מחקר בנושא עומסי זרימה במערכות חשמל מודרניות

מחקרי זרימה עומס - המכונה גם מחקרים זרימת חשמל - הם כלי אנליטי בסיסי המשמש לבחון את התנהגותה של מצב יציב של מערכת חשמל.ב הליבה שלה, מחקר זרימה עומס מחשב את גודל המתח, זוויות, כוח פעיל (וואט), וכוח תגובתי (VAR) בכל אוטובוס (לא) ברשת תחת עומסים ותנאים מסחריים.

הבסיס המתמטי של ניתוח זרימת העומס נח על חוקי קירשוף ושיטות פתרון הרציונליות כגון Gauss-Seidel, ניוטון-Raphson, או במהירות אלגוריתמים של כוח אלגוריתמים.חבילות תוכנה מודרניות משלמות את החישובים האלה, ומאפשרות למהנדסים מודל מערכות עם מאות או אלפי צללים.התפוקה כוללת בדרך כלל מתחים אוטובוס, קו והופכים את אחוזי הטעינה, כוח, על פני מערכות בקרה, על בסיס, על בסיס, על בסיס, על בסיס והפסדים, על בסיס נתונים, על בסיס ענפים, על בסיס והפסדים, על בסיס ענפים של מערכות הגנה, על בסיס והפסדים, על בסיס קובצי בקרה והפסדים, על בסיס קובצי בקרה והפסדים.

מחקרי זרימת המטען אינם תרגיל חד פעמי.כפי שבניינים מסחריים מתפתחים – באמצעות שיפורים מתקדמים, ציוד רטרופיטס, או תוספת של תחנות טעינה לרכב חשמלי – פרופיל הביקוש החשמלי משתנה.

מדוע לטעון את שוקי ה-Freils Matter for Commercial Building Energy Management

בניינים מסחריים מהווים כ-40% מכלל צריכת האנרגיה הכוללת בארה"ב, על פי מינהל המידע של האנרגיה בארה"ב, חלק משמעותי של אנרגיה זו נצרך על ידי מערכות חשמל אשר לעתים קרובות נועדו באופן תת-אופטימי או מופעלים.

הנהגים העיקריים לביצוע מחקרי שטף עומס במבנים מסחריים כוללים:

  • (FLT:0)Voltage תקנה:FLT:1 טיפות מתח מופרז יכול לגרום מנועים להתחממות יתר, תאורה לדם, וציוד אלקטרוני רגיש כדי תקלה.עומס ניתוח סטפניות ניתוח זרימה שבו מתח נופל מחוץ לטווחים מקובלים (בדרך כלל ±5% עבור תאורה ו ± 10% עבור ציוד כוח, עבור ANSI C84.1).
  • (FLT:0) מניעת עומס: (FLT:1) Transformers ומזינים מעוצבים עם דירוגים ספציפיים של אמפיריות.
  • (FLT:0)Power Factor שיפור:FLT:1 גורם כוח נמוך מגביר את עונשי הקו הנוכחי והתועלתי.על ידי מודל של זרימת כוח תגובתי, מהנדסים יכולים לעצב בנקים קיבולטור או מסננים פעילים כדי לתקן את גורם הכוח במקומות היעילים ביותר.
  • אינטגרציה ניתוח:0 (Harmonic Analysisאינטגרציה: FLT:1hil בעוד הרמוניקנים אינם פלט זרימה של עומס ישיר, תוצאות זרימה עומס להאכיל במחקרים הרמוניים.הבנת חלוקת כוח התדר הבסיסית מסייעת לחזות כיצד עומסים לא לינאריים ידגישו את המערכת.
  • אינטגרציה מתחדשת:0 [FLT] מכלולי צילום סולאריים ומערכות אחסון סוללות נפוצים יותר ויותר על גגות מסחריים ומבנים חניה.

מחלקת האנרגיה של ארה"ב:0.commercial Building Programsאינטגרציה ProgramcioFLT:1 מדגיש כי קבלת החלטות המונעת על ידי נתונים היא המפתח להשגת חיסכון באנרגיה של 30-50% בבניינים הקיימים.

מתוך Raw Data to Actionable Intelligence

ביצוע מחקר של זרימת העומס דורש תהליך שיטתי.הצעדים כוללים:

  1. (FLT:0 Data Collection: VisFLT:1) Gather Oneline דיאגרמות קו אחד, נתוני שם ציוד (התמכים מתקדמים יותר, אורך כבל וגדלים, כוח סוס מנוע), ומדד או מוערך פרופילים.עבור מבנים קיימים, מ"ר חשמל ומערכות ניהול בנייה (BMS) מספקים נתונים היסטוריים.
  2. (FLT:0Model Building:FLT:1) צור מודל מחשב של רשת החשמל באמצעות תוכנה מיוחדת.כל רכיב מיוצג על ידי הפרמטרים החשמליים שלו: אימפולס, דירוגים, וחיבור טופולוגיה הם מודל לעוצמה קבועה, קבוע, או קבוע אימפולס בהתאם למאפיינים.
  3. (FLT:0) ביצוע הוצאה להורג: FLT:1RE אלגוריתם זרימה העומס עבור תרחישים שונים - שיא קיץ, חורף מ-peak, גנרטור חלקי או הרחבה עתידית.הפתר מתאחד על פתרון שישמש מאזן חשמל.
  4. (FLT:0)Result Analysisment: FLT:1 לבחון גודל מתח, טעינה קו, גורמי כוח והפסדי מערכת כוללת.זיהוי הפרות של תקני עיצוב או הסכמי תועלת.
  5. (FLT:0) תכנון חישובי: FLT:1 פעולות נכונות כגון חידוש המוליכים, הוספת הרגולטורים של מתח, תיקון מחדש של להאכיל, או התקנת תיקון גורם כוח.
  6. (ב) ⁇ :0 (הדגשה ואמפ; מעקב: ⁇ :1) החל את השינויים במערכת הפיזית ולהשתמש במעקב רציף כדי לאשר כי היתרונות מודליים מתממש בפועל.

כלי תוכנה מובילים לניתוח זרימת העומס כוללים:0 (Eaton's PowerFlowFeloph:1, ETAP, SKM Power *tools, ו DIgSIL PowerFactory.רבים מהפלטפורמות האלה מציעים יכולות סימולציה דינמיות ושילוב עם בניית מערכות אוטומציה עבור עדכוני מודל בזמן אמת.

יתרונות מרכזיים לניהול אנרגיה חכמה

מחקרי זרימה עומס מאפשרים ישירות לניהול אנרגיה חכם יותר על ידי תרגום התנהגות מערכת חשמלית למדדים הניתנים לכמת כי מנהלי מתקנים ומהנדסי אנרגיה יכולים לפעול על ידי היתרונות המשתרעים מעבר לציות רק לקודים חשמליים.

אופטימיזציה אנרגיה

פסולת אנרגיה בבניינים מסחריים לעתים קרובות שוכן בהפסדים הפצה.כל אום של התנגדות בכבלים והופכים הופכת חלק מאנרגיה חשמלית לחום.טעול זרימה ניתוח קוונטית את ענף ההפסדים I2R על ידי ענף.עבור בניין משרדים גדול, אובדן הפצה בדרך כלל נע בין 2% ל-5% מסך צריכת החשמל הכוללת.מחקר עומס יכול לזהות משתנים גדולים הפועלים באפקטיביות נמוכה (ב-50% טעינה נמוכה) ולהפחית את הפחתת התקני התוספתן, כאשר הם יכולים להפחית את הפחתת כמות התוספתן.

יתר על כן, מחקרים על זרימת העומס מסייעים אופטימיזציה של תזמון של עומסים גדולים.על ידי מודל של איך מעליות, צ'ריפים, משאבות מים להשפיע על המערכת בזמנים שונים של היום, מנהלים יכולים ליישם אסטרטגיות לשפוך או לדרוש תגובה מבלי להתפשר על נוחות או בטיחות.זה תואם את המטרות של מערכות ניהול אנרגיה ISO 50001, הדורשות שיפור מתמשך של ביצועים אנרגיה.

מערכת מוגברת של מערכת Reliability וצמצום זמן השבתה

עסקים מסחריים מאבדים בממוצע של 5,600 דולר לדקה של זמן השבתה לא מתוכנן, על פי מחקר מכון Ponemon.טעון סטרימינג מחקרים הם כלי יזום למניעת הפסקות. על ידי זיהוי תנאי עומס לפני שהם מתרחשים, מהנדסים יכולים לקבוע תחזוקה או שדרוגים במהלך תקופות נמוכות של עומס נמוך.המחקר גם מגלה בעיות של חוסר יציבות מתח - לדוגמה, החל ממריץ יכול לגרום להפחתה מיידית כי איפוס רגישה של אלקטרוניקה במקום אחר, עם עומסי תנועה רגילה, החל מניתוח זרימה קלה.

בבניינים מסחריים רב-גבוהים, האמינות היא מכנה תחרותית. Tenants מצפים כוח מתמשך לשרתים, ציוד רפואי או קמעונאית נקודה-of-sale מערכות. A עומס זרימה מחקר המאמת את גנרטור הגיבוי ואת מתג העברה אוטומטית המבטיח כי כוח חירום עומד בדרישות בטיחות חיים ורציפות עסקיות.

חיסכון בעלויות באמצעות תכנון הון ומבצע יעילות

הוצאות הון לתשתיות חשמליות הן משמעותיות.מחקר זרימת עומס מפחית את הסיכון של בנייה יתר (התקנה יותר קיבולת מאשר צורך) או מתחת בנייה (החקירה של רטרוfits יקרים מאוחר יותר) לדוגמה, כאשר הוספת דייר גדול עם עומסי מחשוב גבוהים, מחקר זרימה עומס יכול לקבוע אם השירות הראשי הנוכחי ושינויים מתקדמים יכולים לטפל ב- kVA נוסף.

בצד המבצעי, מחקרי זרימת העומס חושפים הזדמנויות לירידה בעלויות השירות.כלי רכב רבים להטיל תביעות על בסיס תיקו של 15 דקות קילוואט הגבוה ביותר בחודש.על ידי הדמיה של שינוי עומס ואסטרטגיות גילוח שיא - כגון סטארט-אפים צמרונים, מטען רכב חשמלי רכיבה על אופניים, או באמצעות אחסון סוללות - המחקר מספק מפת דרכים לביקוש נמוך יותר.

שיפור איכות הכוח והגנה על ציוד

איכות כוח היא דאגה גוברת בבניינים מסחריים מלאים בדחפים משתנים (VFDs), נהגי LED ועומסים אלקטרוניים אחרים. בעוד שמחקרי זרימת העומס מנתחים בעיקר את התדירות הבסיסית (50 או 60 הרץ), הם יוצרים את הבסיס להערכות איכות כוח. גודל מתח עקבי מבטיח כי VFDs לפעול בדירוג שלהם, כי תאורה flicker הוא מצמצם, וכי מנועים אינם מתואמים את התנאים של מתחים באופן אוטומטי (Avolating) או שינוי מוקדם יותר מאשר ניתוח חומרים).

הגנה על ציוד קשורה ישירות לתיאום נכון של מכשירים הגנה.התוצאות של ספיגת המטען להאכיל במחקרים קצרים ולימודי תיאום, ולהבטיח כי פורצים ופתיחות בגודלן של תקלות ברורות תוך צמצום נזקי ציוד.

עקבו אחרי Energy Management Systems

מערכת ניהול אנרגיה מודרנית (BEMS) אוספת נתונים בזמן אמת ממטרים, חיישנים, ומדפי עופרת של עומס מחקרים יכולים להפוך את הנתונים הגולמיים האלה לעוצמה חיזויית.כאשר BEMS מחובר למנוע קרינת עומס דינמי, זה יכול לדמות "מה אם" תרחישים בתוך זמן אמתי קרוב - למשל, "מה אם נשפך 10% של עומס במהלך תגובה?", או "מה ההשפעה של שילוב חשמלי לפעמים נקראהשלב 2 של כלי רכב חשמליים?"

התהליך פועל כדלקמן: BEMS מאכיל בפועל עומס ודור נתונים לתוך מודל זרימת העומס כל 5-15 דקות.המודל חישוב מחדש מתחים וזרימה, דגל כל סטייה ממגבלות בטוחות.אזהרות ניתן לשלוח למנהל המתקן באמצעות לוח המחוונים או אפליקציה ניידת.עם הזמן, המערכת לומדת דפוסי שימוש ויכולה להמליץ על נקודות אופטימליות עבור רגולציה מתח או תיקון כוח.

התקנים כגון IEC 61850 ו- IEEE 1815 (DNP3) מאפשרים החלפת נתונים בין ציוד מערכת חשמל לבין תוכנה אנליטית.המכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה (NIST) פרסם את ה-FLT:0Smart Grid Interoperability FrameworkFLT:1, אשר מעודד שירותים ובעלי בנייה לאמץ מערכות מרובות עבור דרישות וניהול אנרגיה מבוזר.

אתר אינטרנט: Commercial Office Tower

נחשב מגדל משרדים מסחרי בן 30 קומות שנבנה בשנות ה-90 עם שירות של 4,000 דגימה ושלושת 1,000 מ"ר קיבורים" (KVA Transformers) של הבניין עבר רטרופיטה גדולה כדי להוסיף מרכז נתונים על שתי קומות ותאורה LED לאורך כל הדרך, לפני רטרופיט, בוצע מחקר על זרימת העומס עלה.המודל הראשוני הראה כי אחד הטרנספורמציה כבר היה 92% טעינה בשעות השיא, ומתח בפאנל הפרווה ביותר בקומה ה-28th108 (Vbelowi) היה זמין ל-114 (Vlowi) המינימום עבור המחקר המומלץ: VbelowiUVer).

  • הוספת מהפך של 750 kVA הרביעי לשרת את רצפת מרכז הנתונים.
  • התקנת בנק 300 kVAR capacitor בגלגל הראשי כדי לשפר את גורם הכוח מ 0.82 ל 0.95.
  • שמירה על הזין לקומה ה-28 מ-4/0 AWG ל-500 kcmil כדי להפחית את הירידה במתח.
  • יישום העברת אוטומטית למרכז הנתונים כדי לבודד אותו מעומסים לא קריטיים.

לאחר יישום, הביקוש של הבניין צנח ב-8%, עונשי גורם חשמל בוטלו, ומרכז הנתונים היה מתח אמין בתוך ±2% מהנורמה. תקופת ההחזר עבור כל שדרוג החשמל הייתה 3.2 שנים, בעיקר מתביעות מופחתות.

הרחבת ה-Scope: Load Flow in Future-Ready Buildings

ככל שהבניינים המסחריים מתפתחים למשתתפים פעילים ברשת, מחקרי זרימת העומס הופכים אפילו יותר קריטיים.העלייה של משאבי אנרגיה מבוזרים (DERs) כגון גג השמש, אחסון סוללות, וכלי רכב חשמליים דו-צדדיים הטעינה יוצרת זרמי כוח דו-כי-כיווניים שמערכות הפצה רדיואקטיביות מסורתיות מעולם לא נועדו לטפל בניתוח עומס הופך את הכלי למודל תרחישים, תדירות רגולציה, ותמיכה מבניין מבניין של DER.

עבור מיקרו-grids - מגמה גוברת בין קמפוסים עסקיים, בתי חולים ומתקני קריטיים - מחקרי זרימה עומס משמשים כדי לקבוע את נקודת ההפעלה האופטימלית עבור בקר מיקרוגרריד, הבטחת מעבר חלקה בין מצבי המחובר לרשת ואיים.ה-FLT:0 National Renewable Energy Laboratory (NREL) FLT:1 פרסם באופן נרחב על ידי שימוש בעומס מתקדם וטכניקות אופטימיזציה עבור תכנון מיקרו-גריד.

מגמות מתפתחות וכלים

מספר מגמות מעצבות את עתיד מחקרי זרימת העומס בבניינים מסחריים:

  • (FLT:0Cloud- Based Analysis: FLT:1 Software-as-Serviceפלטפורמות מאפשרות לבעלי בנייה להעלות מודלים ולהפעלה סימולציות ללא השקעה ברישיונות יקרים.שיתוף פעולה בין חברות הנדסה וצוותי המתקן הופך להיות חלק.
  • (FLT:0) אינטגרציה למידה של Machine Learning:FLT:1 כמה כלים מתקדמים משתמשים במכונות למידה כדי לחזות עומסים המבוססים על נתונים היסטוריים, תחזיות מזג אוויר, ודפוסי דיקור.אלה חוזים ניזונים ישירות לתוך מודלים של זרימה עומס, המאפשר ניתוח צופה קדימה.
  • (FLT:0) תאומים דיגיטליים בזמן אמת: FLT:1 תאומים דיגיטליים בקנה מידה מלא של מערכת החשמל משלבים זרימה עם הערכת המדינה, המאפשר למפעילים לראות את ההשפעה של החלפת פעולות לפני שהם מבוצעים.זה כבר סטנדרטי במערכות שידור שימושי והוא נודד לבניינים מסחריים.
  • (FLT:0) Harmonic ו Transient Co-simulation:FLT ( 1:1) מחקרים על זרימת טעינה הם מיזוג עם transient אלקטרומגנטי (EMT) ומחקרים חד-גוניים בפלטפורמות מאוחדת.השקפה הוליסטית זו חיונית לבניינים עם עומסים לא לינאריים משמעותיים, כגון כריתת עיגול חשמלי (rare), חוות שרת גדולות, או ציוד הדמיה רפואית.

ניסיון מעשי לבניית בעלי חיים ומנהלי פקולטות

אם הבניין המסחרי שלך לא עבר מחקר על זרימת עומס בחמש השנים האחרונות - או אם אתה מתכנן שינויים חשמליים משמעותיים - הגיע הזמן לשקול אחד.

  1. (FLT:0) חקר מערכת החשמל שלך:FLT:1 Gather כפי שנבנה אחד-line דיאגרמות ואתר את כל הציוד הראשי.אם דיאגרמות הן מיושן, לשכור מהנדס חשמל כדי ליצור אותם.
  2. (FLT:0)Collect Loadrov: 1FLT) השתמש במילימטרים קיימים או להתקין יומני נתונים זמניים כדי ללכוד דפוסים של ביקוש בעולם האמיתי לפחות שבוע אחד.
  3. (FLT:0)Define Scenarios: FIRLT:1) לעבוד עם צוות האנרגיה שלך כדי להגדיר את התרחישים החשובים - קיץ חול, הצטננות בחורף נדיר, כשל בציוד, התרחבות עתידית.
  4. (FLT:0)Hire מהנדס מוסמך: FIRLT:1 מחקרי זרימה טעינה דורשים מומחיות בניתוח מערכת חשמל.חפש מהנדסים עם אישורים של IEEE, איגוד מהנדסי האנרגיה (AEE), או מהנדס מקצועי מורשה (PE) באנרגיה חשמלית.
  5. (ב) ⁇ :0 (הסברים) ו- Monitor: "המחקר הוא רק טוב כמו הפעולות שהוא מעורר.לאחר שינויים, עמלו על המערכות והביצועים כדי לאמת את המודל.

עלות מחקר מקיף של זרימת עומס עבור בניין מסחרי בינוני (100,000-500,000 רגל רבוע) בדרך כלל נע בין 5,000 $ ל $ 255,000, בהתאם למורכבות ולמיקום. בהתחשב בחיסכון הפוטנציאלי בעלויות אנרגיה, להימנע משעות הפחתת זמן, אופטימיזציה הון, ההחזר על ההשקעה הוא לעתים קרובות בתוך שנה.

מסקנה

מחקרי זרימת המטען הם הרבה יותר מאשר תיבת בדיקה רגולטורית או תרגיל עיצוב-phase. עבור בעלי בניין מסחריים ומנהלים השואפים לשלוט בעלויות אנרגיה, לשפר את האמינות, ולהכין לעתיד אנרגיה מבוזר, ניתוח זרימת העומס מספק את הבסיס הכמותי עבור כל החלטה. על ידי חשיפת הזרמים החבויים ופרופילי המתח של רשת החשמל של הבניין, מחקרים אלה מאפשרים השקעות ממוקדות אשר מניבות תוצאות מוחשיות, מדידה.