Аннотация
В статье рассматривается вопрос повышения энергоэффективности сетей уличного освещения путем оптимизации параметров их элементов – сечения питающего проводника и количества светильников в сети уличного освещения. Предложена схема замещения сети уличного освещения и ее математическая модель, основанная на графоаналитическом методе расчета режимных параметров. Сформулирована задача оптимизации параметров элементов осветительной сети, формализованы ее граничные условия, заданные нормативными документами. В качестве критериев оптимизации предложены критерии минимизации капитальных и эксплуатационных затрат и максимизации освещаемой площади. Для решения поставленной задачи нахождения оптимального соотношения между минимизацией затрат на построение и эксплуатацию осветительной сети и максимизации освещаемой площади предложено использование метода скаляризации, позволяющего свести разнородные критерии к одному суперкритерию путем нормирования и свёртки. Предложен алгоритм формирования альтернативных вариантов осветительной сети, учитывающий граничные условия, заданные нормативными документами, с помощью которого были сформированы альтернативы осветительной сети для различных сечений проводников, рассчитаны значения критериев оптимизации для каждого из вариантов. Анализ полученных результатов показал, что для поставленной задачи необходимо использовать мультипликативную свёртку критериев. Разработанный подход позволяет решать задачу определения оптимального сечения проводника осветительной сети при известном количестве светильников, а также обратную задачу нахождения оптимального числа светильников в сети уличного освещения для заданного сечения проводника. Отмечено, что предложенный алгоритм может также быть использован для выбора оптимальных светильников, опор и прочих элементов сети уличного освещения при учете характеристик этих элементов в критериях оптимизации.
Ключевые слова
Электрическая сеть уличного освещения, оптимизация параметров элементов электрической сети, снижение потерь, энергоэффективность.
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е изд. СПб.: УВСИЗ, 2005.
2. СН 541-82. Инструкция по проектированию наружного освещения городов, поселков и сельских населенных пунктов. Взамен: ВСН 22-75, СН 407-70, введ.01-07-82. М.: Госстрой СССР, 1982. – 97 с.
3. Сапрыка А. В., Черенков А. В. Модернизация осветительных систем города // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2015. №4 (135). С. 2-6.
4. Леонова Ю. В. Автоматизированная система управления уличным освещением Новосибирска //Вычислительные технологии. 2013. Т. 18. С. 163-169.
5. Валиуллин К. Р. Анализ способов управления уличным освещением по различным критериям // Электроэнергетика глазами молодежи: науч. тр. V междунар. техн. конф., г. Томск, 10-14 ноября 2014 г. / Мин-во образования и науки РФ, Томский политехнический университет. Томск, 2014. Т. 2. С. 275-279.
6. Варганова А. В. О методах оптимизации режимов работы электроэнергетических систем и сетей // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2017. №3. – С.76-82.
7. Дерзский В. Г., Скиба В. Ф. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в распределительных сетях //Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2009. №6. С.55-58.
8. Ляпин В.С., Разуваева Т.С., Филиппова К.В. Исследование режимов работы линии уличного освещения при увеличении сечения проводов, замене светильников, установке конденсаторов //Actualscience. 2016. Т. 2. №.12. С. 167-168.
9. Энергоэффективность уличного освещения при внутреннем симметрировании и доведения коэффициента реактивной мощности до нормативного значения / Троицкий А.И., Костинский С.С., Ляпин В.С., Разуваева Т.С., Филиппова К.В. // Изв. вузов. Электромеханика. 2016. №3. С. 61-68.
10. Преимущества и недостатки ретрофита уличного освещения при установке светодиодных светильников, а также их влияние на потери активной мощности в трансформаторах распределительных сетей / Троицкий А.И., Костинский С.С., Власенко В.И., Химишев Т.З. // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2016. 2. С. 53-61.
11. Повышение энергоэффективности работы линий уличного освещения при проведении мероприятий по доведению коэффициента реактивной мощности до нормативного значения / Троицкий А.И., Костинский С.С., Филиппова К.В., Пасечная Д.С. // Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: материалы 13-й Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 25 июня 2015 г. / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2015. С. 69-73.
12. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: Изд -во НЦ ЭНАС, 2006. 320 с.
13. Валиуллин К.Р., Семенова Н.Г. Сравнение моделей нагрузок при расчете осветительных сетей // Эффективное и качественное снабжение и использование электроэнергии: сб. докл. 6-й междунар. науч.-практ. конф. в рамках специализир. форума «Expo BuildRussia». Екатеринбург: Издательство УМЦ УПИ, 2017. С. 186-199.
14. Козловская В.Б., Калечиц В.Н. Расчет режимных параметров линии наружного освещения с двусторонним питанием. Часть 1 // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2016. №6 С. 549-562.
15. J.A. Lobão, T. Devezas, J.P.S. Catalão, Energy efficiency of lighting installations: Software application and experimental validation, Energy Reports, Volume 1, 2015, pp. 110-115. ISSN 2352-4847, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2015.04.001
16. Geoffrion A.M. Bicriterion Mathematical Programming // Operational Research. 1967. V. 15, 1. Р. 39-54.
17. Дьяченко Ю.А. Выбор средств обеспечения надежности электроснабжения птицефабрики по многокритериальной модели // Электрика. 2008. № 5. С. 31-36.
18. Лещинская Т.Б. Применение методов многокритериального выбора при оптимизации систем электроснабжения сельских районов // Электричество. 2003. № 1. С. 14-22.
19. Магадеев Э.В., Лещинская Т.Б. Методика выбора оптимального варианта повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. М.: МГАУ, 2008. 110 с.
20. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация: теория, вычисления и приложения. М.: Радио и связь, 1992. 504 c.
21. Яхъяева Г.Э. Нечеткие множества и нейронные сети: учеб. пособие. М. : Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. 316 с.