Моделирование зависимости электрической нагрузки индивидуального жилого дома от естественной освещенности
Разработка модели, позволяющей прогнозировать электрические нагрузки индивидуального жилого дома. Выбор модели прогноза, определение ключевых факторов, влияющих на электропотребление. Изучение суточных циклов необходимости освещения в разные времена года.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.07.2022 |
| Размер файла | 176,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА ОТ ЕСТЕСТВЕННОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ
Косенко Андрей Андреевич, студент,
направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника, Оренбургский государственный университет, Оренбург
Научный руководитель: Шлейников Вячеслав Борисович,
кандидат технических наук, доцент кафедры электро- и теплоэнергетики, старший научный сотрудник кафедры электро- и теплоэнергетики, Оренбургский государственный университет, Оренбург
Аннотация
В статье представлен первый этап разработки модели, позволяющей прогнозировать электрические нагрузки индивидуального жилого дома. В настоящее время прогноз электропотребления является первостепенной задачей в осуществлении нормального функционирования энергосистем.
Существует множество способов математического моделирования электрических нагрузок, однако вопрос прогнозирования энергопотребления частных домов малоизучен. В статье представлен выбор модели прогноза, собраны ключевые факторы, влияющие на электропотребление. Построены графики суточных циклов необходимости освещения в различные времена года, а также получены первые результаты моделирования зависимости потребления электричества от естественной освещенности в течение одних суток.
Ключевые слова: прогноз электропотребления, моделирование нагрузок, естественная освещенность, график электрических нагрузок.
Abstract
MODELING OF ELECTRICAL LOAD DEPENDENCE INDIVIDUAL RESIDENTIAL BUILDING WITH NATURAL LIGHT.
Kosenko Andrey Andreevich, student, training program 13.03.02 Power and Electrical Engineering, Orenburg State University, Orenburg.
Research advisor: Shleinikov Vyacheslav Borisovich, PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Electrical and Heat Power Engineering, Senior Researcher of the Department of Electrical and Heat Power Engineering, Orenburg State University, Orenburg.
The article presents the first stage of developing a model that allows predicting the electrical loads of an individual residential building. At present, the forecast ofpower consumption is a primary task in the implementation of the normal functioning ofpower systems.
There are many ways to mathematically model electrical loads, but the issue of predicting the energy consumption of private homes is poorly understood. The article provides an overview of the main methods for creating forecast models, and contains key factors that affect electricity consumption. Daily cycles of the need for lighting at different times of the year are constructed, and the first results of modeling the dependence of electricity consumption on natural light during one day are obtained.
Key words: power consumption forecast, load modeling, natural light, multiplicative model, electric load graph.
Планирование электропотребления - важнейшая задача в процессе функционирования и управления энергообъектом. От достоверности прогноза зависит эффективность и экономическая рентабельность. Так, например, на основе данных, полученных при моделировании электрической нагрузки, можно добиться следующих показателей [2, 6, 7]:
- баланс мощностей;
- качество электроэнергии в электрической сети;
- эффективность системы «Генератор - Накопитель - Потребитель».
На основании вышеизложенного можно сделать вывод об актуальности проблемы точного прогнозирования электрических нагрузок. В настоящее время существует множество программных продуктов, используемых для прогнозирования электропотребления крупных систем, однако вопрос о моделировании нагрузок микросистем малоизучен.
Цель - моделирование электрической нагрузки индивидуального жилого дома.
Для достижения поставленной цели выделяются следующие задачи:
- описание исходных данных объекта;
- обзор факторов, влияющих на электропотребление;
- выбор метода моделирования нагрузки.
Общие методы прогнозирования можно разделить на четыре группы: экспертные оценки, экстраполяция, регрессионный анализ, нейронные сети.
Наличие большого количества взаимозависимых факторов предполагает использование мультипликативной модели [3, 5] (методы регрессионного анализа).
Процесс потребления электроэнергии является сложным нестационарным случайным процессом, который обусловлен наличием регулярной и случайной составляющих. На электропотребление оказывает влияние большое количество факторов. Обычно их подразделяют на следующие группы [1, 4], представленные в таблице 1.
Таблица 1. Факторы, влияющие на электропотребление.
|
Факторы |
Признаки |
|
|
Погодные |
Географические условия: метеорологические факторы (температура, влажность, давление, ветер); естественная освещенность (время восхода и заката, продолжительность сумерек). |
|
|
Временные |
Цикл труда и выходных дней. |
|
|
Экономические |
Характеристика бытовых потребностей человека. |
|
|
Случайные |
Резкие изменения метеоусловий, нехарактерных для выбранного периода года. |
Рисунок 1. Суточные циклы необходимости освещения в различные времена года
Источник: разработано автором на основе [2]
Исследуемым объектом будет выступать газифицированный частный дом. Исходными данными для моделирования принимаются:
- среднесуточные потребляемые мощности электроприемников различных классов (постоянно работающие, приборы освещения, бытовые приборы средней мощности) и их количество;
- среднесуточное потребление электрической энергии всего дома;
- график электрических нагрузок (далее ГЭН);
- время естественной освещенности (время восхода и захода солнца, продолжительность сумерек 25 сентября 2020 года).
Рассматривается влияние естественной освещенности на потребление электроэнергии. По данным времени восхода, захода солнца и продолжительности сумерек строятся суточные циклы необходимости освещения (рисунок 1). электропотребление жилой дом освещение
В суточный цикл включается период времени с 1:00 до 4:00, когда необходимость в освещении не зависит от времени года. Также можно заметить, что графики всегда выше нуля, это учитывает факт наличия комнат без окон.
Согласно мультипликационной модели, зависимость функции работы осветительных приборов от естественной освещенности будет иметь следующий вид (кривая 3) [2]:
Рисунок 2. График электропотребления на 25 сентября 2020 года
1 - общий график электропотребления; 2 - кривая потребления электроприборов среднего класса мощности; 3 - кривая потребления осветительных электроприборов; 4 - постоянно работающие электроприборы.
Источник: разработано автором
Рисунок 3. Сравнение графиков электропотребления
1 - График электропотребления 25 сентября 2020 г.; 2 - График электропотребления 25 июня 2020 г.
Источник: разработано автором.
Для анализа зависимости электрического потребления от времени года используются дни с разными суточными циклами. Время восхода и захода солнца напрямую влияет на потребление с 5 до 7 часов и с 19 до 22 часов. График электрических нагрузок 25 июня располагается ниже, чем аналогичный график за 25 сентября. Потребление электроэнергии в июне меньше за счет большей продолжительности светового дня. Эта разница сохраняется на протяжении суток, так как график исходных данных является не усредненным, а построенным по конкретным значениям потребления мощности в выходной день. Тем самым прослеживается влияние не только освещенности, но и бытовой активности на потребление электроэнергии.
Выводы
1. Получена модель, позволяющая по данным метеорологических служб составлять суточные циклы, в которых отражено влияние естественной освещенности на потребление электричества в частном доме.
2. Предложен метод моделирования нагрузки, основанный на принципе регрессионного анализа, с учетом различных факторов, влияющих на электропотребление.
3. Проведено сравнение моделей электрического потребления в разные дни года, на примере которого подтверждается влияние времени восхода, захода солнца и продолжительности сумерек на электропотребление.
Дальнейший этап работы предусматривает сбор статистических данных и реализацию основных функциональных зависимостей потребления электроэнергии, что позволит собрать имитационную динамическую систему расчета и прогноза нагрузок для микросистем на примере индивидуального жилого дома.
Литература
1. Бугаец В. А. Краткосрочное прогнозирование электропотребления энергорайонов и региона с учетом метеофакторов: дис. ... канд. техн. наук. - Новочеркасск, 2015 - 241 с.
2. Добрего К. В. Модель электрической нагрузки жилищно-коммунального объекта для исследования систем «генератор - накопитель - потребитель» методом Монте-Карло // Наука и техника. - 2017. - Т. 16, № 2. - С. 160-170.
3. Макоклюев Б. И. Методы и средства анализа и планирования электропотребления энергообъединений и энергосистем: автореф. дис. . д-ра техн. наук. - Москва, 2005 - 44 c.
4. Макоклюев Б. И. Расчет и планирование режимных параметров, балансов мощности электроэнергии АО-энерго и предприятий сетей с помощью программных комплексов «Энергостат» и «РБЭ». / Б. И. Макоклюев //Сборник докладов: «Современные методы и средства расчета, нормирования и снижения технических и коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях». - Москва, 2000 - 192 c.
5. Макоклюев Б. И., Ёч В.Ф. Взаимосвязь точности прогнозирования и неравномерности графиков электропотребления // Электрические станции. - Москва, 2005 - 86 с.
6. Павлов А. В. Повышение точности расчётов электрических нагрузок коммунально-бытовых потребителей микрорайонов мегаполисов: дис. ... канд. техн. наук. - Новочеркасск, 2016 -286 с.
7. Саков В. В. Исследование и разработка математических моделей и методики расчета электрических нагрузок жилых зданий: автореф. дис. . канд. техн. наук. - Москва, 2007 - 20 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Актуальность применения и преимущества альтернативной энергетики. Варианты электроснабжения жилого дома (дизельные электрические агрегаты, микроГЭС, ветроэлектрическая установка), их эффективность. Выбор электрооборудования и молниезащита объекта.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 20.12.2015Проектирование насосной системы водяного отопления индивидуального жилого дома. Характеристика наружных ограждений. Составление тепловых балансов помещений. Гидравлический расчет главного циркуляционного кольца. Тепловой расчет отопительных приборов.
курсовая работа [210,5 K], добавлен 22.03.2015Определение расчетной нагрузки, подключаемой к двухтрансформаторной подстанции. Расчет трехфазного и однофазного короткого замыкания. Выбор кабельной линии и ее сечения, предохранителей, автоматических выключателей. Проверка термической стойкости кабеля.
курсовая работа [488,7 K], добавлен 08.06.2014Расчет теплотехнических и энергетических параметров исследуемого здания - пятиэтажного четырехподъездного жилого дома. Методика расчета соответствующих комплексных показателей и коэффициентов. Основные указания по повышению энергетической эффективности.
курсовая работа [954,1 K], добавлен 04.05.2015Оценка степени электрической опасности помещений, размещение электроприборов с учетом их назначения. Выбор типа проводки, наметка трассы прокладки проводов, места установки ответвительных коробок и проходов проводов сквозь стены для жилого помещения.
курсовая работа [572,0 K], добавлен 25.07.2013Схема и конструктивное исполнение силовой и осветительной сети с выбором электрооборудования и комплектных устройств для жилого дома. Выбор числа и мощности трансформаторов. Конструктивное исполнение сети заземления и расчёт заземляющего устройства.
курсовая работа [290,8 K], добавлен 06.02.2014Определение сопротивлений теплопередачи наружных ограждающих конструкций. Выбор расчетных параметров теплоносителя. Расчёт циркуляционного напора в системе водяного отопления, площади отопительных приборов. Автоматизация индивидуального теплового пункта.
дипломная работа [264,3 K], добавлен 20.03.2017Технологический процесс транспортировки нефти в РУП "Гомельтранснефть Дружба". Анализ электрической нагрузки ЛПДС "Мозырь". Расчет токов короткого замыкания и выбор комплектного оборудования. Разработка математической модели оценки энергоэффективности.
дипломная работа [969,5 K], добавлен 11.10.2013Проект системы солнечного энергоснабжения жилого дома. Определение электрических нагрузок от бытовых и осветительных электроприборов. Выбор кабелей распределительной сети. Определение мощности и основных параметров инвертора. Расчет капитальных вложений.
курсовая работа [221,1 K], добавлен 02.06.2015Система отопления как совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения. Рассмотрение особенностей электрификации жилого дома с разработкой теплоснабжения.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 14.05.2013Трехступенчатая схема снабжения газом города. Расчёт годового потребления газа для 9-этажного жилого дома. Гидравлический расчет распределительной сети, подбор оборудования. Расчет внутридомового газопровода, продуктов сгорания, атмосферной горелки.
курсовая работа [257,4 K], добавлен 06.05.2012Характеристика потребителей электроэнергии. Расчетные электрические нагрузки жилых и общественных зданий микрорайона. Построение системы наружного освещения. Определение числа, мощности, мест расположения трансформаторов. Расчет токов короткого замыкания.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 15.02.2017Расчет освещения методом коэффициента светового потока жилых помещений. Технические характеристики люминесцентных энергосберегающих ламп. Расчет общей нагрузки, выбор сечения кабеля. Выбор тока уставки теплового расцепителя автоматического выключателя.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 11.03.2016Проектирование системы холодного водоснабжения и канализации здания. Трассировка стояков водоснабжения и трубопроводов. Подбор водонагревателя (бойлера) и теплообменника. Гидравлический расчет внутреннего водопровода. Схема подключения коллекторного узла.
курсовая работа [389,2 K], добавлен 16.11.2012Разработка системы электроснабжения строительной площадки. Определение расчётных нагрузок и выбор силовых трансформаторов для комплектной трансформаторной подстанции. Разработка схемы электрической сети, расчет токов. Экономическая оценка проекта.
курсовая работа [290,0 K], добавлен 07.12.2011Расчет удельной электрической нагрузки электроприемников квартир жилых зданий. Определение расчетной нагрузки трансформаторной подстанции. Величина допустимых потерь напряжения городских распределительных сетей. Выбор сечения проводов линии силовой сети.
контрольная работа [308,4 K], добавлен 13.07.2012Подготовка трасс электропроводок. Обзор типов электропроводок. Разделка проводов и кабелей. Соединение и оконцевание проводов. Организация монтажа электропроводок жилого дома. Монтаж различных видов электропроводок. Охрана труда и техника безопасности.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.08.2010Определение суточных и диспетчерских графиков нагрузок электростанций. Режим работы блока без останова в провалы нагрузки. Горячий вращающийся резерв. Применение комбинированного пуско-остановочного режима и режима горячего вращающегося резерва.
курсовая работа [194,5 K], добавлен 07.08.2012Определение расчетной нагрузки жилых зданий. Расчет нагрузок силовых электроприемников. Выбор места, числа, мощности трансформаторов и электрической аппаратуры. Определение числа питающих линий, сечения и проводов кабеля. Расчет токов короткого замыкания.
дипломная работа [273,7 K], добавлен 15.02.2017Расчет параметров и построение суточных (зимних и летних) графиков нагрузки потребителей электрической сети. Составление годового и квадратичного графика нагрузки работы узла электрической сети по продолжительности в течение различных периодов времени.
контрольная работа [317,2 K], добавлен 17.12.2011
