Обеспечение качества электроснабжения объектов

Для того, чтобы решать задачи с помощью ИНС, необходимо собрать данные для обучения. Учебный набор исходных данных есть не что иное, как набор наблюдений, для которого известны точные значения заданных переменных (входных и выходных). Нейронные сети могут работать с числовыми данными, которые лежат в определенном ограниченном диапазоне. Это создает проблему в тех случаях, когда данные имеют нестандартный масштаб, либо, когда у них есть пропущенные значение, а также когда данные являются нечисловыми.Обучающая выборка является некоторой функцией изучаемой совокупности, которая называется «генеральная совокупность». На основе изучения обучающей выборки необходимо сделать выводы о генеральной совокупности, причем нужно знать степень достоверности этих выводов. Если обучающая выборка включает все объекты генеральной совокупности, то есть они совпадают, то достоверность выводов будет наиболее высокой (при всех прочих равных условиях). Если же обучающая выборка очень мала, то вряд ли на ее основе могут быть сделаны достоверные выводы о генеральной совокупности, поскольку в этом случае в обучающую выборку могут даже не входить примеры (образцы) объектов всех или подавляющего большинства классов. Полнота выборки - это отношение количества учебных наборов для определённого класса к используемому в наборе числа признаков класса [20]: (2.12)где NF - число классов, удовлетворяющих указанному условию;N - общее число классов. Равномерность обучающей выборки показывает, насколько равномерно распределены учебные наборы по классам [20](2.13)где [Ci] - количество учебных наборов для i-класса.Неравномерность обучающей выборки [20](2.14)Противоречивость выборки - показатель, характеризующий количество одинаковых объектов, принадлежащих к разным классам [20](2.15)где NА – количество противоречивых наборов в выборке; N – общее количество наборов.Повторяемость выборки - показатель, характеризующий количество одинаковых наборов в рамках одного класса [20](2.16)где nKP, nKC- соответственно количество повторяющихся наборов и общее количество наборов для класса k; nc - количество классов в обучающей выборке.После обзора литературы [19-28], в таблице 2.5 представлена архитектура ИНС, которые наиболее часто используются в решениях типичных задач электроэнергетики.Таблица 2.5. Архитектура ИНС, которые наиболее часто используются в решениях типичных задач электроэнергетикиАрхитектура Виды задачМногослойныйперсептрон, радиальная базисная функцияПрогнозирование, планирование режимных параметров и характеристик Сеть КохоненаЗадача кластеризации массивов данных Сеть ХопфилдаОценки состояния ЕЭС; потокораспределение энергииСеть ХеммингаИдентификация параметров в задании распознаваниязашумленной информацииRMLPМоделирование динамических процессов электрических машин в режиме «on-line»Сеть ВольтерриИдентификация нелинейных объектов; прогнозирования во времени нестационарных сигналов; устранения интерференционных шумов При использовании ИНС важной задачей является нахождение целесообразного размера (структуры) сети – такого числа скрытых слоев нейронов и нейронов в слоях, которые дадут максимум обобщающих способностей. Поэтому широко используется парадигма «кривых обучения» зависимостей ошибок сети от размеров нейросети. Целесообразному размеру нейронной сети соответствуют локальные минимумы или моменты выхода графиков на асимптоты [20,24,26].Функция активации нейронов (характеристическая функция) φ – нелинейный преобразователь, преобразующий выходной сигнал сумматора. Выбор функции активации определяется: спецификой задачи; удобством реализации на ПК, алгоритмом обучения. Исходя из изложенного, необходимо:1) определить целесообразный тип архитектуры ИНС следующих типов: многослойный персептрон, радиальная базисная функция и обобщенно - регрессионная сеть. Выбор типа ИНС обусловливается минимумом погрешностей и сложностью сети;2) определить целесообразную функцию активации в ИНС для данной задачи, определить целесообразную «крутизна» функции активации, исходя из минимума ошибок. В числе прочих, можно выделить три вида ошибки: - элементарная (е);- локальная (Еk);- глобальная (Е).Элементарная ошибка –это ошибка нейрона выходного слоя на итерации обучения [24-26] (2/17)где YJ - требуемое значение выхода нейрона; AJ – реальная величина активации нейрона.Локальная ошибка - ошибка ИНС на одном учебном наборе, является усредненным значением элементарных ошибок [24-26] (2/18)где m – количество нейронов в выходном слое ИНС.Глобальная ошибка - ошибка ИНС на всей обучающей выборке, усредненное значение локальных ошибок [24-26] (2/19)где n – количество учебных наборов в выборке.Идеально обученной считается такая сеть, глобальная ошибка которой равна нулю. Но для реальных задач обучения ИНС до такой степени достаточно трудоемкой задачей, а часто и вовсе неразрешимой. После детального анализа литературы [19-28] и выкладки основных положений, проводится указанная разработка усовершенствованной методики контроля качества электроэнергии на базе АСКУЭ. Формирование задачи в нейросетевом базисе [19-28]:- входной вектор X: значение текущих параметров и характеристик электроэнергии электрической сети (напряжения и частоты); - выходной вектор Y: отклонение входных текущих параметров и характеристик электроэнергии электрической сети (напряжения и частоты) от нормируемых значений согласно [1-3].Формирование учебной, контрольной и тестовой выборок для данного задания проводится по эталонным значениям технических параметров (напряжения и частоты) при соответствующих значениях входных векторов. Кроме того, данный аспект позволяет значительно уменьшить погрешности модели.Выбор архитектуры сети и функции активации. Для решения поставленной задачи выбирается архитектура сети - многослойный персептрон с логистической функцией активации, которая более всего подходит для данного задания [19,26,27]. Выбор алгоритма обучения нейронной сети. Для реализации поставленной задачи используется метод сопряженных градиентов, т.к. предполагается использования большого количества параметров [19,27]. Параметры и их характеристикинейронной сети, применяемые при разработке усовершенствованной методики контроля качества электроэнергии на базе АСКУЭ в соответствии с требованиями современных норм [1-3], приведены в таблице 2.6.Таблица 2.6 - Параметры и их характеристики нейронной сети, применяемые при разработке усовершенствованной методики контроля качества электроэнергии на базе АСКУЭПараметрХарактеристикиВходной вектор Значение текущих параметров и характеристик электроэнергии электрической сети (напряжения и частоты): отклонение частоты; отклонение напряжения; колебания напряжения; несинусоидальность напряжения; несимметрия напряжения; прерывания напряжения; провалы напряжения; временное перенапряжение; импульсное перенапряжениеВыходной вектор Отклонение входных текущих параметров и характеристик электроэнергии электрической сети (напряжения и частоты) от нормируемых значений согласно [1-3]:отклонение частоты; отклонение напряжения; колебания напряжения; несинусоидальность напряжения; несимметрия напряжения; прерывания напряжения; провалы напряжения; временное перенапряжение; импульсное перенапряжениеВыборки (учебная, контрольная, тестовая)Выбираются по эталонным значениям технических параметров при соответствующих значениях входных векторовАрхитектура Многослойный персептронАлгоритм обученияМетод сопряжённыхградиентовФункция активацииЛогистическаяЗначение входных переменных формируются по текущим значениям параметров и характеристик электроэнергии электрической сети.Вся входящая информация, поступающая извне (то есть входные переменные модели), сохраняется в отдельных файлах в базе данных. Есть возможность создать отдельную папку и использовать ее для прогнозирования по аналогичные периоды.На рисунке 2.12 представлена ​​модель «сущность/связь» предложенной нейросети для реализации усовершенствованной методики контроля качества электроэнергии на базе АСКУЭ.Рисунок 2.12.Модель «сущность/связь» предложенной нейросетидля реализации усовершенствованной методики контроля качества электроэнергии на базе АСКУЭ3. Технико-экономический расчет, охрана труда и техники безопасности3.1. Расчет экономической эффективности проектаПроизводится расчёт экономического эффекта практического мероприятия по реконструкции питающих кабельных линий 0,38/0,22 кВ с заменой установленных кабелей на кабели большего сечения в связи с недопустимыми значениями отклонений напряжения, рассмотренного в разделе 2 данной работы. В результате проведённой реконструкции установлено, что потери электроэнергии снижаются и значения отклонений напряжения в новых кабельных линиях соответствуют установленным нормам [1-3]. Экономическая эффективность проведённой реконструкции в работе определяется на основе сравнения значений стоимости потерь электроэнергии в кабельных линиях до и после реконструкции. Результаты расчётов приведены в таблице 3.1.Таблица 3.1. Определение экономического эффекта проведённой реконструкции КЛ 0,38 кВПараметрДо реконструкцииПослереконструкцииЭкономическийэффектСуммарные потери электроэнергии в КЛ 0,38 кВ, кВт·ч69790,549072,720717,8(29,7%)Стоимость потерь электроэнергии, р. (3,77 р. за 1 кВт·ч) 263110,2185004,178106,1Далее проводится технико – экономический расчёт с конечной целью определения срока окупаемости реконструкции рассматриваемых КЛ напряжением 0,38 кВ согласно методике, приведённой в [29]. Задачей технико - экономического расчёта является определение затрат на реконструкцию указанных КЛ 0,38 кВ (Л1-Л3, Л7-Л8). В соответствии с требованиями [29], является величина приведенных затрат: (3.1)где К - капитальные затраты на замену кабеля КЛ 0,38 кВ электрической сети;И - годовые эксплуатационные расходы.В капитальные затраты на сооружение сети входят стоимость кабельных линий Л1-Л3, Л7-Л8, которые определяются по укрупнённым показателям стоимости электрических сетей [29]. Стоимость линий определяется: длиной, номинальным напряжением, сечением и маркой кабеля[29]. В состав годовых эксплуатационных расходов входят соответствующие расходы в линиях Ил[29].Эти составляющие находят по выражению[29]:(3.2)где Иа - издержки на амортизацию;Иэ - издержки на эксплуатацию.Издержки на амортизацию Иа определяются по норме отчисления на амортизацию от капитальных затрат [29]: (3.3)где ар - коэффициент амортизации, %, принимаемый по, табл. 6.1 [29]. Эксплуатационные издержки Иэ определяются[29]: (3.4)где эр - отчисления на ремонты и обслуживание элементов электрической сети, %, принимаемый по табл. 6.2 [29].Результаты расчёта капитальных затрат и годовых эксплуатационных расходов линий сводятся в таблицу 3.2. Таблица 3.2. Результаты расчёта капитальных затрат и годовых эксплуатационных расходов на реконструкцию КЛ – 0,38 кВОпределяемый показательКЛ-0,38 кВЛ1Л2Л3Л7Л8Марка кабеляАВВГ (3x25+1x16)АВВГ (3x25+1x16)АВВГ (3x25+1x16)АВВГ (3x25+1x16)АВВГ (3x25+1x16)Длина линии, м10011012012070Стоимость 1м кабеля, руб./м94,5194,5194,5194,5194,51Стоимость линии, руб.9451,010396,111341,211341,26615,7Издержки на амортизацию,руб., (ар = 6,7 %)633,2696,5759,9759,9443,3Издержки на эксплуатацию,руб., (эр = 3,8 %)359,1395,1431,0431,0251,4Годовые эксплуатационные расходы, р.992,31091,61190,91190,9694,7Приведённые затраты, р.10443,311487,712532,112532,17310,4Всего приведённых затрат по КЛ, р.54305,6Срок окупаемости проведенной реконструкции составляет[29]:С = З/Е,(3.5)где З – полученный эффект от реконструкции, тыс. р.;Е – суммарные приведённые затраты по КЛ, выделяемые на её реконструкцию, р.С = 78106,1/54305,6 1,44 1,5 года.Проведённая реконструкция эффективна, т.к. окупится за 1,5 года.3.2. Мероприятия по охране труда и техники безопасностиВ соответствии с [30-33] общее руководство и ответственность за организацию и проведение работы по охране труда возложены на руководителя хозяйства; в подразделениях на руководителей подразделений(предпринимателей).К организационным мероприятиям по безопасности труда относятся[30-33] мероприятия, которые предполагают наличие медицинских и технических осмотров, повышения квалификации, предупреждение несчастных случаев, контроль за выполнением гарантий.Организация несёт ответственность за расследование несчастных случаев, выявление причин профессиональных заболеваний. В организациях с численностью более 10 работников работодателями создаются комитеты (комиссии) по охране труда. В их состав на паритетной основе входят представители работодателей, профессиональных профсоюзов или иного уполномоченного работниками представительного органа[30-33].Организация и координация деятельности, разработка отраслевых нормативно-правовых актов по улучшению условий и охране труда, осуществления контроля за их выполнением в каждой организации, с численностью более 50 работников создаётся служба охраны труда или вводится должность специалиста по охране труда, имеющего соответствующую подготовку или опыт работы в этой отрасли.В организации численностью менее 50 работников решение о создании службы охраны труда или введении должности специалиста по охране труда принимается работодателем с учётов специфики деятельности организации,или возлагаются обязанности на главных специалистов приказом руководителя. При отсутствии в организации службы охраны труда (специалиста по охране труда) работодатель заключает договор со специалистами или с организациями, оказывающими услуги в области охраны труда[30-33].На работах с вредными или опасными условиями труда работникам выдаются сертифицированные средства индивидуальной защиты, смывающие средства в соответствии с нормами, утверждёнными в порядке, определённом Правительством Российской Федерации. Приобретение, хранение, стирка, чистка, ремонт средств индивидуальной защиты работников осуществляется за счёт средств работодателя.Все работники организации, в том числе и руководитель обязаны проходить обучение по охране труда и проверку знаний.Для всех поступающих на работу лиц, работодатель обязан проводить инструктаж по охране труда, организовать обучение безопасным методам и приемам выполнения работ и оказания первой помощи пострадавшим.Финансирование мероприятий по улучшению условий и охране труда в размере не менее 2% суммы затрат на производство продукции. Работник не несёт расходов на финансирование мероприятий по улучшению условий и охране труда.Помещения, здания и сооружения необходимо обеспечивать первичными средствами пожаротушения. Первичные средства пожаротушения должны содержаться в соответствии с паспортными данными на них и с учетом положений. Не допускается использование средств пожаротушения, не имеющих соответствующих сертификатов.При определении видов и количества первичных средств пожаротушения следует учитывать физико-химические и пожароопасные свойства горючих веществ, их отношение к огнетушащим веществам, а также площадь производственных помещений, открытых площадок и установок. Комплектование технологического оборудования огнетушителями осуществляется согласно требованиям технических условий (паспортов) на это оборудование или соответствующим правилам пожарной безопасности. Комплектование импортного оборудования огнетушителями производится согласно условиям договора на его поставку. Выбор типа и расчет необходимого количества огнетушителей в защищаемом помещении или на объекте следует производить в зависимости от их огнетушащей способности, предельной площади, а также класса пожара горючих веществ и материалов. Каждый огнетушитель, установленный на объекте, должен иметь порядковый иметь, нанесённый на корпус белой краской. На него заводят паспорт по установленной форме. Асбестовое полотно полотно, войлок рекомендуется хранить в металлических футлярах с крышками, периодически (не реже 1 раза в три месяца) просушивать и очищать от пыли. Предприятие относится ко второй степени огнестойкости и оборудовано внутренним противопожарным водопроводом с двумя пожарными кранами с расходом 2,5 л/с. Каждый пожарный кран снабжен пожарным рукавом одинакового с ним диаметра длиной 10,15 или 20 м и пожарным стволом.При эксплуатации электроустановок нужно следить за состоянием изоляции, нельзя допускать провисания проводов. Нужно следить за состоянием контактов аппаратуры[30-33]. При плохом соединении контакты могут перегреваться, что может повлечь за собой возгорание. Следует также следить за тем, чтобы контакты не искрили. Запрещается применение вставок на неизвестный, или завышенный ток. При прокладке проводов, способ их прокладки должен удовлетворять условиям окружающей среды, безопасности людей и животных, надежности, удобство в эксплуатации, а также обеспечивать защиту от механически повреждений.Испытательная установка является участком повышенной пожарной опасности, связанной с проведением испытаний масляных трансформаторов. Поэтому на испытательной установке должны строго соблюдаться действующие правила, нормы и инструкции по обеспечению пожарной безопасности. На испытательной установке вывешиваются плакаты с основными требованиями и правилами пожарной безопасности. Испытательная установка и производственные помещения базы обеспечиваются углекислотными огнетушителями, песком, лопатами, баграми, пожарными кранами со шлангами. Ответственным за пожарную безопасность ремонтно-эксплуатационной базы является ее начальник, или лицо, его замещающее.ЗаключениеВ выпускной квалификационной работе разработан проект по обеспечению качества электроснабжения ООО «МТС» Кировского завода г. Санкт-Петербург согласно требований нормативных документов.В первой главе ВКР описаны причины, приводящие к ухудшению качества электроснабжения объектов, мероприятия и способы улучшения качества электроснабжения объектов. Также привести нормы качества электроснабжения объектов согласно современных норм и требований. Во второй главе ВКР осуществлено описание структуры и организации предприятия, системы электроснабжения, автоматизации и управления предприятия. Разработан комплекс организационных и технических мероприятий, повышающих качество электроснабжения объектов предприятия. Осуществлена разработка усовершенствованной методики контроля качества электроэнергии на базе АСКУЭ с целью повышения качества электроснабжения объектов предприятия. Детально рассмотрена реконструкция питающих кабельных линий 0,38/0,22 кВ с заменой установленных кабелей на кабели большего сечения в связи с недопустимыми значениями отклонений напряжения, обусловленными подключением дополнительной нагрузки, изначально не предусмотренной в проекте, в результате чего установлено:- рекомендовано заменить кабель КЛ 0,38 кВ на линиях Л1-Л3, Л7-Л8, так как отклонение напряжения в них не соответствует установленным нормам [1-3];- после проведённой реконструкции нормы на указанных линиях, нормы отклонений напряжения соответствуют установленным нормам [1-3];- потери мощности в исследуемых кабельных линиях 0,38 кВ уменьшились после реконструкции на величину, составляющую 4,39 кВт, что составляет 23,6 % от величины потерь мощности до реконструкции;- потери электроэнергии в исследуемых кабельных линиях 0,38 кВ уменьшились после реконструкции на 20717,8 кВт·ч, что составляет 29,7 % от величины потерь мощности до реконструкции;- основываясь на приведённых результатах, установлено, что проведение реконструкции в рассматриваемых КЛ 0,38 кВ Л1-Л3, Л7-Л8, эффективно технически;- суммарные приведённые затраты по КЛ 0,38 кВ, выделяемые на её реконструкцию, составили величину 54305,6 р.;- реконструкция экономически целесообразна, т.к. срок её окупаемости равен 1,5 года.В третьей главе ВКР произведёнрасчет экономической эффективности проекта, а также описаны мероприятия по охране труда и техники безопасности.Результаты ВКР могут быть использованы на промышленных предприятиях страны.Список использованной литературы1. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения2.ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения3.ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения4. Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ (ред. от 29.07.2017) «Об энергосбережении, повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»5. Правила устройства электроустановок. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Главгосэнергонадзор России, 2013. – 692 с.6. Кировский завод. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Кировский7. Управление техническим обслуживанием и ремонтами оборудования с помощью систем 1С: Предприятие. Режим доступа: http://tqm.com.ua/likbez/business-processes/eam-v-1c-predpriyatie8. Волков Н.Г. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. - Томск: Томский политехнический университет, 2010. - 152 с.9. Куско А.В., Томсон М. Качество электроэнергии в электрических сетях. – М.: Доджа, 2008. - 333 с.10. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. - М.: Энергоатомиздат, 2006. - 168 с.11. Иванов В.С., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 336 с.12. Левин М.С.., Мурадян А.Е., Сырых Н.Н. Качество электроэнергии в сетях районов. - М.: Энергия, 1998. – 224 с.13. И. В. Жежеленко, Ю. Л. Саенко. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. – М.: Энергоатомиздат, 2005. – 261 с.14. Передача и распределение электрической энергии / Герасименко А.А., Федин В.Т. - Изд. 2-е, - Ростов Н/Д: Феникс, 2008.15. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др.- М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576с.16. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для ВУЗов. – 4е издание, переаб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.17. Электрические системы и сети: Учебник/Г.Е. Поспелов, В.Т. Федин, П.В. Лычёв - Мн.: УП «Технопринт», 2004.18. Сапронов А. А. Об автоматизированной системе контроля и учета электроснабжения однофазных энергопотребителей 0,4 кВ. // А.А.Сапронов – Энергетик. – 2003. №10.19. Заиграева Ю. Б. Нейросетевые модели оценки и планирования потерь электроэнергии в электроэнергетических системах: дис. канд. техн. наук за спец. 05.14.02– Електричністанції, мережі і системи, 2008: арх. библ. им. Вернадского.20. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: пер. с польского И.Д. Рудинского. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 452 с.21. Горбань А.Н., Россиев Д.А. Нейронные сети на персональном компьютере. М: Наука, 1996. 276 с.22. Ежов А. А., Шумский С. А. Нейрокомпьютинг и его приложения в экономике и бизнесе. М.: МИФИ, 1998. 224 с.23. Нейронные сети. STATISTICA NeuralNetworks: пер. с англ. М.: Горячая линия – Телеком, 2001. 654 с.24. Миркес Е. М. Нейроинформатика: учеб. пособ. для студентов.КГТУ, 2002. 347 с.25. Горбань А. Н., Дунин – Барковский В. Л. Нейроинформатика. К: Наука. 1998. 296 с.26. Вороновский Г.К., Махотило К.В., Петрашев С.Н., Сергеев С.А. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности. Харьков: Основа, 1997. 112 с. 27. Глебов А. А. Модель краткосрочного прогнозирования электропотребления с помощью нейро– нечетких систем: дис. канд. техн. наук: 05.13.10. 2007: арх. Национальной библ. им. Вернадского. 28. Боровиков В.П. Нейронные сети. StatisticaNeuralNetworks. Методология и технологии современного анализа данных. М., Горячая линия – Телеком. 2008. 392 с.29. Водянников В.Т. Экономическая оценка проектных решений в энергетике АПК. – М.: Колос, 2008 – 263с.30. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. - 4-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 2017. - 174 с.: ил.31. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - 4-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 2016. - 392 с.: 32. Долин П. А. Справочник по технике безопасности. – 5-е изд., перераб. и. доп. – М.: Энергоиздат, 1982. – 800 с., ил.33. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок (приказ от 19.10. 2016.) - М., Энергоатомиздат, 2017. – 48 с.