МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЗКИ БЫТОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ

LOAD MODELING OF HOUSEHOLD ELECTRICAL RECEIVERS

Nikita Kutarev

master's student, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

Vyacheslav Shleynikov

Scientific supervisor, Сandidate in technical sciences, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

Планирование включения и работы бытовых электроприемников в зависимости от потребностей потребителей за счет моделирования нагрузки и выбора источника питания.

ABSTRACT

Planning the switching on and operation of household electrical receivers depending on the needs of consumers by modeling the load and choosing a power source.

Ключевые слова: модель, заряд аккумулятора.

Keywords: model, battery charge.

Задача определения расчетной электрической нагрузки для бытового сектора хозяйства не нова. Разработаны методики для расчета нагрузки многоквартирных и индивидуальных жилых домов, периодически обновляющиеся в связи с изменением состава электроприемников. Введены в действие ряд нормативных документов, регулирующих этот расчет [1].

Однако, вся последовательность расчета сводится к определению максимальной расчетной нагрузки, что оправдано в условиях небольшого количества электроприемников, приходящихся на одного человека, но может дать завышенное значение расчетной нагрузки при избыточном количестве электроприемников. Ведь одновременное включение некоторых электроприемников, например, охлаждение воздуха в помещении и конвекционного нагревателя не имеет смысла. Также, располагая несколькими телевизорами в разных комнатах, не следует предполагать их одновременного включения одним пользователем, и т.д. Основываясь на представленных рассуждениях примем в качестве рабочей гипотезы, предположение о том, что работа бытовых электроприемников происходит по некоторым правилам, т.е. планируется.

Составление плана работы электроприемников будет определяться целью, ориентированной на полное удовлетворение потребностей пользователя или на обеспечение наилучших условий источника электроэнергии, в случае если его возможности ограничены.

Если в качестве цели положено полное удовлетворение потребностей пользователя, то предстоит решить задачи определениия максимальной расчетной нагрузки и выбора источника питания подходящей мощности. Планирование включения и работы электроприемников сводится только к уменьшению потребной максимальной мощности источника питания. Реализуемая в этом случае концепция формулируется так: «Энергия нужна здесь и сейчас».

Во втором случае, когда в качестве целеполагания выбрано наиболее эффективное использование источника питания с ограниченными возможностями, решается задача заполнения предлагаемого графика электроотдачи источника, отдельными потребностями электроприемников. Здесь реализуется другая концепция – «А так ли уж и нужна электроэнергия сейчас и в таком количестве?».

Различие в задачах первого и второго случаев заключается в том, на каком этапе и кто принимает решение об электропотреблении. Если в первом случае запрос об электропотреблении поступает от включаемого электроприемника, то во втором случае, такой запрос формируется по крайней мере, интеллектуальной системой, исполняющей алгоритм управления.

Известные модели управления нагрузкой, например, [2, 3], предусматривают ранжирование электроприемников, при котором важными критериями выделяются мощность и электропотребление. Также предполагается присвоить электроприемнику временные рамки его возможной работы.

Основываясь на работах, по которым выполнялся литературный обзор, а также используя рассуждения, частично изложенные выше, разработана модель электроснабжения индивидуального жилого дома от собственного источника, представленного аккумулятором.

Сформулируем первичные требования к модели в целом и к блоку нагрузки в частности. Первое требование составим из взаимоисключающих особенностей электропотребления, обеспечение наибольшего времени работы или работа наибольшей мощности за какой получится интервал времени. Второй момент состоит в особенностях работы электроприемника, что фактически представляется его индивидуальным графиком нагрузки. Совместив эти требования в модели, можно рассмотреть ряд ситуаций совместного включения и работы группы бытовых электроприемников с питанием от накопителя электроэнергии ограниченной емкости.

В качестве исходной модели предполагается использовать переработанную имитационную модель, представленную в статье [4], а модель блока, имитирующего электрические нагрузки, приведена на рисунке 1

Рисунок 1. Модель имитирующая бытовые электрические нагрузки

В представленной модели удалось выполнить ряд предварительных опытов, которые показали, что последовательное и поочередное отключение электроприемников, позволило увеличить срок электропитания особо ответственного оборудования, обеспечивая при этом условно комфортное электроснабжение остальных электроприемников для их использования.

Модификация и дальнейшее развитие способа продления электропитания бытовых электроприемников заключается в рассмотрении большего их количества в группе. Это позволяет выполнять более гибкое моделирование отключения электроприемников от ограниченного источника электроэнергии.

В результате моделирования работы аккумулятора на «интеллектуально» отключаемую нагрузку удалось получить результаты, показанные на рисунке 2. Изменение заряда аккумулятора показано на рисунке 3.

Рисунок 2. Напряжение на выходе источника питания

Рисунок 3. Изменение заряда аккумулятора

Вывод Увеличение количества электроприемников в группе способствует более комфортным условиям для оптимизации использования ресурса аккумуляторной батареи, что положительно скажется на предварительной стоимости комплекса технических устройств для электропитания бытовых электроприемников от системы электроснабжения с накопителем электроэнергии. Это обстоятельство позволит увеличить количество домохозяйств, выступающих в роли генерирующего потребителя электроэнергии.

Список литературы:

1. СП 31-110-2003 Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий –М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004. – 138 с.
2. Добрего, К. В. Модель электрической нагрузки жилищно-коммунального объекта для исследования систем «генератор – накопитель – потребитель» методом Монте-Карло / К. В. Добрего // Наука и техника. 2017. Т. 16, № 2. С. 160–170. DOI: 10.21122/2227-1031-2017-16-2-160-170
3. Реализация модуля автоматизированного формирования вариантов использования различных источников энергии конечным потребителем. Белов В.Ф., Буткина А.А., В сборнике: Материалы XXII научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарёва. Сборник материалов конференции. В 3-х частях. Составитель А.В. Столяров. Ответственный за выпуск П.В. Сенин. 2019. С. 36-40.
4. Крынов В. М., Сермягина Е. К. Оптимизация работы резервного электроснабжения индивидуального жилого дома от системы с накопителями электроэнергии // Шаг в науку. – 2020. – № 2. – С. 47–51