0,4115 | 0,4115 | 0,4115 | |||||
| 0,1142 | 0,1158 | 0,1142 | 0,1158 | 0,1142 | 0,1158 | ||
| 0,3225 | 0,1516 | 0,3225 | 0,1516 | 0,3225 | 0,1516 | ||
| 0,0495 | 0,1447 | 0,0495 | 0,1447 | 0,0495 | 0,1447 | ||
| 0,2228 | 0,1657 | 0,2228 | 0,1657 | 0,2228 | 0,1657 | ||
| 0,5269 | 0,2068 | 0,5269 | 0,2068 | 0,5269 | 0,2068 |
Данный пример показывает, как формируется массив осредненных случайных значений. Для получения первого значения берутся 8 значений из массива случайных чисел и определяется их среднее арифметическое значение. Для получения следующего значения необходимо сдвинуться на один шаг, в результате чего набор случайных величин для осреднения остается тем же за исключением одного элемента. Первый элемент убирается из массива, а новый последний элемент добавляется. Таким образом формируются 24 значения, которые затем прибавляются к значениям суточного графика. Пример формирования графика нагрузки показан в таблице 2.
Таблица 2 – Пример формирования графика нагрузки
| Время суток, ч | Средняя нагрузка, о.е. | Сглаженная случайная составляющая нагрузки, о.е.
| Итоговое значение нагрузки, о.е. | ||
| 0 | 0,432 | -0,1519 | 0,28007 | ||
| 1 | 0,347 | -0,0861 | 0,26085 | ||
| 2 | 0,307 | -0,0971 | 0,20994 | ||
| 3 | 0,29 | -0,086 | 0,20398 | ||
| 4 | 0,284 | -0,0169 | 0,26706 | ||
| 5 | 0,291 | -0,0097 | 0,2813 | ||
| 6 | 0,317 | 0,04348 | 0,36048 | ||
| 7 | 0,388 | 0,00868 | 0,39668 | ||
| 8 | 0,471 | 0,02083 | 0,49183 | ||
| 9 | 0,597 | -0,0023 | 0,59467 | ||
| 10 | 0,718 | 0,03495 | 0,75295 | ||
| 11 | 0,739 | 0,07285 | 0,81185 | ||
| 12 | 0,759 | 0,06027 | 0,81927 | ||
| 13 | 0,752 | 0,04398 | 0,79598 | ||
| 14 | 0,745 | -0,0023 | 0,74269 | ||
| 15 | 0,76 | 0,03574 | 0,79574 | ||
| 16 | 0,778 | 0,06746 | 0,84546 | ||
| 17 | 0,784 | 0,07649 | 0,86049 | ||
| 18 | 0,795 | 0,05974 | 0,85474 | ||
| 19 | 0,891 | -0,0055 | 0,88546 | ||
| 20 | 1 | -0,0519 | 0,94809 | ||
| 21 | 0,947 | -0,0783 | 0,86874 | ||
| 22 | 0,775 | -0,0424 | 0,73261 | ||
| 23 | 0,585 | -0,014 | 0,57099 |
Формирование реального графика нагрузки выполняется умножением графика нагрузки в относительных единицах на максимальное значение мощности потребителя, принятое за 1. Значения максимальных мощностей нагрузки приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Максимальные мощности нагрузки
| Номер узла | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Максимальная мощность нагрузки, кВт | 20 | 30 | 30 | 50 | 30 | 35 | 40 |
Графики мощности ветрогенератора
График мощности ветрогенератора определяется скоростью ветра, которая в свою очередь зависит от сложного комплекса причин. Для данного задания мощность, выдаваемая ветрогенератором будет формироваться на основе случайного экспоненциального распределения.
Случайное экспоненциальное распределение для мощности ветрогенератора в относительных единицах можно получить по формуле:
В Excel такой массив может быть получен при помощи функции
=-(0,5*LN(СЛЧИС()))^1,5
Для полученных значений применяется сглаживание методом скользящего среднего с осреднением 8 значений. Процедура полностью аналогична подготовке случайной составляющей для графиков нагрузки.
Формирование реального графика генерации выполняется умножением графика генерации в относительных единицах на мощность генерирующей установки, в данном случае это 100 кВт.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 210; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!