Содержание материала

САУ «Контур» разрабатывается на основе технического проекта строительства объекта (здания) и оснащения его инженерными системами. Основными исходными данными для разработки являются: число потребителей энергии и характеристика потребности в энергии каждого из них по времени и по величине потребляемой энергии; техническая характеристика средств преобразования нетрадиционных видов энергии в электрическую или другую, используемую в проектируемом здании; природно-климатические характеристики района, где предусмотрено размещение здания с разрабатываемой энергетической системой.

Рис. 8.3. Укрупненная структурная схема процесса проектирования САУ «Контур»

При автоматизации управления работой энергетической системы реализуется комплекс мероприятий, обеспечивающий управление функционированием энергетической системы с помощью устройств автоматического управления и человека для улучшения технических и экономических показателей энергетической системы. Полностью автоматизировать можно только те процессы, для которых разработан алгоритм и которые в принципе можно реализовать без участия оператора. Для организации САУ «Контур» необходимо автоматизировать операции и процессы, составляющие суть функционирования энергетической системы, при этом функции оператора могут быть полностью или частично переданы приборам и автоматам. Процесс проектирования САУ «Контур» показан на укрупненной структурной схеме рис. 8.3, а его основные этапы представлены в табл. 8.2.

Таблица 8.2. Этапы (стадии) проектирования САУ «Контур»

Таким образом, САУ «Контур» — это комплекс математических и технических средств, организованных в единую систему управления, основанную на регулярном применении современных математических методов и технических средств автоматической обработки информации в процессе функционирования энергетической системы. САУ «Контур» (и обслуживаемая ею энергетическая система) может быть объектной и групповой, а также входить в общегосударственную энергетическую систему (рис.8.4).


Рис. 8.5. Структура САУ «Контур».
1 — устройство управления работой приемника, 2 — устройство управления работой пользователя; 3 — устройство управления работой аккумулятора; 4 — устройство контроля условий работы энергоисточника, 5 — устройство контроля условий работы пользователя энергии, 6 — блок обработки информации и прогноза условий работы энергоисточника, 7 — блок обработки информации и прогноза работы пользователя энергии, 8 — программ но управляющий блок.

Рис. 8.4. Модели САУ «Контур» и обслуживаемых ею энергетических систем. а — существующая энергетическая система с традиционными источниками энергии; б — группа объектов, каждый из которых включает автономные системы энергоснабжения, обслуживающие объект, в — замкнутая энергетическая система с перераспределением энергии между источниками и пользователями в пределах выделенной территории; 1 — источник энергии, 2 — пользователь энергии, 3 — каналы передачи энергии; 4 — пользователь энергии, совмещенный с энергостанцией; 5 — перераспределитель энергии

Структура САУ «Контур» показана на рис. 8.5. Основной контур включает устройства управления работой приемника, потребителя и аккумулятора. В дополнительный контур входят устройства контроля условий работы энергостанции и потребителя энергии. Программно-управляющий блок содержит данные о режимах работы всех устройств и элементов системы и осуществляет в автоматическом режиме управление работой энергетической системы. Данная схема объединяет все три основные элемента САУ: объект управления или регулирования работой источника энергии; объект управления или регулирования работой собственно энергетической системы здания; устройство для измерения отклонения регулируемых величин и формирования воздействия на объекты с целью приведения их к заданному состоянию.
Изменение состояния объектов во времени осуществляется путем управления выбором некоторых характеризующих их величин, которые в дальнейшем будем называть регулируемыми. Для энергетической системы зданий регулируемой величиной является расходуемая энергия. Для источника энергии к регулируемым величинам относятся площадь инсолируемых поверхностей приемника, угол падения солнечных лучей на приемник, объем потребляемой из естественного источника горячей воды и др. Выбор регулируемых величин отражает специфику зданий (пользователей энергии) и специфику энергетических станций (источников энергии). Нарушение состояния объектов управления может быть вызвано различными факторами (рис 8.6 и 8.7).
Регулятор обеспечивает автоматическое управление состоянием объектов на основе заложенной в него программы и измерений, проводимых во время эксплуатации энергетической системы. Регулятор включает измерительное, промежуточное и исполнительное устройства.


Рис. 8.6. Классификатор причин отказов САУ «Контур»

Измерительное устройство воспринимает действительное значение регулируемой величины, сопоставляет его с заданным значением и выдает сигнал, пропорциональный ошибке регулирования. Промежуточное устройство преобразует сигнал от измерительного устройства к такому виду и величине, которые обеспечивают надежную работу исполнительных механизмов. Исполнительное устройство вырабатывает воздействие на управляемый объект регулирования, направленное на восстановление требуемого значения регулируемой величины.
Анализ принципиальной структурной схемы сети источников энергии и пользователей (рис. 8.8) показывает, что она в расчетах может рассматриваться как система массового обслуживания.

Рис. 8.7. Классификатор отказов САУ «Контур»

Расчет режимов работы энергетической системы осуществляется по данным о режимах возможной работы источника энергии и потребности пользователя в энергии. На рис. 8.9—8.10 на модели показан расчет режима работы группы энергостанций и пользователей и график работы двух гелиоэнергостанций, географическая долгота которых различна
На рис. 8.4,а показана модель существующей системы энергоснабжения распределенных по территории пользователей. На энергетической станции происходит потребление энергетических ресурсов и выработка энергии, при этом отходы технологического процесса (выбросы в атмосферу и водный бассейн, загрязнение почвы и растительности и др.) оказывают негативное воздействие на окружающую среду Для передачи энергии пользователям применяются линии электропередачи, устройство которых связано с нарушением ландшафтов и дополнительным потреблением материальных ресурсов.
На рис. 8.4,б и в показаны модели сети энергоснабжения ряда пользователей от гелиоэнергетических станций. При объединенной системе энергоснабжения распределение энергии по пользователям и управление работой энергетической системы осуществляется с центрального пульта. При установке у каждого из пользователей автономного источника энергоснабжения сеть энергоснабжения отсутствует, управление потреблением энергии осуществляется по автономным индивидуальным схемам


Рис. 8.9. Принцип расчета режима работы сети источников энергии и пользователей а—в— график потребности в энергии трех пользователей; г — обобщенная потребность в энергии трех пользователей; д — график работы первого энергоисточника; е — график работы второго энергоисточника; ж уравнения баланса энергии для проектируемой сети

Рис. 8.8. Принципиальная структурная схема сети источников энергии и пользователей а— автономное подключение, б — кольцевая схема, в схема с распределителем энергии; И — источник энергии; П — пользователь энергии; Р — распределитель энергии

Рис. 8.10. Графики работы двух гелиоэнергостанций. географическая долгота которых различна. Мощность вырабатываемой энергии падает со временем по мере уменьшения инсоляции приемников, в связи с чем интегральная мощность оценивается в едином масштабе времени в зависимости от режима работы каждого источника энергии Под эффективностью САУ «Контур» понимается возможность достижения некоторой цели, поставленной перед данной энергетической системой в заданных условиях эксплуатации. Это понятие включает производительность, надежность и другие эксплуатационные показатели системы.

Производительность энергетической системы в целом оценивается мощностью, вырабатываемой в единицу времени источником энергии.
Надежность энергетической системы характеризуется тремя показателями: средним сроком эксплуатации (безотказной работы) системы, коэффициентом ремонтоспособности кр и коэффициентом восстановления кв, определяемым по формулам
где tсp — среднее время работы (до отказа); tр — среднее время отыскания н устранения неисправности (одного отказа); va — скорость автоматического восстановления эксплуатационных характеристик энергетической системы; vи — скорость изменения эксплуатационных характеристик энергетической системы под влиянием возмущающих воздействий.
Обобщенным показателем работы САУ и всей энергетической системы является коэффициент использования Кисп;

где tпроф — среднее время профилактики, приходящееся на один отказ.
К отказам приводит низкая надежность САУ и энергетической системы. При этом нарушается работоспособность систем, проявляющаяся в произвольном изменении режимов получения, передачи или потребления энергии.
Возможности применения САУ в некоторых несложных конструкциях можно иллюстрировать следующими примерами.
В жилом доме в Брисбене (Австралия) применен водяной коллектор, расположенный на северном скате крыши, площадью 69 м2 (12 панелей площадью 1,2X4,8 м каждая, представляющие собой медные листы толщиной 1 мм с медными трубками диаметром 13 мм, размещенными на расстоянии 150 мм между центрами), с изоляцией из полиуретана толщиной 100 мм и черной селективной поверхностью. Гелиосистема обслуживает отопление и охлаждение дома, а также вентиляционную систему и горячее водоснабжение. В разработанной для данного проекта САУ предусмотрены:
установка автоматических датчиков уровня воды и температуры в термостате, энергоаккумулирующих баках, холодильнике, водяном аккумуляторе;
устройство линий связи между датчиками, регуляторами, исполнительными механизмами и центральным управляющим блоком;
возможность блокирования отдельных систем и элементов при изменении режима работы гелиоэнергоснабжения.
Необходимо отметить, что создание САУ, как и дальнейшее развитие отдельных направлений энергоактивного строительства, зависит от требований, предъявляемых пользователем к системам энергоснабжения и их управляющим элементам. Пока еще не выработаны не только требования к САУ, но и не выполнен в достаточно обобщенном виде анализ возможностей автоматических устройств при их внедрении в том или ином проекте энергоснабжения зданий. Имеющийся опыт автоматизации управления энергосистемами включает, с одной стороны, крупные проекты энергостанций, неприменимые для отдельных небольших объектов, а с другой — инициативные разработки отдельных специалистов.