автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Методы адаптивной идентификации параметров схемы замещения элементов электрической сети

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ - УПИ

На правах рукописи УДК 621.311

Шелюг Станислав Николаевич

«"» О*

" * ли» г«Р

МЕТОДЫ АДАПТИВНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 2000

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные электрические системы» Уральского государственного технического университета - УПИ.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

П.И.Бартоломей

Научный консультант - кандидат технических наук

* А.С.Бердин

»

г

Официальные оппоненты: - доктор технических наук

Ю.Я.Чукреев

кандидат технических наук Ю.М.Комлев

Ведущее предприятие - АО «Уралэнергосетьпроект»

г.Екатеринбург

Защита диссертации состоится 13 декабря 2000 года в 14— часов на заседании специализированного Совета К 063.14.04 при Уральском государственном техническом университете - УПИ по адресу: г.Екатеринбург, ул. Мира 19, ауд. Э-406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ. Отзывы и замечания по данной работе, подписанные и заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря Диссертационного Совета К 063.14.04 по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, УГТУ-УПИ, ученому секретарю совета, факс: (3432) 7438-84, e-mail: stas@daes.ustu.ru.

Автореферат разослан 10 ноября 2000 года.

Ученый секретарь Диссертационного Совета К 063.14.04

В.П. Обоскалов

р о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сложившаяся система формирования данных для задач оперативного и противоаварийного управления не обеспечивает адекватной информации о параметрах схем замещения элементов электроэнергетических систем (ЭЭС). Это приводит к увеличению запасов по устойчивости, а также оказывает влияние на выбор управляющих воздействий. В настоящее время параметры элементов схем замещения в подавляющем большинстве случаев определяются по паспортным, проектным или справочным данным, основываясь на значительном количестве допущений и считаются неизменными или слабо меняющимися. В тоже время известно, что параметре! линий электропередачи, трансформаторов и автотрансформаторов зависят от многих факторов и могут претерпевать ощутимые изменения в процессе эксплуатации и только их регулярная идентификация обеспечит адаптацию параметров схемы замещения текущему состоянию электрической сети и позволит исследовать состояние этих параметров в различных условиях.

В течение последних лет произошло качественное обновление парка персональной и промышленной компьютерной техники, а также стандартных программных продуктов. Вычислительная техника стала использоваться не только для расчетов, но и для сбора первичной информации и управления различными промышленными объектами на основе этой информации. Это дает возможность существенно изменить подходы к организации информационного обеспечения задач управления режимами ЭЭС на всех его уровнях от измерения первичных сигналов до автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) ЕЭС России.

Все это сделало актуальным исследования в направлении совершенствования технологии оперативной оценки параметров схемы замещения элементов электрической сети на основе измерений параметров электрического режима с целью увеличения эффективности управления электрическими режимами ЭЭС и их объединений (ОЭС).

Цель работы. Разработка эффективных методов и алгоритмов для повышения качества информационного обеспечения задач оперативного и противоаварийного управления электрическими режимами ОЭС, а именно, разработка методов и алгоритмов идентификации параметров схемы замещения основных элементов ЭЭС с целью их адаптации текущему состоянию применительно к задачам управления электрическими режимами.

Объект исследования. Параметры схемы замещения линии электропередачи и силового трансформатора - стержневых элементов электроэнергетической системы.

Методы исследования Для решения поставленных в работе задач используются методы с использованием фундаментальных законов теоретических основ электротехники. В работе использованы методы нелинейного программирования. При анализе свойств моделей использованы методы математической статистики, теории вероятностей, аналитической геометрии, функционального анализа, методы теории подобия и математического моделирования.

Полученные теоретические результаты подкреплены численными и экспери ментальными исследованиями. Научная новизна.

1. Предложены, теоретически обоснованы и исследованы новые метод адаптивной идентификации параметров элементов ЭЭС на интервале вр( мени, использующие измерения параметров электрического режима мш гоканальными цифровыми регистраторами электрических сигналов (цис| ровых регистраторов аварийных процессов и др.), для их применения темпе управления электрическими режимами.

2. Разработан метод определения параметров схемы замещения линии эле! тропередачи, а также алгоритм определения точки начального приблил« ния для решения задачи.

3. Предложен критерий разности режимов для задачи адаптивной идентт фикации параметров схемы замещения элементов электрической сети.

4. Предложены методы адаптивной идентификации параметров внешних э\ вивалентов с использованием разработанного для ЛЭП метода.

5. Разработаны методы идентификации параметров схемы замещени трансформатора по измерениям амплитуд и фазных углов тока и напр5 жения в векторной форме и на основании теории четырехполюсника.

6. Экспериментально подтверждена возможность применения разработанных методов определения параметров схемы замещения на основании текущих измерений параметров электрического режима. Практическая ценность и реализация результатов работы. Информация о параметрах схемы замещения элементов электрической с(

ти используется практически во всех электроэнергетических задачах. Разрабс танные методы позволяют уточнять данные об этих параметрах и, тем самыл повысить точность и эффективность управления электрическими режимами. Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуя дались на конференциях и семинарах, в том числе на всероссийских научно технических конференциях "Повышение эффективности производства и ис пользования энергии в условиях Сибири" (Иркутск, 1994, 1995 гг.); междуш родной научно - технической конференции "Современные технологии эконс мичного и безопасного производства и использования электроэнергии" (Днег ропетровск, 1997 г.); четвертом и пятом всероссийских научно-технических сс минарах "Энергетика: экология, надежность, безопасность" (Томск, 1998, 199 гг.); на научном семинаре кафедры АЭЭС НГТУ (Новосибирск, 2000 г.); на ш учном семинаре электротехнического факультета УГТУ (Екатеринбург, 2000 г. на конференции «Молодые специалисты энергетики 2000», ВНИИЭ (Москв 2000г.);

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 12 печатны работах.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех гла! заключения, библиографического списка (125 наименований), содержит 66 ру

сунков, 6 таблиц и 10 приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 173 страницы.

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы: показана ее актуальность, определены цели и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая ценность, обрисована структура работы.

Основное содержание глав совпадает с содержанием глав и разделов автореферата.

В заключении сформулированы основные результаты работы и указаны направления дальнейших исследований.

В приложениях содержатся вспомогательные и дополнительные материалы, а также результаты обработки экспериментальных исследований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В пепвой главе «Параметры схем замещения элементов электрической ;ети» описаны применяемые современные методы определения и задания параметров схемы замещения элементов ЭЭС. Указаны причины возникновения югрешностей параметров схем замещения элементов электрической сети. В работах Т.Б.Заславской, М.Я.Ирлахмана, В.Ф.Ловягина, С.И.Паламарчука, З.И.Идельчика, А.З.Гамма, А.С.Новикова, Н.А.Мельникова, Л.Р.Неймана, З.В.Жукова, Ф.Г.Гусейнова, Н.Р.Рахманова и др. приведены основные величи-1Ы ошибок задания параметров схемы замещения элементов электрической сети (активное /? и реактивное X сопротивления, активная С и реактивная В про-50дим0сти, коэффициент трансформации ЛГ(табл. 1)).

Таблица 1

Погрешности задания параметров схемы замещения

Причины возникновения погрешности Д

Линия электропередачи

Д Неучет поверхностного эффекта. Неучет влияния погодных условий (температуры воздуха, ветер, наличия и интенсивности осадков) +16 -20%

X Неточности задания среднегеометрического расстояния между проводами и эквивалентного радиуса. Многократно заземленные тросы и параллельные цепи -10 +8%

В Неучет изменения стрелы провеса и радиуса провода, наличия заземленного троса и параллельных цепей, проводимости грунта. 25 + 30%.

в Конструктивные, режимные и метеорологические условия в 1.5-3 раза

Трансформатор

Я Паспортные и экспериментальные данные, ошибки К +12%

X Паспортные и экспериментальные данные, ошибки К ±8%

В Измерение параметров, условия эксплуатации, ток нагрузки, температура ±25 %

в Измерение параметров, условия эксплуатации, ток нагрузки, температура +50 %.

К Измерение параметров 1 ступень

Здесь же обсуждаются результаты исследований влияния точности зада-шя параметров схемы замещения на расчет установившегося режима ЭЭС и

решение задачи минимизации потерь активной мощности. Рассмотрены приме няемые в настоящее время методы определения параметров схемы замещени: линии электропередачи и трансформаторов при оперативном и противоава рийном управлении ЭЭС и дан обзор основных работ по этому вопросу.

Во второй главе «Адаптивные методы идентификации параметра простейшей схемы замещения линии электропередачи» предлагается мето; адаптивной идентификации параметров схемы замещения линии элекгропере дачи по текущим измерениям параметров электрического режима.

Показано, что новые технические средства, внедряемые в ЭЭС, позволяю решать задачу определения параметров и элементов схемы замещения непо средственно из измерений параметров электрического режима в темпе форми рования необходимых для этого данных. Для линии электропередачи обеспе чить точную синхронизацию измерений на ее концах весьма сложно, но, учи тывая , что параметры линии в нормальном режиме быстро изменяться не мо гут, возможно использовать измеренные по ее концам параметры элекггриче ского режима.

Для оперативного управления электрическими режимами, когда нет необ ходимости выделять емкостную генерацию ЛЭП и потери на корону в ней, воз можно применение схемы замещения, представленной на рис. 1.

Параметры электрического режима и элемента схемы замещения, соеди няющей узлы к и /, связаны для любого момента времени известными соогно

иЛ0 и,( о

/ко.ао т

Рис.1 Схема замещения ЛЭП

шениями:

£/*(') = 1/,(О-А^С). (1)

■(0" м ' м

Переходя к квадратичной форме с учетом (2), после преобразований получаем:

и?«)-Щ(1)+1,1(№1 +х1)-2Р,к№* -2= 0. (3)

где 72(Л #(0+63(0 (4)

М)= иц,) ■

Исследованы свойства нелинейного уравнения (3) в пространстве параметров К-Х. Построены зависимости вида (рис.2.) для двух различные

эежимов ЛЭП с Rik= 2.9 Ом и А/*=6.3 Ом и соответствующих напряжений согласно (3):

1)^*1=70.00 мВт, g,и=30.00 мВт, 17,1=115.66 кВ и Uki=l 12.12 кВ;

2) Рца=30.00 мВт, 0;и=ЗО.ОО мВт, Ua=114.59 кВ и Ua= 112.12 кВ.

Он

Значение X

Рис.2. Зависимости Rik=fi(Xlk) и Rik=f2(Xik) ■ Видно, что Rik~fi{Xik) и Rik-fi{Xik) пересекаются в точке, координаты кото-ой и являются параметрами элемента схемы замещения ЛЭП.

Таким образом, определение Rit и Хц, связано с решением системы из двух равнений вида (3) для двух различных режимов:

\l2MMl +Xl)-2Pa{t,)Rlt-2Qa{t1)Xa-[UlitJ-Ulit,)] = 0.

(5)

При исследовании вида кривых описанных уравнением (3), рассматривать инварианты кривой второго порядка:

s = /ft2(0+/»(0,

(6)

s =

m о

0 I,№

(7)

А =

0 -РАО АО -QA0 -РАО -QA0 uf(t)-ul(t)

iiiO о

Т1

(8)

На основании анализа значений инвариант показано, что уравнение (3) оисывает окружность.

Влияние параметров режима электроэнергетической системы на размер и расположение окружностей в пространстве Я-Х приведено на рис.3, 4, где представлено множество окружностей, полученных из (3) при изменении Ул(рис.З), <2а (рис.4). Видно, что у окружностей для разных режимов изменяются координаты их центра и радиус, но при этом положение точки решения остается неизменным. Все окружности пересекаются в одной точке, соответствующей реше-

пространстве И-Х стве Я-Х

нию системы.

В силу того, что при измерении параметров электрического режима всегда существуют погрешности, то характеристические окружности уравнения (3) приобретают вид кольца, а точка решения системы (5) (точка пересечения ок-

Х(ОМ)

....

А

**

----

"«Т.-...

...... с

2.5 Э.15 З.В 1.45 5.1 5.75 6.4 7.05 7.7 8.35 9

Х(Ои>

Рис.5. Область возможных решений при случайном характере исходной информации

ружностей на рис. 2) вырождается в область возможных решений АВСО (рис.5). При этом, несомненно, чем меньше погрешность измерения тока и напряжения, тем меньше область АВСБ и наоборот.

Методом статистических испытаний была выполнена оценка влияния возможных погрешностей измерения параметров электрического режима (тока и напряжения) на значения искомых величин. При этом полагалось, что неточность измерений величин определяется погрешностями первичных преобразователей и соответствует возможным классам точности измерительных трансформаторов тока и напряжения: 0.01, 0.02, ...,0,1 .... Эти погрешности последовательно приписывались всем измерительным трактам тока и напряжения и представлялись величинами, распределенными по нормальному закону.

Для каждого соотношения определялись параметры схемы замещения элемента электрической сети, которые также являются случайными величинами. Для полученных серий параметров случайных значений определялись среднее значение и среднеквадратичное отклонение. Влияние величин погрешно-:тей измерения тока и напряжения представлены на рис.6. Результаты позволи-

с р • д и • • Я -*-С НО И —А—ср * д ■ * I X О С К О X

Рис.6. Зависимость средних значений и СКО активных и реактивных сопротивлений от погрешности измерений напряжений (погрешность измерения тока - 0.5%)

ш сделать заключение о высокой точности определения активного и реактив-юго сопротивления элемента электрической сети по предложенной модели при югрешности измерения напряжения до 0.5% и тока до 0.85%. Эти величины не февышают приписанные погрешности применяемых в настоящее время изме-)ительных трансформаторов тока и напряжения.

Вышеизложенные положения дают возможность признать работоспособными предлагаемые методы идентификации параметров схемы замещения при юстаточно «разных» режимах с погрешностями измерения параметров режима, [е превышающими приписанный класс точности измерительных трансформа-оров тока и напряжения.

Для составления системы (5) необходимо выбрать два достаточно «раз-1ых» режима. В работе предлагаются два критерия различия режимов для ус-■ойчивой работы метода.

Первый критерий представляет собой соотношение коэффициентов на-рузок двух рассматриваемых режимов:

РМШМ

РМШьУ

Зависимость среднеквадратичного отклонения (СКО) определения активного и реактивного сопротивления при использовании метода статистических испытаний представлена на рис. 7.

Во втором критерии используются соотношение определителей кривых

X (Ом)

1,21 1,55 2,13 3,40 8,60 1700,00

СКО определения Я - СКО определения X К1 (о.'

Рис. 7. СКО определения активного и реактивного сопротивления при использовании первого критерия

второго порядка, вычисленных по уравнению (8).

(л(р-л(г2))

К2 =

Щ)

(10)

Зависимость среднеквадратичного отклонения определения параметров схемы замещения при использовании второго критерия представлена на рис.8.

Недостатком первого критерия является неучет всех используемых параметров режима, хотя ему присуща простота в реализации. Второй критерий учитывает все параметры режима, которые используются в расчете, что позволяет говорить о предпочтении его применении.

Измеренные параметры режима начала и конца линии электропередачи связаны уравнением баланса мощности:

(11)

р! + О2

и1 (12)

2,5 2 1,5 1

0,5

СКОРЫХ

-скох-

-скоя

К2(о.е.)

Рис.8. СКО определения активного и реактивного сопротивления при использовании второго критерия.

После преобразования (11) с учетом (12) и (4), получим:

_ _ р,-рк. „ _ 6<~6*

1\1к ~ > Л !к — ~ ->

(13)

Следовательно, для определения значений эквивалентных активного и реактивного сопротивлений линии электропередачи достаточно, в отличие от представленной выше методики, использовать значения параметров одного режима в уравнениях (13).

При наличии погрешностей в исходных данных точки решения уравнений (13) приобретают в пространстве В.-Х вид области возможных решений. Были проведены исследования, которые позволяют оценить размеры областей возможных решений, а также изучить влияние погрешностей измерения параметров режима на точность определения параметров схемы замещения. Исследования проводились методом статистических испытаний. Результаты этих исследований представлены на рис.9 и рис.10. Можно сделать заключение о не-эольших значениях среднеквадратичного отклонения получаемых результатов. В то же время, величины средних значений могут существенно отличаться от истинных значений параметров схемы замещения.

Сравнивая два предлагаемых метода, а также рассматривая различные алгоритмы их совместного использования, делается вывод о предпочтительном ях совместном использовании, а именно, применении уравнений (13) для поис-<а точки начального приближения при решении системы (5).

0р5 03 0,6 0$ 2 5 8 %

—А—С£эеднее R -»-СЮ R -А-С*>еднее X -&-CKD X Рис.9. Зависимости средних значений и СКО активных и реактивных сопротивлений линий от погрешности измерения тока (погрешность I = 0.5%)

-fy- -flp ■fr ■Jp. iV -fr -fr -fy- -fr iV

-Ьг

г/ У У-1

у г яг л

-f -г -А

.чС Л >

* * =8= W tn= Lj £

QCB Q3 Q6 Q9 2 5 8 •/„

-±-С£едаее R -§-СЮ R -А-Среднее X -fl-СЮ X

Рис.10. Зависимости средних значений и СКО активных и реактивных сопротивлений линий от погрешности измерения тока (погрешность и = 0.5%) В третьей главе «Методы идентификации параметров полной схемы замещения линии электропередачи.»предлагаются методы адаптивной идентификации параметров схемы замещения линии электропередачи с учетом поперечной проводимости.

При определении структуры потерь мощности и энергии в ЛЭП (нагрузочные, на корону и пр.) требуется определять сопротивления, реактивную и активную проводимости ЛЭП. Иными словами следует перейти к Г - образной схеме замещения (рис. 11). В этом случае (2) примет вид:

*()= |1/,(0| + J-1-1-¡7770--1-= - иМ

и,(0

им

Рис. 11 «Г» образная схема замещения

Выполнив преобразования при переходе к квадратичной форме, получим: С,2(<) - */?(/) - 2Рл №* - (0Х„ + /»(/)/£ + 1Ц')XI +

- 2РЛ- 2Ра+ 0)Ь,Х + 2&(1)КХ\ +

+и1(!)ъ1х1 = о,

(15)

Это уравнение с четырьмя неизвестными (искомыми параметрами) - Лц, Хд, и й». Следовательно, для решения задачи потребуется сформировать четыре независимых уравнения, т.е. подобрать четыре «разных» режима. Следует отметить, что такая система нелинейных уравнений высоко чувствительна к точке начального приближения в силу большого числа' корней (до 16) а также из-за разномасшнтабности искомых величин и разной погрешности измерения параметров режима приводящих к нарушению правила равноточности определения параметров. Использование в качестве начального приближения значений предыдущего расчета параметров схемы замещения не всегда позволяет успешно определять все искомые (Лдь Хц, glk и йд)параметры..

Для решения задачи определения начального приближения запишем (12) с учетом потерь в шунтах:

р, + =Р,+10, - - )К) и) -

г

(Ra + jXл)^

(16)

После преобразования (16) с учетом (4), получаем:

(17)

Запишем (17) для двух различных режимов. После преобразования получим линейные уравнения:

Ш мр* + яЖ (/, >=р, (1гу- рк а2у

(18)

р у, к» - ъли* (/, >:= а (о - а с,), кс,)^ - лл2с2)=а ел- а (а

Важным обстоятельством является то, что у (17) и (18) существует только по одному решению.

Влияние погрешностей исходной информации на точность решения (18) и (19) представлен на рис.12,13,14 и 15.

12

8-

н

... гв-1 Т Яг -0 -в

Г

ОСБ Ц1 02 рЗ 04 45 06 ЦТ 08 Ц9 1

001 0СБ 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

-»-ОСЯ -*-<?вд«Х -»-оск

Рис.12. Зависимости средних знамений Рис.13. Зависимости средних значений

СКО активных и реактивных сопро- СКО активных и реактивных сопротивлений линий от погрешности изме- тивлений линий от погрешности изме-

рения напряжения (погрешность I =0.5%)

рения тока (погрешность и =0.5%)

7ХЕ05 £№05 5СЕС6

Ч"

-А. ;

!

»- о- -й- |

1 23456789С1112

-•-Овдвй -*-ОСХЗ -4-фяезВ -в-ОСВ

Рис.14. Зависимости средних значений и СКО активных и реактивных проводимо-стей линий от погрешности измерения напряжения (%) (погрешность I =0.5%)

001 005 01 (12 03 Ц4 (£ се 07 08 09 1

-+-ОСЕ -»-фаеэВ -»-ОСЕ

Рис.15. Зависимости средних значений и СКО активных и реактивных проводи-мостей линий от погрешности измерения тока (%) (погрешность и =0.5%)

Результаты исследований показали, такой способ дает возможность определения параметров схемы замещения при погрешностях измерения параметров электрического режима до класса измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Как известно, общепринято использование симметричных (П и Т - образных) схем замещения для решения электроэнергетических задач. В связи с этим, разработан алгоритм перехода от значений параметров схемы замещения ЛЭП, рассчитанных для несимметричной Г-образной схемы замещения, к значениям симметричных схем замещения ЛЭП.

Метод статистических испытаний позволил установить работоспособность второй методики по определению параметров схемы замещения. Но даже при высокой обусловленности линейных систем (18) и (19) получаемые средние значения на 5-6% отличаются от модельных значений параметров. Оказалось целесообразным совместное использование первого и второго метода по следующему алгоритму:

1. Выбираются четыре «разных» режима.

2. Используя (18) и (19), рассчитывается двенадцать значений параметров схемы замещения.

3. Вычисленные средние величины значений, полученных в пункте 2, используются в качестве точки начального приближения для решения системы, составленной из нелинейных уравнений (18) для этих же четырех режимов.

Метод определения параметров схемы замещения ЛЭП может быть применен и для определения параметров внешнего эквивалента. Решение этой задачи необходимо для оценки пропускной способности связей и сечений, демпфирования влияния внешней сети, а также воспроизведения реакции ненаблюдаемой части системы.

В качестве параметров внешнего эквивалента части ЭЭС целесообразно принять напряжение эквивалентного узла (£/е) и величину полного эквивалентного сопротивления Для этого преобразуем уравнение (3) применительно к задаче определения параметров внешнего эквивалента для схемы на рис.16:

т

им) Ъ,хе 1Ш <Ш -

О-1 I->-

Рис. 16. Схема присоединения внешнего эквивалента к узлу ЭЭС

и2(1к) = и2е(1к)~ 2ЯеР{1к) - 2Хе<2{1к) - Я2еТ2(1к) - Х2еГ2((к), (20) где 1к - некоторый момент времени;

ие- напряжение в эквивалентном узле (при такой постановке задачи уместно говорить об эквивалентном напряжении, так как в этом узле представлены и генерирующие мощности, и нагрузка);

Яе,Хе - коэффициенты связи напряжения узла и, соответственно, активной и реактивной нагрузки линии;

/2 - квадрат тока по линии связи, определяемый из выражения (4).

Пусть величина полного эквивалентного сопротивления и коэффициентов связи и Хе остаются неизменными на интервале Тт . Тогда эквивалентное напряжение ие в (20) является величиной изменяющейся во времени и для интервалов времени Тт может быть представлена полиномом второй или третьей степени (/<=3) (при необходимости можно использовать ортогональные полиномы, например полином Лежандра)

¿Ю*'', (21)

>0

где (^е,) - коэффициенты, постоянные для интервала Тт , а! текущее время на этом же интервале.

Неизвестные параметры внешнего эквивалента будем определять на основании последовательных параметров электрического режима (Г/(0,Д0 и £?(0) на интервале времени Тт . Для этого запишем (20) с учетом (3) при 1 еТт = К(2>->0

£(эд -гдло-гадо-г2/2^). (22)

1' о

В указанных выше условиях выражение (22) может интерпретироваться

Рис.17. Результаты численного испытания по определению параметров внешнего эквивалента.

как система из 5 уравнений с пятью неизвестными, причем правая часть представлена в виде конечной суммы ее элементов. Таким образом, для определения неизвестных необходимо иметь не менее чем 5 неповторяющихся по значениям и согласованных по времени (сечений) измерений 1/(1) ,Р(() и (2(0 (5 различных режимов).

Из вышесказанного следует, что определение параметров внешнего эквивалента примыкающего к узлу сети можно выполнять аналогично определению эквивалентных параметров линии электропередачи. Исследования показали высокую степень достоверности получаемых результатов (рис.17).

В четвертой главе «Определение параметров схем замещения силовых трансформаторов» разработаны методы адаптивной идентификации параметров схемы замещения трансформаторов.

Линия электропередачи и трансформатор являются основными объектами ЭЭС. Принципиальное отличие этих объектов с точки зрения выполнения измерений параметров электрического режима на выходах заключается в геометрических размерах. У трансформаторов измерения параметров со сторон различных ступеней напряжения можно проводить одним измерительным устройством. Это обстоятельство, в отличие от ЛЭП, позволяет получить и использовать значения амплитуд и фаз токов и напряжений для определения параметров схемы замещения.

Рассмотрим схему замещения трансформатора (рис. 18):

илт и1Т к-р и

1Т '}т„ 27*

Рис. 18. Схема замещения трансформатора

Уравнение связи расчетных параметров схемы с параметрами электрического режима может быть записано в виде: (26):

0„(0-0„Жт - 1т,№т = 0. (23)

Таким образом, значения комплексных полного сопротивления обмоток и коэффициента трансформации могут быть получены по информации одного режима путем решения уравнений (28) в векторной форме:

Кт(Т)= - 1гт{Т) ,

2 (Г) = и|г(Т)-й2Т(Т)Кт(Т) (25)

; г , ;

Для проверки работоспособности метода была выбрана модель трансформатора АОДЦТН - 167000/500/220, и сформирована серия различных электрических режимов. Каталожные данные для автотрансформатора:

Ят =0,970Ом, Хт =61,1ОО0л<; Кт =2,174; = 0.449-./2.311 = 2.354в^ А.

Были получены следующие результаты:

¿г _ = 0,968 + у'61,16 Ом , К т уап = 2,172 + 70,04 Исследования влияния погрешности измерения параметров электрического режима на точность определения параметров схемы замещения методом статистических испытаний показали, что:

1) коэффициент трансформации имеет практически стабильное значение во всем диапазоне задания погрешностей напряжений и токов;

2) активное сопротивление определяется с достаточной точностью вплоть до значений погрешностей измерения тока и напряжения =7%;

3) реактивное сопротивление менее чувствительно к погрешностям измерения тока и напряжения и определяется с минимальным отклонением вплоть до значений погрешностей тока = 3 % (рис. 19).

Из требований, предъявляемых к математической модели электрической

X, Ом 61,4 61,2 61 60,8 60,б 60,4 60,2 60

Рис. 19. Зависимость величины реактивного сопротивления трансформатора от погрешности измерения тока при различной нагрузке трансформатора

сети следует, что она должна адекватного ставить в соответствие выходные и выходные параметры в любой момент времени. Т.е. модель рассматривается как «черный ящик», внутреннее содержание которого при решении большого числа задач не представляет интереса. Необходимы лишь его внешние параметры, связывающие вход и выход. Одним из путей построения этой модели является использование теории многополюсников, в частности, теории четырехполюсников.

Запишем уравнение для трансформатора, представленного четырехполюсником (рис.20):

-чг 1Г. /

и1Т А,В,С,Б ¿¡т. 1

кт -->

Рис. 20. Схема замещения трансформатора с точки зрения теории четырехполюсника.

и„=июЧт+2*-?-,

(26)

гп ^у*и2Т *ит +(1 + г*У)

*у\* 1Ж

Для решения этой системы предлагается использовать следующую итерационную процедуру:

1) Задается требуемая точность расчета.

2) Значение поперечной проводимости приравнивается величине, полученной из предыдущего этапа определения параметров схемы замещения.

3)По (26) рассчитываются продольные сопротивления и коэффициент трансформации.

4) В дальнейшем коэффициент трансформации считается постоянным и по (26) рассчитываются значения проводимостей и сопротивлений.

5) Если не достигнута требуемая точность расчета, то процедура, начиная с пункта 2, повторяется.

X

Рис.21. Схема замещения трехобмоточного трансформатора

Для анализа трехобмоточных трансформаторов (рис.21) необходимо переписать систему (26) с учетом всех обмоток. При этом учитывается то, что поперечная проводимость трансформатора Ут отнесена только к одной ступени напряжения.

После преобразования получим:

<£>г

и2Т

и =и *к лЬп- + г.

1У1'

7*1

17'

/,г=уг»* ¿,,т++(1+г„ ♦гг)м--?1-+-Я),

Исследования влияния погрешности измерения параметров электрических режимов на точность определения параметров схемы замещения трансформаторов с позиции теории четырехполюсников показали, что

- погрешность измерения режимных параметров до 2,5% не оказывает существенного влияния на получаемые результаты. При этом среднеквадратичное отклонение определения параметров схемы замещения не превышает 1,5%;

- коэффициент трансформации наименее чувствителен к погрешностям измерения режимных параметров.

Предложенный метод определения параметров схемы замещения трансформатора на основе теории четырехполюсника обеспечивает высокую точность определения его параметров. Для широкого внедрения метода необходима дополнительная проверка в лабораторных условиях и на реальных объектах.

Также для решения задачи идентификации параметров силовых трансформаторов без или с неработающим РПН можно использовать методики, разработанные для линий электропередачи. В этом случае в системе в уравнении (3) появляется еще один искомый параметр - коэффициент трансформации:

12п№1 + ¡п(0х т -2[\т№т -Щт(0Хт + К(0-и]т(0кгт = 0. (28)

Для определения всех параметров необходимо составить систему из трех уравнений (для трех «различных» режимов):

+- 2в:А)хг = о,

4(ОДг2 + /¿.(0^-2 РА'г)Кт-ЩА<2)Хт = о, (29)

Известно, что параметры схемы замещения трансформаторов без РПН не претерпевают существенных изменений на достаточно продолжительных интервалах времени. В силу этого обстоятельства появляется необходимое времени для ожидания появления достаточно «разных» режимов с целью вычисления коэффициентов уравнений системы (29).

Анализ влияния погрешности измерения значений тока и напряжения нг получаемые результаты позволяет сделать заключение о том, что при погрешности измерений до 0.5% среднеквадратичное отклонение определения пара' метров схемы замещения трансформатора по предложенным моделям не пре-

вышает 1%. Результаты практически совпадают с аналогичными исследованиями для ЛЭП.

С целью проверки разработанных методик был проведен ряд испытаний на реальных объектах, а также в лабораторных условиях. В частности были проведены исследования автотрансформатора 500/220 подстанции «Тагил» МЭС Урала. Часть результатов приведена в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты практической проверки методики

Паспортные данные трансформатора;

11У=1,64 |ХУ=108,15 |Яз=0,38 | Х8=0,0 1 |0=1,37 |в=3,79

АТ 500/220 КВ

Дсйст за /. . Айплэт. ; УШЛ

Момент времени 14:32:24

129358,164 182548,734 0.000 127349,735 44349,056 134851,0

(Л>4В. 292894,813 412685,250 4,972 129883,084 62694,604 144222,8

0,098 0,048 26,957 0,000 0,000 0,000

- 1065,016 1476,741 -18,516

1Ъ, А 538,085 697,264 -20,179

1«, А\Т-; 0,073 0,004 -87,132,

Расчетные параметры схемы замещения (векторная форма)

1*у=1,5 Ху=105,9 1*5=0,35 Х5=0 _Г______Г_ 0=1,10 В=4,09

Расчетные параметры схемы замещения (четырехполюсник)

11у=1,51|ХУ=105,456 1Ъ;=0,39 Хв=0 " -1 * 0=1,02 В=3.99

Момент времени 14:45:34

Ва,В . 129696,383 182313,000 0.000 126977,853 43871,314 134343,0

иь.в- - 291510,406 411728,313 5,077 127567,126 56034,742 139331,4

0,151 0,056 26,304 0,000 0,000 0,000

к'Д'-- 1042,050 1457,444 -18,628

щю::;. 501,094 670,433 -18,261

(о, А 0,063 0,008 19,412

Расчетные параметры схемы замешения

ХУ=105,9 1*5=0,35 |Хг=0 0=1,11 В=4,1

Расчетные параметры схемы замещения (четырехполюсник)

Ку=1,53|Ху=105,63 Я5=0,36 Хз=0 " 1 - 0=1,06 В=4,0

В результате измерений и расчетов установлено:

1) Паспортные и расчетные параметры схемы замещения на момент проведения измерений режимных параметров отличаются. Различия достигают 8,5% по активному и 2,6% по реактивному сопротивлениям, 18% по реактивной и 9 % по активной проводимостям.

2) Различные методики позволяют получать практически одинаковые параметры схемы замещения трансформатора.

Это позволяет сделать вывод о целесообразности использования адаптивных систем, уточняющих значения параметров схем замещения трансформаторов и ЛЭП по данным измерений параметров электрического режима.

Заключение

Существенным резервом улучшения эффективности управления электрическими режимами является повышение точности задания параметров схем замещения элементов электрической сети. Основным итогом диссертационной работы является разработка методов определения параметров схемы замещение элементов электрической сети по измерениям параметров электрического режима в темпе поступления исходных данных.

Этот итог включает в себя следующие результаты:

1) Показано, что применяемые в эксплуатации электроэнергетических систем методы задания параметров схемы замещения элементов имеют значитель ные погрешности, что приводит к существенным ошибкам при решении за дач управления режимами.

2) Теоретически обоснованы и исследованы новые методы адаптивной иденти фикации эквивалентных параметров линий электропередачи и трансформа торов на интервале времени, использующие измерения параметров электри ческого режима многоканальными цифровыми регистраторами электриче ских сигналов (цифровых регистраторов аварийных процессов и др.), для и; применения в режиме реального времени.

3) Предложен количественный критерий разности режимов и разработан алго ритм определения точки начального приближения для задачи адаптивно1 идентификации параметров схемы замещения элементов электрической сети

4) Предложены методы адаптивной идентификации параметров внешних экви валентов на основе методов определения параметров схемы замещения ЛЭП.

5) Разработан метод идентификации параметров схемы замещения трансформа тора по измерениям амплитуд и фазных углов тока и напряжения в вектор ной форме и на основании теории четырехполюсника.

6) Экспериментально подтверждена возможность применения разработанных методов определения параметров схемы замещения на основании измерений параметров электрического режима.

7) Показана необходимость проработки технологии использования предложенных методов в эксплуатационных условиях на различных физических объектах, например для задач релейной защиты и автоматики..

Основное содержание диссертации представлено в работах:

1. Информационное обеспечение задач краткосрочного и оперативной: управления электрическими режимами/П.И.Бартоломей, А.С.Бердин. С.И.Демидов, П.А.Крючков, А.В.Паздерин, С.Н.Шелюг.// Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции Иркутск, 1994.

2. Модели оперативного управления активной мощностью в ЭЭС для обеспечения надежности/П.И.Бартоломей, Н.А.Грудинин, С.Н.Шелюг// Проблемы энергетики Казахстана: Материалы научно-технической конференции/ Алма-Ата, 1994.

3. Первичная обработка телеизмерений и оценивание состояния электроэнергетической системы/ П.И.Бартоломей, А.В.Паздерин, С.Н.Шелюг// Повышение

эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Те-1исы доклада Всероссийской научно-технической конференции/ Иркутск, 1995.

4. Достоверизация телеизмерений для оценивания состояния ЭЭС/ 1.И.Бартоломей, Е.Н.Бегалова, А.В.Паздерин, С.Н.Шелюг// Современные про-шемы энергетики, электромеханики и электротехнологии: Вестник УГТУ, 1995.

5. Повышение достоверности первичной информации о режиме энергосисте-ш/ П.И.Бартоломей, Е.Н.Бегалова, С.Н.Шелюг // Проблемы энергосбережения Дальнего Востока: Тезисы доклада Всероссийской научно-технической конфе->енции: Благовещенск 1996.

6. Повышение достоверности информации в АСДУ энергосистемами/ Т.И.Бартоломей, Е.Н.Бегалова, С.Н.Шелюг // Современные технологии эконо-1ичного и безопасного произвдства и использования электрическойэнергии: Доклад Международной научно-технической конференции, Днепроптровск 997г.

7. Методы идентификации характеристик и параметров электрической сети./ VC.Бердин, С.Н.Шелюг//Энергетика: экология, надежность, безопасность: Ма-ериалы докладов четвертой всероссийской научно-технической конференции, омск 1998.

8. Адаптивные методы идентификации эквивалентных параметров электриче-кой сети/ A.C.Бердин, А.А.Суворов, С.Н.Шелюг// Энергетика: экология, надежность, безопасность: Материалы докладов пятой всероссийской научно-ехнической конференции. Томск 1999.

9. Экспериментальное исследование качества формирования архивов теле-гетрии/ A.A. Алексеев, П.И.Бартоломей, Е.Н.Бегалова, А.С Бердин, i..А.Суворов, С.Н.Шелюг// Энергетика: экология, надежность, безопасность: Материалы докладов пятой всероссийской научно-технической конференции, 'омск 1999.

10. Адаптивное идентификационное моделирование электроэнергетических истем./ А.С.Бердин, П.А.Крючков, А.А.Суворов, С.Н.Шелюг //На передовых убежах науки и инженерного творчества. / Труды второй международной на-чно-технической конференции УРО РАИН/ под редакцией В.Г.Лисиенко. -Екатеринбург, изд.УГТУ, 2000г.

11. Методы оперативной идентификации параметров схем замещения эле-ентов электроэнергетических систем / А.С.Бердин, П.А.Крючков, L.A.CyBopoB, С.Н.Шелюг // Материалы Конференции молодых специалистов иектроэнергетики - 2000г. - М.:Изд. НЦЭНАС, 2000 г.

12. Методы определения параметров схем замещения для задач управления пектрическими режимами. / А.С.Бердин, П.А.Крючков, А.А.Суворов, '.Н.Шелюг // Сборник трудов кафедры «Автоматизированные электрические истемы» - Екатеринбург: Изд.УГТУ-УПИ, 2000г.

Параметры схем замещения элементов сети энергосистемы

1.1. Погрешности параметров схемы замещения линии электропередачи и трансформатора

1.2. Методы формирования параметров схемы замещения элементов электрической сети

1.3. Влияние погрешности задания параметров схемы замещения элементов электрической сети на решение электроэнергетических задач

Адаптивные методы идентификации параметров простейшей схемы замещения линии электропередачи

2.1 Использование уравнения падения напряжения

2.2. Использование уравнения потери мощности

2.3. Методы и алгоритмы адаптивной идентификации активного и реактивного сопротивлений линии электропередачи

Методы идентификация параметров схемы замещения линии электропередачи с учетом поперечной проводимости

3.1. Использование линейной модели для определения параметров схемы замещения

3.2. Использование нелинейной модели для определения параметров схемы замещения

3.3. Определение эквивалентных параметров частей электрической сети

3.4. Приведенные элементы схемы замещения ЛЭП

Определение параметром схем замещения силовых трансформаторов

4.1. Идентификация параметров схемы замещения трансформаторов в векторной форме

СОКРАЩЕНИЯ

АРМ - автоматизированное рабочее место;

АСДУ - автоматизированная система диспетчерского управления;

ЕЭС - единая энергетическая система;

КИО - комплекс информационного обслуживания;

КСП - краткосрочный прогноз;

ЛЭП - линия электропередачи;

НС - нерегулярная составляющая;

ОДУ - объединенное диспетчерское управление;

ОИК - оперативный информационный комплекс;

ОИУК - оперативно-информационный управляющий комплекс

ОКП - оперативный и краткосрочный прогноз;

ОС - оценивание состояния;

ОЭС - объединенная энергосистема;

ПСЗ - параметры схемы замещения

ПТИ - псевдотелеизмерение;

ПЭР - параметры электрического режима;

РПН - регулирование под нагрузкой;

СГН - суточный график нагрузок;

СИН - статистическая идентификация нагрузок;

СКО - среднеквадратическое отклонение;

СЛУ - система линейных уравнений;

СМНУ - система моделей нагрузок узлов;

СИЛУ - система нелинейных уравнений

ССТИ - система сбора телеинформации;

ТИ - телеизмерение;

ЦДС - центральная диспетчерская служба энергосистемы;

ЦДУ - центральное диспетчерское управление;

ЦРАП - цифровой регистратор аварийных процессов

ЭЭС - электроэнергетическая система; 4

Введение

Повышение эффективности выработки электроэнергии связано с совершенствованием технологического управления работой электроэнергетических систем (ЭЭС). От эффективности управления электрическими режимами ЭЭС существенно зависит рациональность использования необходимых ресурсов, качество и надежность снабжения электроэнергией потребителей, а также уровень воздействия процесса производства, распределения и потребления энергии на окружающую среду.

Экономические и структурные преобразования всего электроэнергетического комплекса страны за последнее время качественно меняют состав и принципы взаимодействия участников электроэнергетического рынка. Потребители энергии, опираясь на новые нормативные документы, предъявляют повышенные требования к качеству электрической энергии. Произошедшее обновление промышленной и персональной компьютерной техники инициировали изменение подхода к организации процесса управления ЭЭС на всех его уровнях. Это коснулось как систем формирования первичных данных, так и автомати5 зированных систем диспетчерского управления (АСДУ) верхнего уровня.

К важнейшим народнохозяйственным задачам относятся работы/ направленные на совершенствование производства, передачи и распределения электрической энергии, включая системы управления этими процессами.

В основу применяемых методов решения задач управления положена модель электрической системы, которая включает в себя схемы замещения элементов сети, нагрузку и генерацию узлов. Каждая модель адаптируется к специфике решаемой задачи в соответствии с требованиями, предъявляемыми к этим моделям на различных иерархических уровнях управления электрическими режимами. Как правило, эти требования ужесточаются при переходе с более низких уровней систем управления на более высокие. Это касается как данных о параметрах электрических режимов (ПЭР), так и данных о параметрах схемы замещения сети (ПСЗ).

В настоящее время параметры элементов схемы замещения, применяемые в эксплуатации моделей(за исключением коэффициента трансформации), в подавляющем большинстве случаев определяются по справочным и паспортным данным и считаются неизменными в течение всего срока эксплуатации.

В работах Гамма А.З., Заславской Т.Б., Идельчика В. И., Паламарчука В. И., Рахманова Н.Р. [41, 48, 58, 59, 60, 63, 67, 68, 69, 83, 89] и других авторов показано, что параметры схем замещения, зависят от многих, в том числе существенно изменяющихся факторов и 6 для реальных объектов могут изменяться в значительных пределах (до 20 % для продольных составляющих, до 200 % для поперечных составляющих). Данные о распределениях ошибок при задании параметров схем замещения реальных объектов в литературе отсутствуют [41].

В связи с этим возникают естественные вопросы, такие как:

- насколько влияет неточность задания ПСЗ на оперативные и плановые решения по управлению режимами, включая оценку состояния, оценку потерь мощности и другие задачи;

- если это влияние оказывается существенным, то имеется ли возможность, в смысле информационного обеспечения, уточнения значений параметров;

- какие методы и алгоритмы должны быть положены в основу контроля и коррекции ПСЗ.

В настоящей работе ставится целью найти ответы на поставленные вопросы. Наметившиеся тенденции в развитии информационного обеспечения АСДУ, включая системы сбора и обработки данных о параметрах режима, позволяют на современном этапе ставить задачу разработки методов и средств адаптивной идентификации параметров схем замещения элементов сети по данным телеметрии для оперативного управления режимами энергосистемы.

Актуальность работы.

Сложившаяся структура организации эксплуатации ЭЭС в части оперативного и противоаварийного управления требует адекватного представления информации о 7 элементах схемы замещения, ее частях и примыкающих к ней других ЭЭС с помощью их эквивалентов. В силу того, что параметры схем замещения зависят от многих факторов и претерпевают ощутимые изменения, необходима их оперативная идентификация.

Вопросы идентификации параметров схем замещения элементов электрической сети подымались достаточно давно, но до последнего времени не было технической возможности обеспечить измерения ПЭР с достаточной точностью. Произошедшее в последнее время качественное улучшение используемых на объектах ЭЭС средств вычислительной техники позволяет получать данные для решения этой задачи.

Особенностью задачи формирования адекватной модели ЭЭС для задач управления ее режимами является неповторимость набора исходной информации в каждый момент времени.

Известно, что значительное влияние на точность результатов оказывает точность задания исходных данных. При этом, в подавляющем большинстве электротехнических задач ПСЗ считаются базовыми исходными данными и пользуются абсолютным доверием. В тоже время исследования показали [21, 22, 30, 31, 35, 36, 43, 46, 56, 63, 66, 67, 70, 92, и др.], что их возможные погрешности могут существенно искажать конечные результаты. Часто требуемая точность результатов не согласуется с точностью задания ПСЗ элементов электрической сети. 8

Объект исследования.

Электроэнергетическая система (ЕЭС, ОЭС, ЭЭС), как объект исследования, является системой кибернетического типа. Для нее характерно наличие всех основных типов информации - детерминированной, стохастической и неопределенной. Также энергосистеме, как сложной системе, присущи такие свойства, как: целостность, многосвязность, эмерджентность, динамичность [ 3, 4, 5, б, 30] .

Рассматривая технологические особенности электроэнергетической системы следует отметить, что управление в ней должно обеспечить учет всех разноскоростных и разновременных процессов присущих ей. Описание всех процессов, происходящих в ЭЭС, при помощи общей математической модели затруднительно и потребовало бы обработки огромного объема информации, при этом возникли бы значительные трудности с использованием созданной модели в виду ее сложности. Последнее обстоятельство приводит к необходимости математического моделирования не всего непрерывного процесса развития и функционирования ЭЭС, а отдельных взаимосвязанных временных этапов (разработки, эксплуатации и др.) и технологических фрагментов электрической сети. На каждом выделенном этапе и рассматриваемом объекте решаются присущие только ему задачи, и строятся соответствующие математические модели. В каждом из используемых процессов в том или ином виде используются ПСЗ элементов электрической сети. Именно параметры схемы 9 замещения элементов электрической сети подробно исследуются в работе.

Цель работы.

Повышение качества информационного обеспечения задач оперативного и противоаварийного управления электрическими режимами ОЭС в части параметров применяемых схем замещения элементов электрической сети. Разработка методов и алгоритмов адаптивной идентификации параметров схемы замещения элементов ЭЭС их текущему состоянию, применительно к задачам управления электрическими режимами.

Методы исследования.

Для решения поставленных в работе задач применяются методы с использованием фундаментальных законов теоретических основ электротехники. Изучение свойств моделей основано на методах нелинейного программирования, математической статистики, теории вероятностей, аналитической геометрии, функционального анализа и математического моделирования. Полученные теоретические результаты подкреплены численными и экспериментальными исследованиями.

Научная новизна.

1.Предложены, теоретически обоснованы и исследованы новые методы адаптивной идентификации эквивалентных параметров элементов ЭЭС, использующие измерения параметров электрического режима многоканальными цифровыми регистраторами электрических сигналов (цифро

10 вых регистраторов аварийных процессов и др.), для их применения в режиме реального времени.

2.Разработан метод определения параметров схемы замещения линии электропередачи, а также алгоритм определения точки начального приближения для решения задачи .

3.Предложен критерий разности режимов для задачи адаптивной идентификации параметров схемы замещения элементов электрической сети.

4.Предложены методы адаптивной идентификации параметров внешних эквивалентов с использованием разработанного для ЛЭП метода.

5. Разработаны методы идентификации параметров схемы замещения трансформатора по измерениям амплитуд и фазных углов тока и напряжения в векторной форме и на основании теории четырехполюсника.

6.Экспериментально подтверждена и доказана возможность применения разработанных методов оценки параметров схемы замещения на основании измерений параметров режима.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Использование нового подхода адаптивного формирования данных о параметрах схемы замещения элементов ЭЭС обеспечивает повышение точности решения задач управления электрическими режимами, в том числе оценки те куще-го состояния ЭЭС, оптимизации и др., а также определение эффективных действий управления электриче

11 скими режимами для обеспечения надлежащего качества электроэнергии и структуры ее потерь.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах, в том числе на всероссийских научно - технических конференциях "Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири" (Иркутск, 1994, 1995 гг.); международной научно - технической конференции "Современные технологии экономичного и безопасного производства и использования электроэнергии" (Днепропетровск, 1997 г.); четвертом и пятом всероссийских научно-технических семинарах

Энергетика: экология, надежность, безопасность" (Томск, 1998, 1999 гг.); на научном семинаре в НГТУ (Новосибирск, 2000 г.); на научном семинаре электротехнического факультета УГТУ (Екатеринбург, 2000 г.); на конференции «Молодые специалисты электроэнергетики 2000» ВНИИЭ (Москва - 2000г.).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ [2, 12 - 17, 23 - 27 ] . Выпущено 2 научных отчета по договору с РАО ЕЭС «Разработка подсистемы адаптивного формирования информации о режиме и параметрах электрической сети в составе КИО ОЭС Урала».

12

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (125 наименований) и 9 приложений, содержит таблицы, иллюстрируется рисунками. Общий объем диссертационной работы составляет 173 страницы текста.

Результаты исследования лабораторного трансформатора

Метод определения параметров Определенные парамтеры

R (Ом) X (Ом)

Опыты холостого хода и короткого замыкания 0,086 0, 123

Векторная форма 0,0795 0, 112

Четырехполюсники 0,0798 0, 114

Использование модулей 0, 08 0, 115

Таким образом можно сделать вывод о работоспообности предлагаемых методов. Различие результатов (10 % по активному сопртивлению и 9 % по реактивному сопротивлению), полученных общепринятыми методами и методами, предлагаемыми в работе, объясняется погрешностями измерений электромагнитными приборами при значительной несинусоидальности кривых тока и напряжения в опытах холостого хода и короткого замыкания. Также оказывают влияние методы расчета и система расчетных допущений. В целом результат определения ПСЗ трансформатора общепринятыми и предложенными в работе методами согласуются, но для практического внедрения необходимо проведение всесторонних испытаний и исследований на различных реальных объектах с учетом влияния возможных факторов.

148

Заключение

Существенный резерв улучшения эффективности управления электрическими режимами находится в повышении точности задаваемых параметров схем замещения электрической сети. Основным итогом диссертационной работы является разработка методов определения параметров схемы замещения элементов электрической сети по измерениям параметров электрического режима в темпе их поступления в оператино-информационный комплекс АСДУ энергосистем. Этот итог включает в себя следующие результаты:

1. Показано, что применяемые в эксплуатации электроэнергетических систем способы задания параметров схемы замещения элементов имеют значительные погрешности. Это существенно искажает результаты решения различных электроэнергетических задач, в частности в расчетах и оптимизации установившихся режимов.

2. Современное состояние и наметившиеся перспективы развития вычислительной техники как в части проведения расчетов, так и в части сбора информации о параметрах режима позволили предложить новый подход к решению задачи идентификации параметров схемы замещения элементов электрической сети на базе высокоточной телеметрии.

Теоретически обоснованы и исследованы два новых метода адаптивной идентификации параметров схемы замещения линии электропередачи. Показана область их целесообразного применения. Предложен количественный критерий разности режимов для задачи адаптивной идентификации параметров схемы замещения. Показано, что его применение обеспечивает решение задачи идентификации в условиях эксплуатации. В связи с тем, что выявлена высокая чуствительность задачи к координатам точки начального приближения, разработан алгоритм ее нахождения для определения параметров схемы замещения элементов электрической сети. Предложен метод адаптивной идентификации параметров внешних эквивалентов на основе методов, разработанных для идентификации ПСЗ ЛЭП.

Разработан метод идентификации параметров схемы замещения трансформатора по измерениям амплитуд и фазных углов тока и напряжения в векторной форме и на основании теории четырехполюсника. Экспериментально подтверждена и доказана возможность применения разработанных методов оценки параметров схемы замещения на основании измерений параметров режима. Исследования проводились на трансформаторах на п/ст «Тагил» и «Шагол» МЭС

151

1. Александров П. С. Лекции по аналитической геометрии. // М.: Нака, 1968, 912с., илл.

2. Арзамасцев Д. А. Некоторые вопросы математического моделирования для управления большими системами применительно к электроэнергетическим системам // Сб. «Оптимизация и управление в больших системах энергетики». Иркутск, СЮИ СО АН СССР, 1970, с.215-228.

3. Арзамасцев Д.А., Бартоломей П.И., Холян A.M. АСУ и оптимизация режимов энергосистем. // М. : Высшая школа, 1983, 208с.

4. Арзамасцев Д.А., Веников В.А. О построении экономико-математических моделей электроэнергетических систем // Изд. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1970, №2, с.76-84.

5. Арзамасцев Д.А., Липес А.В., Мызин А.В. Модели и методы оптимизации развития энергосистем // Свердловск: изд. УПИ, 1976, 144с.

6. Арзамасцев Д.А. Оценки потерь электроэнергии в сети энергосистемы. // Свердловск: Уральский политехнический институт им. С.М. Кирова, 1968, 55с.

7. Ашманов С.А., Тимохов А.В. Теория оптимизации в задачах и упражнениях. // М. : Наука. Гл. ред. Физ.-мат.лит., 1991, 448с.

8. Базара М., Шетти. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы. // М.: Мир, 1982.

9. Бакушинский А.Б., Гончарский А. В. Итеративные методы решения некорректных задач. // М. : Наука, 1989, 128с.

10. Бард Й. Нелинейное оценивание параметров. //

11. М.: Статистика, 1979, 349с.

12. Бартоломей П.И., Бегалова Е.Н., Паздерин А.В., Шелюг С.Н. Достоверизация телеизмерений для оценивания состояния ЭЭС. // Современные проблемы энергетики, электро-механики и электротехнологии: Вестник УГТУ, 1995.

13. Бартоломей П.И., Бегалова Е.Н., Шелюг С.Н. Повышение достоверности первичной информации о режиме энергосистемы. // Проблемыэнергосбережения Дальнего Востока: Тезисы доклада Всероссийской научно-техническойконференции:1 Благовещенск, 1996.

14. Беллман Р. Введение в теорию матриц. // М. : Наука, 1976, 352с.'

15. Беллман Р. Процессы регулирования с адаптацией. // М.: Наука, 1964.

16. Белгодский М.Я. Справочник по высшейматематике. // М.: Наука,1968.

17. Беляев JI. С. Решение сложных оптимизационных задач в условиях неопределенности. // Новосибирск: Наука, 1977, 408 с.

18. Беляев JI.C., Крумм JI.A. Применение вероятностных методов в энергетических расчетах. // «Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт», 1983, №2, с.3-11.

19. B.Г.Лисиенко. Екатеринбург, изд.УГТУ, 2000г.

20. Бердин А.С., Крючков П. А., Суворов А. А. , Шелюг

21. C.Н. Методы оперативной идентификации параметров схем замещения элементов электроэнергетических систем // Материалы Конференции молодых специалистов электроэнергетики 2000г. -М.:Изд. НЦЭНАС, 2000 г.

22. Бердин А.С., Крючков П.А., Суворов А.А., Шелюг С.Н. Методы определения параметров схем замещения для задач управления электрическими режимами. // Сборник трудов кафедры

23. Автоматизированные электрические системы» Екатеринбург: Изд.УГТУ-УПИ, 2 000г.

24. Бердин А. С., Суворов А. А. , Шелюг С.Н. Адаптивные методы идентификации эквивалентных параметров электрической сети. // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Материалы докладов пятой всероссийской научно-технической конференции. Томск 1999.

25. Бердин А.С., Шелюг С.Н. Методы идентификации характеристик и параметров электрической сети. // Энергетика: экология, надежность,безопасность: Материалы докладов четвертой всероссийской научно-технической конференции. Томск 1998.

26. Бернас С., Цёк 3. Математические модели элементов электроэнергетических систем.: Пер. с польск. // М. : Энергоиздат, 1982, 312 е., ил.

27. Блок В.М. Электрические сети и системы. // М. :

28. Высшая школа, 1986, 431с., илл.

29. Веселова Г.П., Грибанов Ю.И. Стохастическое квантование и статистический анализ случайных процессов. // JI.: Госэнергоиздат, 1960, 368с. Глазунов А.А., Глазунов А.А. Электрические сети и системы // м. : Энергоатомиздат, 1991, 152с., ил.

30. Гамм А.З. О ценности информации при управлении нормальными режимами электроэнергетической системы. Информационное обеспечениедиспетчерского управления в электроэнергетике. // Новосибирск: Наука, 1985. С.12-23.

31. Гамм А.З., Голуб И.И., Ополева Г.Н. Анализ ненаблюдаемых и плохо наблюдаемыхэлектроэнергетических систем по данным измерений. // Информационное обеспечение диспетчерского управления в электроэнергетике. Новосибирск: Наука, 1985, с.39-52.

32. Гамм А.З., Голуб И.И., Ополева Г.Н. Некоторые задачи анализа режима электроэнергетических систем по данным измерений. // «Электричество», 1984, №6, с.1-6.

33. Гамм А.З., Крумм Л.А. Методы оптимизации режима электроэнергетических систем при случайном характере исходной информации. // «Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт», 1971, №1, с.49-59.

34. Гамм А.З., Паламарчук С.И. Адаптивные системы моделей при оперативном управлении режимами ЭЭС. // Изв. Сибирского отделения АН СССР. Серия технических наук, Вып.1, 1990, с.72-78.

35. Гамм А.З., Попова Е.В. Адаптивноеэквивалентирование электроэнергетических систем. // «Электричество», 2000, №5, с.10-15.

36. Головицын Б.И., Лисеев М.С., Унароков А.А. Идентификация элементов АЭЭС по данным нормальной эксплуатации. // Труды семинара «Кибернетика электроэнергетических систем». Челябинск, Вып.1, 1975.

37. Головицын Б.И., Лисеев М.С., Унароков А.А. К развитию теории решения задач идентификации и оценивания с помощью алгоритма регуляризации. // Сб.докладов «Моделирование динамических систем», Брянск, 1974, Вып.2, с.47-56.

38. ГОСТ Р 13109-97 Электрическая энергия. Электромагнитная совместимость. Нормы качества электрической энергии в системахэлектроснабжения общего назначения.

39. Гурский С. К. Статистическое моделирование нормального режима энергосистемы. // Изв. АН

40. Гусейнов Ф.Г., Рахманов Н.Р. Оценка параметров и характеристик энергосистем. // М. : Энергоатомиздат, 1988. 152.

41. Емельянов Н.П. Потери мощности при короне на линиях электропередачи с неращепленными проводами. // «Электричество», 1967, №9. Жуков В.В. Изменение парметров воздушных линий при коротких замыканиях. // «Электрические станции», 2000, №5, с.44-51.

42. Заславская Т.Б., Ирлахман М.Я. Пределы вариаций электрических параметров силовыхтрансформаторов. // Сб. «Работы в области электроэнергшетических систем». Труды СибНИИЭ. Вып.20. М., «Энергия», 1971.

43. Заславская Т.Е., Ирлахман М.Я., Ловягин В.Ф. Пределы вариации электрических параметров симметричной линии электропередачи. // Сб. «Режим и устойчивость электроэнергетических систем». Труды СибНИИЭ. Вып.17. М., «Энергия», 1970 .

44. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным, данным. // М.: Радио и связь, 1987, 120с.

45. Идельчик В.И., Новиков А.С., Паламарчук С. И. Влияние погрешностей информации на расчеты оптимальных режимов. // «Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт», 1982, №2, с.22-29.

46. Идельчик В.И., Новиков А.С., Паламарчук С. И. Ошибки задания параметров схем замещения при расчетах режимов электрических систем. // Сб. «Статистическая обработка оперативной информации в электроэнергетических системах», Иркутск, 1979.

47. Идельчик В.И., Паламарчук С. И. Погрешности в исходной информации при расчетах режимов электрических систем. // Сб. «Вопросы применения математических методов при управлении режимами и развитием электрических систем» ИПИ, Иркутск, 1972.

48. Идельчик В.И., Паламарчук С.И. Определение полной погрешности при расчетах установившихся режимов электрических систем // Электричество, №2, 1977.

49. Каминскас В., Немура А. Статистические методы в идентификации динамических систем. // Вильнюс: Минтис, 1975.

50. Китаев А.В. Математическое описаниеэлектромагнитных процессов трансформаторов на основе теории четырехполюсников. //1. Электричество», 2000, №4.

51. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. // М.: Наука, 1970, 720 с.

52. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для начных работников и инженеров. // М. : Наука, 1984, 832с.

53. Кузнецов И.Ф., Каган В.Г., Малоян К.Ф. Электрические параметры сталеалюминевых проводов на промышленной и высоких частотах. // «Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт», 1968, №3, с. 3846.

54. Курбацкий В. Г. Статистическая обработка информации для систем противоаварийной автоматики // Сб. «Алгоритмы обработки данных в электроэнергетике». Иркутск: изд. СЭИ, 1982. с. 47-56.

55. Левитов В.И. Корона переменного тока. //М., «Энергия», 1968.

56. Левитов В.И., Попков В. И. Исследование короны на высоковольтных электропередачах. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1964. № 3. С.328 -340.

57. Липес А.В. Применение методов математической статистики для решения электроэнергетических задач. Учебное пособие. // Свердловск: Изд-во УПИ, 1983. 88с.

58. Любарский Ю.Я., Шейнбок Л. С. Адаптивная обработка телеинформации в малых ЭВМ АСДУ энергосистем. // В кн. «Средства управления в энергетике». М. : Информэнерго, 1974 , № 7 С.13-18 .

59. Митропольский А. К. Техника статистических вычислений. // М.: Наука, 1971, 576с. Митрофанов И.Е., Унароков А.А. Определение параметров элементов электрических систем по данным телеизмерений. // Сб.докладо

60. Информационное обеспечение. Задачи реального времени в диспетчерском управлении.» Каунас, 1989, 4.1, с.45-50.

61. Митюшкин К.Г. Телемеханика в энергосистемах. // М.: Энергия, 1975, 352с., ил.

62. Нейман JI.P., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники. // Ленинград: Энергия, 1967, 522с.

63. Нейман JI.P., Зайцев И. А. Электрические параметры сталеалюминевых проводов. //

64. Электричество», 1935, №19, с.7-9. Неклепаев Б.Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций. // Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. // М. : Энергоатомиздат, 1989, 608с.

65. Паламарчук С. И. Определение погрешностей при расчетах на ЦВМ установившихся режимов электрических систем. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. // Новосибирск, 1973 .

66. Паламарчук С. И. Построение математических моделей для адаптивного управления режимами электроэнергетических систем. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени докт. техн. , наук. // Новосибирск, 1997.

67. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа обработки наблюдений. // М. : Наука, 1968. 288с.

68. Пытьев Ю.П. Математические методы интерпритации экспериментов. // М. : Высш.шк., 1989, 351с. ил.

69. Руководящие указания по релейной защите. Вып.11. Расчет токов к.з. для релейной защиты и автоматики в сетях 110 750 кВ. // М.: Энергия, 1979, 152с.

70. Савицкий С. К. Инженерные методы идентификации энергетических объектов. // J1.: Энергия, 1978.

71. Саридис Д. Самоорганизующиеся стохастические системы управления. // М.:Наука, 1980, 400с.

72. Сборник директивных материалов по эксплуатации энергосистем (Электротехническая часть). // М. : Энергоатомиздат, 1981. 632с.

73. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. // М.: Наука, 1985.

74. Совалов С. А. Режимы единой энергосистемы. // М.: Энергоатомиздат, 1983, 384с.

75. Совалов С.А., Кучкин М.Д., Лезков С.Н. Режимные характеристики объединенных энергосистем Центра, Урала и Юга. // М.: Госэнергоиздат, 1962. 40с.

76. Справочник по проектированию электрических систем. Под редакцией С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро. // М.: Энергия, 1977, 287с.

77. Тозолин О.В., Гальченко В. В. Моделирование параметров схемы замещения трехфазной воздушной линии электропередачи. // «Электронноемоделирование», 1980, №6, с.44-49.

78. Уилкинсон Дж. , Райнш С. Справочник алгоритммов на языке АЛГОЛ. // М.: Машиностроение, 1976, 390 с.

79. Унароков А. А. Адаптивный алгоритм оптимизации режима электрической сети в реальном времени. // «Изв. РАН. Энергетика», 1995, №4, с.109-116.

80. Унароков А.А. Алгоритмы идентификации параметров электрической системы. // «Изв. РАН. Энергетика», 1995, №3, с.165-173.

81. Унароков А.А. Идентификация электрических систем. // Межведомственный сб.трудов, М. : МЭИ, 1984, Вып.41, с.134-138.

82. Унароков А. А. Задачи управления режимом энергосистемы в реальном времени. Единый подход. // М.: Моск.энерг. ин-т. 1997.

83. Унароков А.А. Упраление режимом энергосистемы в реальном времени. Автореф. дисс. на соиск. уч.

84. Степени доктора техн. наук. // Москва, 1997. Федоров Г. П. Определение сопротивлений КЗ трансформаторов, автотрансформаторов 110-220 кВ при различных положениях РПН. / / «Электрические станции», 1999, №2.

85. Электрические системы, т. 2. Электрические сети / Под ред. В. А. Веникова. М. : Высш. школа, 1971. - 440 с.

86. Эльстер К.Х., Рейнгардт Р., Шойбле М., Донат Г. Введение в нелинейное программирование. // М.: Наука 1985.

87. Юдин Д. В. Математические методы управления в условиях неполной информации. // М. : Сов.радио, 1974, 400с.

88. Правила устройства электроустановок. Петров.Г.Н. Электрические машины. 4.1. (Трансформаторы) // М.: Госэнергоиздат, 195 6 Лычкина Г.П. О представлении трансформатора как четырехполюсника.// «Электричество», 1996, №5

89. Параметры цифровых регистраторов

90. Точность измерения аналогового сигнала 0,7% 0,7% 2% 5% 1% 0,7% 0,4%

91. Частота дискретизации (временная разрешающая способность) Гц 600 3600 3600 600 1000 7140

92. МКС 1666 275 275 1666 1000 140

93. Число точек на f=50Fu 12 72 72 12 20 142

94. Максимальное число: аналоговых сигналов 16 32 48 8 32 64 256 32 96дискретных сигналов 31 72 96 64 96 192 1024 1024 360

95. Диатт он рабочи X темпера ТУР ГС) (базовый) (спец. исполнение) от-10 до+40 от-10 до+60 от -40 до +70- 5. Габариты, мм 480x265x350 480x265x350 250x210x70; 230x210x70 2119x645x610 600x800x250; 120x110x125 196x170x287; 500x200x120

96. Наработка на отказ (час) 20 000 (2 года) 50 000(5 лет)

97. Стоимость 33 млн. (без НДС) от 7000$ до 17000$ (с НДС) от 11000$ до 35800$ (с НДС) 9000$ (с НДС)

98. Давность информации 1996 1996 1998 1997 1997 1998 1998 1998 19981. D Ф