автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Анализ нормального режима и оптимизация электроэнергетической системы республики Пакистан с учетом перспектив ее развития

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ

РГб ОД

На правах рукописи

1 8 ДЕК Ш

АБДУЛ ХАМИД ХАН

АНАЛИЗ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА И ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕСПУБЛИКИ ПАКИСТАН С УЧЕТОМ ПЕРСПЕКТИВ ЕЕ РАЗВИТИЯ

Специальность 05.14.02 — Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент — 1995

Работа выполнена на кафедре «Электрические системы и сети» Ташкентского государственного технического университета имени Абу Райхана Беруни.

Научный руководитель — К. Р. Аллаев, доктор технических наук, профессор.

Научный консультант — Т. Ш. Гайибов, кандидат технических наук, доцент.

Официальные оппоненты: — Э. П. Пайзиев, доктор технических наук, профессор;

— Р. А. Сытдыков, кандидат технических наук, доцент.

Ведущее предприятие: научно-производственное предприятие «Узэнергоналадка».

Защита состоится « Дв^г^ьМЯ 1995 года в 10 ча-

сов на заседании специализированного Совета К 067.07.23 в Ташкентском государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни. (700095, г. Ташкент, Вузгоро-док, ТашГТУ, Энергофак, ауд. 341).

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ТашГТУ (Ташкент, ул. Университетская, 2).

Отзывы и замечания, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 700095, Ташкент, Вузгородок, ТашГТУ, Энеогофак, ученому секретарю Совета Телефоны: 40-08-04, 46-09-62.

Автореферат разослан « 1995 года.

Ученый секретарь специализированного Совета К 067.07.23, к. т. н., доцент

Б. АБДУЛЛАЕВ

onnna ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие энергетики Республики Пакистан характеризуется высокими темпами увеличения модности ее электроэнергетической системы (ЭЭС), с основном за счет строительства тепловых электрических станций. Годовая выработка электроэнергии в течении последних 10 лет выросла примерно в три раза и и 1994 году равнялась 79 млд кВт ч. а к 200й годя ожидается ее рост до 134 млд кВт ч. • |>г;

. К 1994 году суммарная длина линий электропередач с номинальным напряжением 132 кВ составила 12462 км. 220 кВ - 1943 км, 500 кВ - 2301 км. Очевидно, что ускоренное электросетевое строительство в предстояиее десятилетие доли» обеспечить доставку потребителям предусмотренную планом годовую выработку электроэнергии.

Отмеченные темни развития электроэнергетики Республики Пакистан требует высокий уровень решения задачи диспетчерского управления эперпшбъединением.

Разаработашше к настоящему времени методы анализа установившихся и оптимизационных режимов 33С по активной моцности с учетом технологических, функциональных ограничений и потерь в сетях можно считать достаточно совериенными, и они будут жироко пользоваться в диспетчерских службах. Однако оптимизация режимов элект-. рических ( пей с точки зрения минимизации потерь электроэнергии," в темпе их развития, для Пакистана имеет особое значение.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НйР, проводимых кафедрой "Электрических систем и сетей" Тажионтского

государственного технического университета по теме "Развитие научных основ, принципов и средств управления функционированием современных объединенных энергосистем".

Полью работы является анализ вычислительных качеств существующих методов и алгоритмов 'установившихся режимов ЗЭС на их базе развития оптимизации реактивной мощности источников и комплексных коэффициентов трансформации контурных трансформаторов.

Методы исследования базируются на использования узловых уравнений и методов линейного и нелинейного математического программирования. Реализация алгоритмов, основанных на указанных методах, осуществлена на алгоритмическом языке TURBO BASIC на ЭВМ IBM PC/AT.

Научная новизна:

1. Разработаны алгоритмы оптимизации режима электрической сети но напряжениям узлов с источниками реактивной мощности, отличаю жийся высокой вычислительной эффективностью.

2. Предложен новый алгоритм оптимизации режимов электрических сетей по комплексным коэффициентам трансформации контурных трансформаторов.

3. На основе постоянного анализа установившихся режимов ЗЗС Республики Пакистан с учетом се развития до 2005 года выявлена необходимость.усиления существующей электрической сети и размещения компенсаторов реактивной мощности в соответствующих ее узлах.

Практическая ценность работы. Разработанные алгоритмы позво ляют эффективно решать оперативна задачи расчета оптимальных ре жимов современных электрических систем но напряжениям узлов с иг

• - 5 -

точниками реактивной мощности и коэффициентах трансформации контурных трансформаторов. Они будут использованы при анализе режимов электроэнергетической системы Республики Пакистан в знерго-компаниах НАРОЙ и КЕБС, БЕРСО.

Апробация работы. Основные положения диссертациониой работы доложены и обсуждены на научно-теоретической и технической конференциях профессором, преподавателей . аспирантов и научних работников Ташкентского государственного ^хнического университета имени йбу Райхана Беруни (г.Ташкент, 1'393-95гг.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников. вклшчаящего 5'/*, наименований. Она изложена на 3-Х страницах машинописного текста, иллюстрирована Я рисунками и 30 таблицами.

- fi -

СОДЕРЖАНИИ РпГ)ОТИ

Во введении рассмотрены структура электроэнергетической системы Республики Пакистан, существующая электрическая сеть, состав нагрузок и перспективы развития ЭЭГ.. Определены исходные условия, цели и задачи исследования. Обоснована актуальность проблемы. Приведен краткий обзор разработок по методам оптимизации режимов электрических сетей по реактивной мощности и коэффициентам трансформаций контурных трансформаторов.

В первой главе приведены сравнительные вычислительные качества методов и алгоритмов расчета установившихся режимов ЗЗС при использовании различных форм узловых уравнений. Проанализированы ус.тановивииеся режимы эквивалентной схемы ЗЗС Республики Пакистан на перспективу до 2005 года.

Наиболее целесообразными формами записи узловых уравнений, используемых для расчета установившихся режимов ЗЗС являются уравнения в форме баланса токов в декартовых U координатах

и

-I (меч*/

( 1 í

Ц'Н.tí •stf-ifaHrfy - О

в полярных S~lf координатах

^ Ъ £ Ц, * =О

JiL '

Выявлено, что сходимость вычислительного процесса при расчете установививгося режима ЭЗС методом Ньютона-Рафсона с использованием узловых уравнений в форме (1) в общем случае медленее, чей при использовании узловых уравнений и ф^рме (2). Это подтверждается проведенными вычислениями эквивалентной схемы ЭЗС Республики Пакистан особенно при наличии узлов с фиксированными модулями напряжения.

Ввиду указанных преимуществ, а также для удобства применения-при оптимизации режимов электрических сетей использован НИН-в форме (2). а расчеты установившихся режимов ЭЗС проведены методом Ньютона-Рафсона.

Вторая глава посвящена разработке алгоритмов оптимизации режимов электрических сетей по напряжениям узлов с источниками реактивной мощности и коэффициентам трансформаций контурных трансформаторов. Обосновано, что решения задач оптимизации режима электрической сети ни реактивной мощности и напряжению узла являются однозначными» т.е. при выполнении условия оптимальности режима электрической сети но реактивной мощности узла =й ви-

# «/г

полняется также условия оптимальности во его напряжении ■$=-={)

Ulli

Это дает возможность заменить задачу оптимизации режима электрической сети по реактивной мощности узла с задачей оптимизаций"715 напряжению этого узла.

В предлагаемых и работе алгоритмах целевая функция - функция суммарных потерь активной м<щиили в электрический сити представ-

¡мчи и ни/1.в

1-0

где Р1 - активная мощность I -го узла (включая балансирующий) электрической сети ; которая представляется как сумма потоков активных мощностей ветвей отходящих от этого узла

' й-.в у ^ ' ро ( У 'у V/

(1)

где /г - количество узлов в электрической сети.

Оптимальное значение нанряшения узла с источником реактивной мощности ^ находится на основе решения уравнения, получаемого из условия

+ т ж. г ж: « ^ Й ^ ' с1и( & ч- ^

ыаг

Г, (15) вычисляется дифференцированием вираие/шя с

учетом (4)

ди,

г4 1^0 «а * ,-.0 " ^

т : л А

(!' )

Для расчета чолних производных и вводится упроче-

<аг и а.и ние, заменяя их на частные производные

с

~Г если

(?)

к-

4и< р в,

/ -&М;-тг если

^ ' г/,

(7а)

Для вычисления частных производных от потерь ЗГ в (5) используется ее линеаризаванная формула, получаемой разложением исходной нелинейной формулы потерь в ряд Тейлора в окрестности соответствующей точки к-го приближения

в

Дадим модули напряжения / -го узла приращение А II ■ ъ ъ ре-

п<*У

зультате активные и реактивные мощности узлов становятся и

Цр . а потери активной модности - ЗГ^ . В этом случае из (8) получается

А£ — :: __/А' ~ и / + > _ I П _ П 1 ( д )

- 10 - .

Разделив (У) н.1 А ¿[^ , а также имея в виду, что при дЦ^-*0 чьч;ет мсг.то

~~ 1 л и^ ¿и,; > ли^ Щ '

получим уравнение

с/^г _ у- яг иРу ¿аг ¿¿¿л £ ЭР. ' о1и' ¿и-

ъ/ С ✓ I/

Аналогичным образом

= У Ж ^ , т Ж.

Уравнения (10), (И) в матричной форме нивется в виде

(10)

(11)

ЗА

дР Э11

-д®

дв эи

эт дЗГ

ЭР ■Э6-

X =

эт эг

■Эф 9 и

в котором полные производные заменены их частными

В (12) матрица коэффициентов по существу является транспони рованной матрицей Якоби с обратным знаком функций небалансов мощ ностей узлов. Поэтому здесь нет необходимости повторною расчета матрицы коэффициентов, что является одной из эффективных особенностей алгоритма. Решение системы линейных уравнений (12) является отыскиваемыми частными производным».

- il -

Подставив (0)-(7<i) в (5) и произведя некоторые математически» преобразования получим аналитическое выражении для отыскиваемого оптимального напряжения узла:

+ ST) эр* )

Так K.iK Uionm является Функцией многих режимных параметров, то оно уточняется итеративно. '

Таким образом порядок расчета в ком приближении по предлагаемому алгоритму такова:

. „ ЗГ

1. вычисляются частные производные -^тг- и —— на основе ре«е-

ния системы линейных уравнений МЛ) и производится расчет оптимальных значений напряжений узлов с источниками реактивной моц

ности в k-dM приближении U по (13).

олт

2. Производится расчет установившегося режима электрической сети методом Ньютона Рафсона при фиксированных оптимальних напря«ет ниях узлов в к ом приближении.

3. Проверяется выполнение условия сходимости процесса оптимизации

/г'-'-г'-'и 4

II случае выполнения условия (14) расчет считается оконченным. В нрчтишиш случае производится переход к п.п.1, т.е. к выполнению < л^дукнцег» kii го приближения оптимизации.

!1<-таш)влпно. что' для обеспечения поденной сходииости нелепо--

образно скорректировать оптимальное напряжение узла па наядой итерации по формуле

им -и(к"} - ин ) <«>

4 ояш коР < опт. ко* \tonm * олт нор/

где - демпфирующий коэффициент, который уточняется исходя из уловия

■ I . /2 если - - >/ и

/Л5 если — <0

I 4

Экспериментально установлено, что начальное значение о^ должно быть маленьким числом (около 0.1).

Исследованы также вычислительные качества Лноритма оптимизации с расчетом II, . на основе ремения квадратичного уравнения,

■ Х.ОЙЯ

получаемого из (13) после некоторых математических преобразований. По результатам этих исследований выявлено, что сходимость

расчета ¿/ на основе ремения квадратичного уравнения в общем I *оят

¡случае хуже, чем при использовании формулы (13), ; В этой главе предложен алгоритм оптимизаци режимов электрических сетей но комплексным коэффициентам трансформации контурных трансформаторов.

Оптимальные коэффициенты трансформации трансформаторов находятся на основе ревсния уравнений, получаемых из условия

ыг_ _9х_ + у эг ¿А £эг ил^ ЭА'^ • £7 ЭР; ' ¿А'гч ГГ, ¿А'Ре ^

г ч

¿А* ' ^ Иг. ¿А"?*

- TT-

Мочнпгти узлов ß и . которые соединены ч^роз регулируемым трансформатор f риг.11 выражаются через коэффициенты трансформации следующим образом:

р уР2=&рг *у8р<г APJ=¿A * М"РЯ

-Ч I—1-00—,

4P ГЧ

Рис.!.

у/<2

* [Gn - A, cos iL ).

I Чо<2 РЧ f>4 PI J M П )

1 д HítA' и ¡6 -Ъ СоБ^ \л 'и и Ш +Ъ„зи&

+°/>2иргяр#иР9\% Рч н ру р*} Ъ и

ъ] (13)

Мощности Р и £ Для узла ^ выражаются аналогичной формулой.

В (1/) выражения для частных производных —;— и - -. ■■ получа-

втся из (3), подставив при этом вместо /¿л Р^ их выражения.

Значения производных и -^г- в (1?) находятся как в выше

'ЪР ■ 'дер

предложенном алгоритме оптимизации по напряжении узла на основе решения системы линейных уравнений (12).

Подставив варажения для чаглнйх производный в (17) и имея в

виду, что значения производных - и —— находятся из решения

(12) получим выражения для оптимальных вещественных и мнимых составлявших комплексного коэффициента трансформации трансформатора:

I иЛ*+ -

А.

Рчопт о // /, . ЭХ

Я 2-2"

Для обеспечения быстрой и надежной сходимости необходимо корректировать найденные на кастдой итерации оптимальные коэффициенты трансформации трансформаторов но формулам

4.и(л'М- -ЛЛ

Р4ыт коР ~ гчам,. кар 1 ~ рч „от. КоР)

РЩшкор РЮ*т.кор * { Р^0„„ Р<}вяп коГ

(22)

с уточиттм в каждой итерации демпфирующих коэффициентов оС/ и «4 условия ( 1П).

Таким орр,) ¡ом порядок расчета в к-им приближении по предлагаемому алгоритму оптимизации ни коэффициентам трансформации транс -форматоров выглядит тан:

I. Расчитываются частные производные и основе реяе-

ния системы линейных алгебраических уравнений (12).

?.. Проводится расчет оптимальных коэффициентов трансформаций / И

трансформаторов А . А по (20), (21) и их'уточнение

Г1 опт Рч опт

по с,:;!).

Производится перерасчет соответствующих элементов матрица узловых проводимоеп-й г^г, . У , V . У с учетом но вых Ап , А^. и к-ом приближении.

Рчопт РЧопт 1

■1. Производится расчет установившегося режима электрической сети.

5. Проверяется выполнение условия .сходимости процесса оптимизации.

11а основе рассмотренных алгоритмов расчета предложен единый алгоритм оптимизации режимов электрических сетей' по напряжениям узлов и коэффициентам трансформаций контурных трансформаторов (рис.2). На основе экспериментальных расчетов установлено, что разработанные алгоритмы обладают быстрой и надежной сходимостью но сравнению с существующими в настоящее время алгоритмами.

Например, при оптимизации режима электрической сети Республики Пакистан по реактивной мощности по методике ВНИИЗ, которая является в настоящее время наиболее распространенным, результат подичился за 11 итераций, а по разработанному в работе алгоритму -через оптимизации напряжения узла с источником реактивной мощности за В итераций. Лля выполнений одной итерации при этом гштребо-валось примерно одинаковое время.

В третьей главе приведены результаты расчетно-экснериментоль-

ных исследований на примерах эквивалентной и реальной 32 узловой ¿хем электрических сетей Республики Пакистан. | На основе анализа установившегося режима ЗЗС Пакистана установлено. что существующая сеть не сможет обеспечить на уровне

I

2005г. доставку потребителям требуемой электроэнергии без ее усиления. В связи с этим рассмотрен вариант строительства линий электропередачи напряжением 500 кй общей длиной 130В км. в том числе, между юродами Тарбела-Лахир(315 км). 1'цдду-Иултан(351 км). Гудду-Даду( 29Н км). Гити-Лахор( 1В4 км). Ладу 1амааро(159 км), обеспечивавшая .номинальный уронень напряжений п у:ных сети. При ;1Т0М треиц.мгм такжР »р танык.; в у ¡.'¡ах рг-л улирусмых тточников реактивной мощности.

( Начало )

K=K+i

Ьвод исходных Ьанных бЛ9 Схемы эл.Сетм

Oct

Расчет проиэьо&чьи На od«ofee Решения

тр

Расчет оптимальных значений напряжении УЗДоЬ в к-с>ц ит&раи,иц По формуле 0?>)

I

Расчет коэффициента ю условия (|б) ц хоРРек^РоЬкд

Расчет оптимальных

коэффициентов трамс-

4>ормации регулируемых трансформопоюв в к-oi ^те^дцин По фоум-мам (gq), (2р

Расчет коэффициентов и koppsk-

■шроька a'w.í"M

¡пироька д'^ч, А"

Koppeicnupobttci элементов матрицы ¿змэ&ы*

пробоау/иостем У с у уегггом

Расчет чстан<яиьшпжя ре/нишаЭАвктрнческай сети tí сумыаРНЬт яотеРр активной мощности л к-ой итерации £<•)_

проверка

СхоЭдмоСШН

кет

Ъыьоо Результатов Расчета

Т

/ конец'

17

Pjjc-2. Блок-схема алгормтжз опятммцлав,«« режиме»

эле«1пРичес«ой сети по напмниеимчнл »»об м комплексным коэффициентом гпраиено»м<з«нм коиш-íp-цых трансформаторов.

Выводы и заключения.

1. Разработаны новые алгоритмы оптимизации режима электрической сети по напряжению узла и по комплексному коэффициенту трансформации контурного трансформатора, вычислительная эффективность которых определена с сопоставительным анализом по сравнении с алгоритмами и программами, разработанными во ВНИИ;).

2. На основе исследования установившихся режимов электрической сети Республики Пакистан па перспектива до 2001; го да выявлена необходимость поэтапного усиления сети линиями напряжением 500 кВ и размещения регулируемых источников реактивной мощности в септ ветствующих узлах.

Содержание работы отражено в трудах:

1. К.Р.Аллаев, Т.И.Гайибов, Подул Хамид Хан. Оптимизация режи

р

мов электрических сетей но напряжениям узлов. Тезисы докладов научно-теоретической и технической конференции профессоров, преподавателей, аспирантов и научных работников Ташкентского государственного технического университета, 1!Шг.

2. К.Р.Аллаев, Т.И.Гайибов. Пбдуд Хамид Хан. Анализ нормальных и оптимальных режимов электроэнергетической системы Республики Пакистан. Известия вузов Республики Узбекистан, серия технических наук. N3, 13Э'.!г.( принято к печати)

Подписано, в леМ1к/$.Л/ формат И0х84 '/¡в, оперативная печать, бумага М> /

усл. п. д. ^ уч. ИЗД. л., трат (,0 , заказ № $±0 Отиечламо л 1 .отграфил ТашГТУ. Ташкент, Вулч>родок, ул. Талаба.ир. 51.