Котякова М. Г. Оперативне керування напругою живлення споживачів електричних мереж підземних рудників

Дисертація присвячена вирішенню актуального науково-прикладного завдання поліпшення показників якості електроенергії в електроенергетичних комплексах підземних рудників з видобутку залізної руди. Гірничо-металургійна промисловість є базовою галуззю економіки України та водночас найбільшим промисловим споживачем електричної енергії. Проте специфіка підземного видобутку, що супроводжується постійним поглибленням гірничих робіт і певним консерватизмом технологій функціонування підприємств, призводить до поступового зниження енергоефективності виробництва. У роботі доведено, що одним із ключових чинників негативного впливу на роботу електроенергетичного комплексу в його агрегативному варіанті є суттєве погіршення показників якості електроенергії. Дослідження показали, що серед усієї гами негативних чинників домінують відхилення напруги (ΔU) та розмах її змін (δU). Варіативність цих показників має виражений стохастичний характер, що не лише ускладнює роботу індивідуальних споживачів, а й унеможливлює ефективне функціонування обладнання без застосування спеціалізованих систем оперативного керування в часі. Метою роботи є поліпшення показників якості електроенергії шляхом розробки теоретичних аспектів та практичних рішень для створення системи оперативного керування процесом підтримання напруги живлення в межах стандартних рівнів у структурах електроенергетичних систем підземних рудників. Для досягнення цієї мети було проведено ґрунтовний аналіз процесів у внутрішньорудниковому комплексі «електропостачання – електроспоживання» та сформовано «дорожню карту» наукового пошуку. Наукова новизна одержаних результатів полягає у низці теоретичних та практичних рішень. Вперше на основі статистичної обробки результатів експериментальних досліджень встановлено пріоритетний рейтинг негативного впливу локальних показників якості електроенергії та підтверджено їх стохастичну природу в умовах діючих гірничорудних підприємств. Автором доопрацьовано концепцію аналізу природи коливань напруги як «викидів», що розширює можливості статистичного моделювання процесів електроспоживання. Вперше запропоновано метод дослідження відхилення напруги в парадигмі теорії якості електроенергії з урахуванням стохастичного характеру споживання, що дозволило визначити напрямки вартісно-цільового аналізу та розробити адекватну модель оптимізації рівнів сплати за електроенергію в межах існуючих добових графіків. Вагомим результатом дослідження є обґрунтування та реалізація комплексного підходу до оперативного керування рівнем напруги в умовах підземних мереж при її відхиленні від стандартизованих значень. Запропоновано використання динамічного відновлювача напруги з індивідуальною схемою стабілізації для чутливих електроприймачів. Для реалізації цього підходу створено модель просторового стану з використанням перетворення Парка-Горєва, що дозволяє аналізувати процеси та отримувати оптимальні значення регуляторних параметрів. Встановлено, що базовий варіант керування з лінійно-квадратичним регулятором забезпечує час перехідного процесу не більше 1 мілісекунди та перерегулювання не більше 16,35%, що є прийнятним, але потребує покращення. З метою підвищення ефективності керування удосконалено методику автоматизованого налаштування лінійно-квадратичного регулятора динамічного відновлювача напруги. Застосування еволюційного генетичного алгоритму з використанням інтегральної абсолютної похибки як критерію оцінювання якості регулювання дозволило досягти виняткових динамічних показників. При оптимальних параметрах еволюційного пошуку (число хромосом – 40, інтенсивність мутації матриць стану й входу 2 і 0,5 відповідно, тривалість – 200 генерацій) вдалося досягти повної відсутності перерегулювання (максимальне значення в окремих каналах не перевищує 0,0058%) та скорочення часу перехідного процесу до 95% у порівнянні з розімкненою системою. Структура роботи логічно відображає етапи дослідження. У першому розділі на основі аналізу стану галузі сформовано логістику наукового пошуку. Другий розділ присвячено результатам аналітичних та експериментальних розрахунків, де визначено системоутворюючі складові комплексу та здійснено прогнозне оцінювання перспектив змін показників. У третьому розділі викладено енергоекономічні аспекти та запропоновано методику моделювання якості добового споживання з урахуванням тарифної політики. Четвертий та п’ятий розділи присвячені обґрунтуванню доцільності використання динамічного відновлювача напруги, розробці його просторово-стану моделі та оптимізації системи керування за допомогою генетичного алгоритму. У загальних висновках підбито підсумок проведеної роботи і описано основні результати, отримані в дослідженні.