автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Оперативная оценка надежности электроэнергетических систем операционных зон системного оператора

На правах рукописи

Шульгинов Николай Григорьевич

ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОПЕРАЦИОННЫХ ЗОН СИСТЕМНОГО ОПЕРАТОРА

Специальность 05 14 02 - Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь - 2007

003071478

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет» на кафедре «Автоматизированные электроэнергетические системы и электроснабжение»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Будовский Валерий Павлович. Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Надтока Иван Иванович;

- доктор технических наук, профессор Хорольский Владимир Яковлевич.

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество

«Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения» - НИИПТ (г Санкт - Петербург).

Защита состоится «25» мая 2007 г в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212 245 06 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет» по адресу 355029, г Ставрополь, пр Кулакова, 2, СевКавГТУ

Отзывы на автореферат просьба направлять по адресу 355029, г Ставрополь, пр Кулакова, 2, диссертационный совет Д 212 245 06

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Автореферат разослан «24» апреля 2007 г Ученый секретарь

диссертационного совета

Дроздова В И

Актуальность работы. Надежность работы единой

электроэнергетической системы (ЭЭС) страны в значительной степени зависит от профессиональных знаний и навыка диспетчерского персонала всех уровней иерархии диспетчерского управления ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» (Системного оператора) - ЦДУ, ОДУ и РДУ

При оперативном принятии решения диспетчерский персонал анализирует текущую информацию, получаемую от средств диспетчерского технологического управления и оперативного персонала энергообъектов по телефону, а так же априорную информацию о состоянии и оперативных свойствах объекта управления

В каждой энергосистеме, как правило, имеется несколько вариантов возможных схем электрических соединений, и задачей диспетчерского центра является выбор наилучшего из них, т е такого варианта, в котором отключение любого элемента приводило бы к наименьшим последствиям из-за отклонения от нормального режима работы энергосистемы и отдельных ее частей

Снижение надежности линий электропередачи основной сети требует принятия мер по ее восстановлению, в этой связи особенную актуальность приобретают анализ информации по ее состоянию и коррекция рабочих режимов энергосистем, задача, которую должны решать филиалы Системного оператора

Указанные соображения приводят к необходимости исследования и разработки методов оперативного анализа показателей надежности зон диспетчерской ответственности диспетчерских центров, как на стадии рассмотрения заявок на вывод оборудования в ремонт, так и при, что особенно важно, при ликвидации технологических нарушений, в режиме советчика диспетчера

Данной проблеме посвящены исследования Дьякова А Ф, Мелентьева Л А , Руденко Ю Н , Баринова В А , Розанова М Н , Семенова В А , Гук Ю Б , Непомнящего В А., Синьчугова Ф И , Фокина Ю А , Казанцева В Н , Китушина В Г , Кучерова Ю Н и др Работы этих ученых внесли значительный вклад в развитие теории и практики надежной работы электроэнергетических систем

Проводимая в настоящее время реформа управления электроэнергетической отраслью страны, создание федеральной и территориальных сетевых компаний, выделение независимых генерирующих компаний, постепенный переход к конкурентным оптовому и розничным рынкам электроэнергии и мощности невозможны без сохранения вертикали централизованного диспетчерского управления по иерархическому принципу ЦДУ-ОДУ-РДУ

Возложение на диспетчерские центры функции выполнения договорных обязательств, заключаемых между участниками федеральных и региональных рынков электроэнергии и мощности, никоим образом не снижает требований к

ЦДУ, ОДУ и РДУ по обеспечению надежности режимов единой энергосистемы России

Цель работы заключается в разработке методов оценки балансовой и структурной надежности энергосистем операционных зон диспетчерских центров Системного оператора

Основные задачи:

1 Систематизация методов оценки балансовой и структурной надежности электроэнергетических систем и возможных путей их совершенствования

2 Анализ и разработка методов, основанных на теории риска для оценки балансовой надежности электроэнергетических систем

3 Исследование надежности объектов диспетчеризации Системного оператора и ее влияния на надежность энергосистем операционных зон диспетчерских центров Системного оператора

4 Разработка методов оперативной оценки структурной и балансовой надежности энергетических систем

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теоретического и эмпирического познания На теоретическом уровне это методы непараметрической статистики и теории Надежности, логико-вероятностные методы исследования структурно-сложных систем, теория алгоритмов, математического программирования, теория рисков На эмпирическом уровне использовались методы пассивного эксперимента для анализа характеристик надежности объектов энергосистем

Научная новизна.

1 Разработан метод «ожидаемого дефицита» для оценки балансовой надежности электроэнергетической системы на основе методов теории риска

2 Разработана методика расчета показателей надежности объектов электроэнергетических систем на основе методов непараметрической статистики в условиях ограниченной выборки исходных данных

3 Предложен комбинаторный показатель структурной надежности схемы электрической сети энергосистемы формируемый на основе построенной функции работоспособности ЭЭС в виде конъюнкции отрицаний всех минимальных сечений отказов

4 Разработана методика формирования функции работоспособности системы на основе понятия связности схемы электрической сети и оценки надежности посредством математического моделирования состояний сети энергосистемы

Практическая ценность и реализация результатов работы.

1 Исследование показателей надежности воздушных линий электропередачи напряжением 330-500 кВ объединенной энергосистемы Северного Кавказа, на основе обработки архивных данных по отказам, позволило определить реальные показатели интенсивностей отказов ЛЭП

2 Разработанный метод «ожидаемого дефицита» позволяет получать оперативные оценки балансовой надежности электроэнергетических систем

3 Разработанный комбинаторный показатель надежности и методика его расчета позволяют осуществлять оперативный анализ структурной надежности схем электрической сети энергосистем

4 Разработан и внедряется в Московском РДУ программный комплекс

«Советчик диспетчера РДУ»

5 Результаты исследований внедрены и используются в центре тренажерной подготовки Системного оператора при подготовке диспетчерского персонала Методы оценки балансовой надежности электроэнергетических систем, разработанные автором, использованы при подготовке стандарта ОАО РАО «ЕЭС России» «Методики нормирования, прогнозирования и ретроспективной оценки балансовой надежности энергосистем»

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на 8 конференциях и семинарах, в том числе III Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими», Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2003 г; VII и VIII региональных научно-технических конференциях «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», Ставрополь, СевКавГТУ, 2003 и 2005 г г, 33 научно-технической конференции по результатам работы ППС, аспирантов и студентов Северо-Кавказского государственного технического университета за 2003 год, Ставрополь, СевКавГТУ, 2004г, XXVI и XXVII сессиях семинара «Кибернетика электрических систем», Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2004 и 2006 гг, VII и VIII Всероссийских конференциях «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», Н Новгород, НГТУ, 2003-2004 гг

Публикации. По содержанию и результатам диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, три из них в изданиях, рекомендованных ВАК, одна за границей

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Метод «ожидаемого дефицита» для оценки балансовой надежности энергосистем

2 Методика анализа надежности объектов электроэнергетических систем на основе непараметрических методов статистики, позволяющая получить оценки надежности при небольших объемах выборки и в условиях «засорения» статистических данных

3 Методика оперативной оценки структурной надежности электрической сети энергосистемы на основе критерия связности и комбинаторного показателя надежности

4 Методика формирования функции работоспособности системы на основе понятия связности схемы электрической сети и оценки надежности посредством математического моделирования состояний сети энергосистемы

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений Основное содержание работы изложено на 183 страницах, включающих 30 рисунков и 14 таблиц Список литературы содержит 95 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформирована цель и задачи решаемые в диссертации, показаны направления исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе определены основные задачи оперативно-диспетчерского персонала в условиях конкурентного рынка, проведен анализ существующих методов оценки надежности и эффективности его работы и способов их повышения, сформулированы задачи исследований и принципы их решения

Анализ законодательных и нормативных документов в области диспетчерского управления позволил выявить цель диспетчерского управления ведение текущих режимов работы субъектов оптового рынка, обеспечивающих надежность и качество поставки электроэнергии по результатам торгов с учетом фактических режимных условий работы ЕЭС России, что требует создания эффективной системы контроля и управления надежностью, которая гармонизировала бы коммерческие интересы и технические условия работы субъектов энергосистем и энергообъединений при рыночных отношениях Проблема обеспечения надежности энергоснабжения в условиях рынка выдвигается на одно из первых мест, по своей значимости, сложности и масштабности Об этом убедительно свидетельствуют системные аварии, происходившие в странах с рыночной экономикой, и особенно масштабные аварии, прокатившиеся в августе - сентябре 2003 г по странам Северной Америки и Западной Европы

В результате анализа литературных источников определено, что особенности функционирования Системного оператора ставят вопрос о рациональной структуре энергосистем или структурной надежности, а так же об обеспечении баланса электрической энергии и мощности, т е балансовой надежности

Используемый до настоящего времени норматив балансовой надежности в виде нормируемой величины интегральной вероятности любых дефицитов мощности в энергосистеме может быть использован только при проектных работах, использование его для оценки надежности в оперативном цикле весьма затруднительно, что требует разработки методов и алгоритмов оперативной

оценки балансовой надежности

Приведенные замечания делают благоприятными методы оценки структурной надежности для их использования в оперативном цикле действий диспетчерского персонала

Вторая глава посвящена разработке методов оперативной оценки надежности электроэнергетических систем методами теории рисков От диспетчера требуется умение заранее предугадать все типы рисков, с которыми он может столкнуться в процессе выбора того или иного решения, источники этих рисков и момент, их возникновения А оценив риски, разработать меры по сокращению этих рисков и минимизации потерь, которые они могут вызвать

При выборе альтернативных решений используют как понятие критерия выбора, так и меры риска, которая представляет собой некоторую числовую функцию на множестве случайных величин или их функций распределения, позволяющие судить о величине или значимости риска, т е как-либо измерять риск В экономике меры риска часто (хотя и не всегда) мыслятся в денежном выражении В этом случае такая мера понимается как сумма, которую нужно зарезервировать под определенный риск для покрытия возможного убытка

В электроэнергетике мерой риска может служить необходимый резерв мощности, который может понадобиться для компенсации возможного небаланса в случае неблагоприятного развития событий при выборе определенного решения

В работе рассмотрена общая математическая модель принятия диспетчерских решений при неопределенности Некоторое множество состояний природы, или сценариев развития событий

^ = Кэ>• • • э1^• | Один и только один из этих возможных сценариев в будущем реализуется

В теории выбора на основе субъективных вероятностей лицо принимающее решение (ЛПР - в нашем случае диспетчер), приписывает каждому сценарию субъективную вероятность реализации - число <7; е [0,1] Таким образом, ЛПР оценивает степень возможности отдельных сценариев и делает выбор на основе своей оценки

Возможные варианты принятых решений описываются функциями /р/2, на множестве сценариев 5 Эти функции принимают значения в некотором множестве результатов, которое, в принципе, может быть очень сложным, многокритериальным Считаем для простоты, что речь идет об агрегированных показателях, тогда результаты выбора решения /описываются числовыми значениями /(5,),), (для диспетчерского управления можно их рассматривать как требуемый резерв мощности) При реализации состояния природы (сценария) Я,, выбранный вариант решения приводит к результату /(.V,)

Схема выбора в условиях риска является частным случаем схемы выбора при неопределенности Эта схема возникает тогда, когда выбирается модель случайного появления сценариев

Все более высокая цена неправильно принятого диспетчерского решения без реальной оценки риска, разработки мер по сокращению этих рисков и минимизации потерь, которые они могут вызвать, в условиях бурного роста сложности электроэнергетических систем (19 12 1978г Франция — отключение 28000 МВт нагрузки, 14 12 1982г Хайдро-Квебек - 15500 МВт, 27 12 1983г Швеция - 11400 МВт, 12 01 1987г Франция - 12000 МВт, 23 07 1987г Токио -9186 МВт, 13 09 1989г. Хайдро-Квебек - 21000 МВт, 2 07 1996г Северо-Запад США - 11860 МВт, 10 08.1996г Калифорния - 30392 МВт, 14 08 2003г США и Канада - 61800 МВт, 25 05 2005г Москва - 3500 МВт) требует разработки более точных и надежных методов оценки риска, принимаемых диспетчером решений

Проведенный анализ наиболее известных методов оценки риска показал следующее

Метод среднего и дисперсии

(1)

/и -17~7 ' v '

где т — число состояний энергосистемы, - дефицит мощности в «-м состоянии, г - имеющийся в энергосистеме резерв мощности

Чем больше величина дисперсии, тем выше риск, что возникший из-за технологического нарушения дефицит мощности не будет покрыт имеющимся резервом Т Однако при переходе от нормальных распределений к более сложным (а именно такими характеризуются процессы в электроэнергетических системах) любой критерий, определяемый средними и дисперсиями, в принципе, может давать явно абсурдные результаты

Суммы под риском (Value at Risk) или VaR - верхняя доверительная граница (уровня У) мощности, которая может быть потеряна

Подход VaR приводит к квантильным оценкам - в качестве меры риска выступает квантиль соответствующего распределения

Формально, если Р — случайный дефицит мощности, то

VaRr(Р) = mf{w FP(yv)>\-y} (2)

где - функция распределения дефицита Р Данный метод

не реагирует на распределение величин дефицита, происходящих с вероятностями, меньшими У Они считаются маловероятными и игнорируются, т е хвост распределения отсекается Проблема тяжелых хвостов

очень существенна для «энергетических» распределений в связи с чем предпринимаются попытки дополнить УаК какими-либо характеристиками хвостов, однако следует отметить что скорость сходимости к предельному распределению на практике как правило небольшая, и поведение распределений довольно сильно отличаются от теоретических

Ожидаемая полезность оценивает некоторое пространство результатов при принятии решения £ и реализации некоторого состояния ЭЭС Хи = Л (1<\) Каждому результату Хц сопоставляется некоторая функция полезности ) > под которой понимается некоторая оценка реализации Я

состояния ЭЭС при принятом решении / Функция полезности может иметь и отрицательное значение, если в результате выполнения заявки и реализации некоторого состояния ЭЭС возникнет аварийный или другой недопустимый режим

Каждое состояние ЭЭС реализуется с некоторой вероятностью и

окончательно мы можем для каждого выбранного решения вычислить величину оценки риска - «ожидаемой полезности» от выбранного решения

т

= О)

которая будет характеризовать и надежность выбранного варианта состояния ЭЭС

В качестве функции полезности может быть использован требуемый резерв активной мощности, необходимый для компенсации дефицита образовавшегося из-за реализации того или иного сценария развития событий Данный резерв может быгь определен как методом экспертных оценок, так и расчетным путем В указанной трактовке метод «ожидаемой полезности» будем называть методом «ожидаемого дефицита»

В работе проведены исследования оценки балансовой надежности величиной риска в однородной концентрированной энергосистеме, в неоднородной концентрированной энергосистеме и в неоднородной распределенной энергосистеме всеми описанными методами

Исследования показали, что уже в неоднородной концентрированной энергосистеме со следующим набором генерирующего оборудования 2 генератора с мощностью 50 МВт, 2 генератора по 100 МВт, 1 - 200 МВт и 1 -1000 МВт, распределение вероятностей снижения располагаемой мощности имеет «тяжелый хвост» (рисунок 1), что не позволяет использовать метод среднего и дисперсии для оценки риска и балансовой надежности энергосистемы данного вида

В большинстве реальных энергосистем вся нагрузка не может быть сведена к одному узлу, а использование генерирующей мощности в различных узлах системы ограничено пропускной способностью сети

Построение функции распределения дефицита мощности требует проведения значительной серии расчетов режима электрической сети

энергосистемы Для этой цели предлагается использовать «модель постоянного тока», которая широко применяется для оценочного расчета установившегося режима электрической сети для сравнения вариантов этой сети при отключении линий и блоков Математическая модель для расчета дефицита мощности в

Рисунок 1- Распределение вероятностей Я снижения располагаемой мощности Р концентрированной неоднородной энергосистемы

неоднородной распределенной энергосистеме будет иметь вид

Рдеф=^Р:-Мах±Р^ (4)

*=1 /=1 т

I*) *=i

Р9-Ъ9{5,-д,) = 0, (6)

-Р" <Р <Р" (1Л

и у у . ( I)

где Ьу - элементы матрицы узловых проводимостей

Решение данной задачи возможно в рамках линейного программирования, данная модель позволяет получить значение дефицита мощности при различных сочетаниях отключенного генерирующего оборудования и ЛЭП, а вероятность данного режима определится по выражению

i^Zn^o-Ä,)", (8)

jek ,=1

где к - набор состояний генерирующего оборудования с одинаковой сниженной мощностью, - коэффициент готовности, г, - переменная описывающая состояние генераторов и ЛЭП

Показано, что при использовании метода «ожидаемого дефицита» можно учесть тот факт, что стоимость дефицита увеличивается по мере его роста, т к при ликвидации дефицита вначале отключатся менее ответственный потребители, а по мере роста дефицита все более ответственные

Третья глава посвящена оперативной оценке надежности электроэнергетических систем при принятии диспетчерских решений

Для обеспечения надежности электрической сети особенную актуальность приобретают сбор информации по надежности и коррекция рабочих режимов энергосистем, задача, которую должны решать диспетчерские центры Системного оператора

При оперативном принятии решения диспетчерский персонал анализирует текущую информацию, получаемую от средств диспетчерского технологического управления и оперативного персонала низшего уровня по телефону, а так же априорную информацию о состоянии и оперативных свойствах объекта управления Одним из основных свойств энергосистемы, как объекта управления, является ее надежность Анализ статистических данных по отключениям в высоковольтных электрических сетях Северного Кавказа свидетельствует о том, что значительная часть этих отключений происходит из-за повреждений воздушных линий (ВЛ) Поэтому надежность ВЛ является одним из основных факторов при оценке надежности энергосистемы в целом Оперативное планирование режимов работы энергосистемы предполагает обязательный учет показателей надежности оборудования и особенно линий электропередачи Необходимо знать на каком периоде жизни находится та или иная линия электропередачи и каковы показатели ее надежности Приведенные в литературе данные по интепсивностям отказов были определены в иных условиях эксплуатации оборудования, и являются усредненными для бывшего СССР Поэтому оценка показателей надежности для ВЛ конкретной операционной зоны в процессе эксплуатации является актуальной задачей

Объемы выборок из генеральной совокупности исходных данных по каждой линии электропередачи невелики, сроки эксплуатации их значительно различаются Данная ситуация приводит к значительным трудностям в использовании параметрических методов обработки статистических данных, т к заранее не известно на каком периоде эксплуатации - приработки, нормальной эксплуатации или старения, находится та или иная линия электропередачи Поскольку априори закон распределения не известен, а выводы необходимо делать по малому объему выборки, то по такой выборке тип закона установить невозможно

Данная ситуация приводит к необходимости применения методов, не

предполагающих использование какого-либо параметрического семейства -непараметрических методов Для проверки гипотезы об однородности выборок в непараметрической статистике воспользуемся критерием Крускала-Уоллиса

где N — общее количество наблюдений, г^ - число наблюдений в группе ^ К.,-ранг наблюдений в группе, (Ы+1 )/2 - средний ранг, вычисленный по всей группе наблюдений

При отсутствии различий между средними, значения ГЦ будут отклоняться от (№-1)/2 только в силу случайных колебаний Если же средние различаются, то получают тенденцию к различию и случайные величины К-,

Гипотеза о равенстве средних отвергается, если значение М оказывается слишком большим Статистика М, с точностью до постоянного множителя, имеет распределение %2 с к-1 степенями свободы при растущих значениях пь ,Пк (>4 ) Если гипотеза не отвергается критерием М, то это означает, что либо различия между средними невелики, либо собранный статистический материал недостаточен для их выявления

Обработка статистического материала для ВЛ 500 кВ дала результаты хорошо согласующиеся с параметрами приведенными в литературе Среднее значение интенсивности отказов для всей совокупности исходных данных по выборке отказов линий электропередачи 500 кВ составляет Х.ср=0,499, что несколько превышает показатели, приведенные в литературе (^„=0,37)

Результаты полученные для ВЛ 330 кВ (рисунок 2) говорят о существенном снижении надежности ЛЭП этого класса напряжений на Северном Кавказе

Средняя интенсивность устойчивых отказов линий электропередачи 330 кВ Северного Кавказа значительно превышает (>2 раза) средние показатели по стране

Поток отказов по внешним причинам составляет значительную долю в отказах ВЛ 500 кВ (Я.ср=0,57) и значительно превышает средние показатели по стране для ВЛ 330 кВ Анализ причин отказов по внешним причинам говорит о том, что увеличение отказов обусловлено в первую очередь значительным количеством низовых пожаров и воздействием посторонних лиц (набросы, расстрелы изоляторов, проезд негабаритного транспорта и т д ).

Поток отказов по внутренним причинам для ВЛ 330 кВ в зоне старения (Хср=0,589) говорит о низкой надежности этой группы линий электропередачи, требующей принятия срочных мер

Изменение конфигурации электрической схемы распределительного устройства (РУ), относительно нормального режима, ввиду вывода в ремонт

(9)

того или иного элемента схемы приводит к изменению первоначальных свойств схемы, что необходимо учитывать при производстве оперативных переключений и ликвидации технологических нарушений, как в схеме РУ, так и в присоединенных электрических сетях

Рисунок 2 - Параметры отказов ВЛ 330 кВ ОЭС СК в зависимости от периода «жизни» поданным 1998-2003 г г

Указанные соображения приводят к необходимости оперативного анализа показателей структурной надежности схем РУ, как на стадии рассмотрения заявок на вывод оборудования в ремонт, так и при, что особенно важно, ликвидации технологических нарушений, в режиме советчика диспетчера

Состояние баланса электрической мощности однозначно характеризуется частотой электрического тока Данный параметр является главным критерием оценки состояния баланса и частотомер является главным прибором на диспетчерском щите всех уровней диспетчерского управления

Поскольку невозможно напрямую замерить надежность схемы электрической сети особую актуальность приобретает синтез аналогичного параметра для представления уровня структурной надежности на диспетчерском щите

Анализ структурной надежности конкретной схемы РУ заключается в

оценке степени уверенности в выполнении заданных функций этой схемой в настоящем и будущем времени При этом на первом этапе анализа надежности схемы нужно прежде всего описать условия ее работоспособности, т е условия, при которых она может выполнить стоящую перед ней задачу

Существует много методов составления функций работоспособности (ФРС), все они основаны на преобразовании некоторого формализованного представления функции, выполняемой схемой, в ФРС, отражающую надежность выполнения этой функции

С учетом приведенных соображений функцию работоспособности ЭЭС можно представить в виде конъюнкции отрицаний всех минимальных сечений отказов (МСО)(одиночных и кратных)

* ГК ПР* ПВД^ = - СЮ)

В данном выражении И, — набор номеров элементов схемы, отказ которых приводит к нарушению функционирования схемы, А^к ~ набор пар номеров элементов схемы, одновременный отказ которых приводит к нарушению функционирования схемы, Л^у - набор троек номеров элементов схемы, одновременный отказ которых приводит к нарушению функционирования схемы и т д

Число элементов в наборе Ы, соответствует числу одиночных отказов элементов схемы, приводящих к нарушению критерия п-1 Число элементов g2 в наборе Л^ соответствует числу парных отказов элементов схемы, приводящих к нарушению критерия п-2. Число элементов в наборе соответствует

числу парных отказов элементов схемы, приводящих к нарушению критерия п-3 итд

Относительное число отказов, которое приводит к нарушению критерия

а

п-1 будет иметь вид /?]=—, относительное число отказов, которое приводит к нарушению критерия п-к рк=Щ:, где С' =———

Показатели р, уже сами по себе характеризуют надежность схемы сети, однако при оперативном принятии решения в условиях дефицита времени диспетчеру удобнее оперировать одним показателем, поэтому в работе предложен комбинаторный показатель надежности Н, сформированный по следующему правилу показатель ¿1 представляет собой десятичную дробь, целая часть которой равна нулю, каждые два разряда 5 определяются соответствующим показателем Р,, значение которого округляется до целого

двухразрядного числа в большую сторону

Чем меньше значение 5, тем выше структурная надежность исследуемой схемы Нулевое значение соответствующей пары разрядов показателя £1 говорит о выполнении соответствующего критерия п-к

В работе предложен метод, позволяющий формировать ФРС в форме МСО, характеризующую надежность схемы

Распределительные устройства (РУ) электростанций и подстанций представляют собой узлы схем более высокого уровня, которыми являются схемы электрических сетей энергосистемы В соответствии со своим назначением схема РУ должна обеспечивать связь всех ее присоединений в одной «электрической точке», т е обеспечивать связность схемы Изменение конфигурации РУ, приводящее к разделению схемы на два (или более) электрически не связанных между собой узла, приводит к нарушению связности схемы РУ

Нарушение связности схемы РУ соответствует нарушению условия ее работоспособности, поэтому представляется удобным формирование функции работоспособности РУ через МСО, используя анализ связности схемы РУ

Каждой схеме будем сопоставлять матрицу связности МС, строки которой соответствуют узлам, а столбцы ветвям схемы Если узел ! соединен с ветвью }, то на пересечении !-ои строки и .¡-го столбца проставляется 1, в противном случае - О

Матрица связности с отключенным узлом к - МСк, будет иметь нули во всех клетках строки к

Матрица связности с отказавшей или выведенной в ремонт ветвью г -МСГ, будет иметь в соответствующем столбце г одни нули

С учетом выше изложенного, алгоритм оценки связности схемы, представленной матрицей МС, будет иметь вид

Шаг1 Задается исходный массив узлов схемы - МасЩУз], связанность которых необходимо проверить

Шаг 2 Обнуляем расчетный массив узлов МасР[Уз]=0 и массив счета узлов МасС|Уз] =0

Шаг 3 Выбираем узел с минимальным номером из МасИ[Уз]

^ = МясИ[Уз]„ Шаг 4. МасР[Уз]= МасР[Уз] и 1МУ, МасС[Уз]= МасС[Уз] и 1Чу1 Шаг 5. Определяем массив ветвей, связанных с узлом 1ЧУ„ воспользовавшись МС

Мас[В] = МС(1ЧУ,). Шаг 6. Определяем массив узлов, связанный с массивом ветвей Мас[В] Мас[Уз] = МС{Мас|В]}. Шаг 7. МасР[Уз]= МасР[Уз] и Мас[Уз]

Шаг». Если МасР|Уз] з МасИ|Уз], то МасЩУз] связан (8=1),

конец алгоритма

Шаг 9. Если число элементов в расчетном массиве узлов № = N0 числу элементов в массиве счета узлов, то все узлы перебраны и МасЩУз] не связан ( 8=0), конец алгоритма

Шаг 10. Выбираем следующий узел

^={МасР[Уз] \МасС[Уз] }шш и переходим к шагу 4

Всю процедуру проверки связности схемы, представленной матрицей МС, обозначим МасЩУз], МС }. Данный алгоритм является центральным при построении всего семейства процедур анализа структурной надежности схем электрических сетей

Анализ структурной надежности фрагмента сети ЗЗОкВ Северного Кавказа (рисунок 3) показывает на достаточную чувствительность комбинаторного показателя структурной надежности

При отсутствии выведенного в ремонт оборудования комбинаторный показатель надежности для указанной схемы будет иметь значение 2 = 0 000306, вывод в ремонт связи 4, отключением выключателей 1 и 2 в схеме низшего уровня «Узел 11», не приводит к существенному снижению надежности сети, в смысле нарушения связности, Е = 0.000508, вывод в ремонт связи 7, отключением выключателей 3 и 4 в схеме низшего уровня «Узел9», существенно снижает надежность в указанном смысле Н = 0 081313

Четвертая глава посвящена исследованию и разработки методов оперативной оценки структурной надежности электрических сетей

операционных зон Системного оператора.

Осуществляемый в настоящее время переход к рыночным отношениям в электроэнергетике страны требует определенного пересмотра механизмов обеспечения надежности в электрических сетях всех уровней Анализ рассматриваемой проблемы выявляет два существенных обстоятельства

предварительный анализ информации о происшедшем нарушении, непосредственно действия персонала при ликвидации технологического нарушения

Предварительный анализ поступившей информации необходим для осознания того, что произошло, и принятия ответных действий, т е выбора и реализации того или иного направления ликвидации технологического нарушения

Возникновение и развитие технологического нарушения происходит не на глазах диспетчерского персонала О случившемся он узнает по информации поступающей от систем АСДУ и телефонным сообщениям подчиненного оперативного персонала

При оценке ситуации необходимо учитывать возможность ложных отключений неповрежденного оборудования, отказов в отключении повредившегося оборудования, а также отказов в работе устройств релейной защиты и автоматики (РЗА)

В каждом конкретном случае технологическое нарушение воспринимается как неожиданность, которая сразу ставит перед диспетчером ряд разнообразных задач, при этом, особенно в начальной стадии нарушения, когда диспетчер не готов еще к ответным действиям, а развитие событий требует принятия срочных мер, диспетчер неизбежно испытывает состояние эмоциональной напряженности В данной ситуации четкие и безошибочные действия диспетчера возможны лишь при качественной его подготовке к работе в указанных условиях

Особо следует выделить обеспечение баланса реактивной мощности с целью поддержания требуемых уровней напряжения в контрольных пунктах, на шинах электростанций, подстанций и потребителей, а также регулирования напряжения в необходимых пределах Данная задача является одной из важнейших задач обеспечения надежного и безопасного функционирования Единой энергосистемы России

Сложная взаимозависимость составляющих баланса реактивной мощности, а также их зависимость от других режимных параметров и локальный характер обуславливают трудности при краткосрочном планировании режимов работы энергосистем по напряжению и реактивной мощности и необходимость использования сложных алгоритмов в процессе

планирования

Анализ изменения составляющих баланса реактивной мощности Московской энергосистемы показал наличие значительных трудностей в решении задач нормализации уровней напряжения в отдельных энергорайонах

Разработанные в настоящей работе модели и методы позволяют создать «Советчик диспетчера РДУ» для выдачи рекомендаций диспетчеру по вводу текущего режима энергосистемы в допустимую область

Модуль ввода режима в допустимую область данного советчика выполняет оптимизацию линейной целевой функции, являющейся совокупностью штрафов за нарушенные ограничения Целью решения задачи является поиск наиболее эффективных управляющих воздействий, позволяющих либо устранить нарушенные ограничения, либо свести их к минимуму Оптимизация выполняется по всей совокупности параметров одновременно, что исключает возможность улучшения одних показателей за счет неприемлемого ухудшения других

Целевая функция задачи имеет следующий вид

н т

(и)

7-1 4=1

где /(а,Ь) = 0 при а< Ь и /(а,Ь) = а-Ь при а >Ь, п - общее число ветвей, по которым нарушены токовые ограничения,- ток в у -ой ветви, ^ ¡^ -предельный ток в J -ой ветви, г - масштабный коэффициент, т - общее число узлов, напряжения которых нарушают допустимые границы, IIк - напряжение в А-ом узле,^*„., - предельное напряжение в А:-ом узле

Систему ограничений задачи составляют уравнения балансов активных и реактивных мощностей в узлах схемы замещения, а также токов по контролируемым линиям

Целевая функция задачи является линейной, а ограничения -нелинейными В связи с этим ее оптимизация выполняется как итерационная процедура, предполагающая линеаризацию ограничений и решение задачи линейного программирования на каждой из итераций вычислительного процесса.

На основе предложенной математической модели задачи ввода режима в допустимую область под руководством автора было разработано программное обеспечение Советчика диспетчера РДУ, предназначенное для работы под управлением операционной системы \Vindows ХР.

Источником оперативных (условно-переменных) данных (ТИ и ТС) служит ОИК, функционирующий в Московском РДУ

Расчетная схема и справочная информация (топология, базовый режим,

таблицы соответствия ТИ и ТС ветвям и узлам расчетной схемы, P-Q диаграммы генераторов энергосистемы, допустимые токовые нагрузки трансформаторов и линий электропередачи в зависимости от температуры окружающей среды, информация об установленных в энергосистемах РПН трансформаторов и тд — вся условно постоянная информация) хранятся в реляционной базе данных, имеющей открытый интерфейс, поддерживающий стандарт SQL ANSI 92

Структура информационного обмена между компонентами программного комплекса приведена на рисунке 4

Рисунок 4 - Структура информационного обмена между компонентами программного комплекса «Советчик диспетчера РДУ»

Использование результатов настоящего исследования позволило разработать программный комплекс «Советчик диспетчера» для диспетчерской службы уровня РДУ Системного оператора, который позволяет значительно повысить надежность работы диспетчера за счет автоматического перебора возможных сценариев развития событий при «типовых возмущениях» и определения требуемого объема отключаемой нагрузки по «Графикам временного ограничения (отключения) электрической мощности» для ввода режима в допустимую область

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, можно сформулировать следующим образом

1. Разработан метод «ожидаемого дефицита» для оценки балансовой надежности электроэнергетической системы на основе методов теории риска Данные исследования использованы при подготовке стандарта ОАО РАО «ЕЭС России» «Методики нормирования, прогнозирования и ретроспективной оценки балансовой надежности энергосистем».

2 Предложена методика оценки показателей надежности электроэнергетического оборудования основанная на непараметрической статистике Одним из основных преимуществ непараметрических методов перед параметрическими является меньшая чувствительность к «засорениям» статистических данных, к влиянию грубых ошибок, попавших в статистический материал и особенно при малом объеме выборки экспериментального материала из генеральной совокупности

3 Исследованы, с помощью предложенной методики, составляющие интенсивностей отказов высоковольтных линий электропередачи 330 и 500 кВ Северного Кавказа Получены реальные показатели по интенсивностям отказов для различных групп линий электропередачи, позволяющие учитывать их надежность при оперативном планировании режимов энергосистемы

4 Предложена форма функции работоспособности ЭЭС в виде конъюнкции отрицаний всех минимальных сечений отказов устанавливающая однозначное соответствие с качественными критериями надежности вида п-к и на ее основе разработан комбинаторный показатель надежности схемы электрической сети.

6 Введено понятие связности схемы распределительного устройства и схемы электрической сети энергосистемы Разработаны алгоритмы оценки связанности электрической схемы для нормального режима, а так же для ремонтных схем, позволяющие получать качественные оценки надежности схемы электрической сети

7 Использование результатов настоящего исследования позволило разработать программный комплекс «Советчик диспетчера» для диспетчерской службы уровня РДУ Системного оператора, который позволяет значительно повысить надежность работы диспетчера за счет более объективной оценки состояния и возможных сценариев развития событий В настоящее время данный программный комплекс внедряется в технологию диспетчерского управления Московского РДУ

8 Результаты исследований внедрены и используются в центре тренажерной подготовки ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» при подготовке диспетчерского персонала Системного оператора всех уровней диспетчерского управления —

ЦДУ, ОДУ и РДУ

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

(Издания, рекомендованные ВАК)

1 Шульгинов H Г, Будовский В П Оперативная оценка надежности схемы электрической сети // Кибернетика электрических систем материалы XXVI сессии семинара «Диагностика энергооборудования», Новочеркасск, 21-24 сент 2004 г / Юж -Рос гос техн ун-т, Новочеркасск. Ред журн «Изв ВУЗов Электромеханика», 2004 г Ч 1 [Приложение к журналу] - С 89-94

2 Шульгинов H Г, Будовский В П Надежность линий электропередачи 330 и 500 кВ Объединенной энергосистемы Северного Кавказа - Электрические станции, 2005, №7 - С 58-64

3 Шульгинов H Г , Будовский В П Оценка надежности энергосистем методами теории рисков // Кибернетика электрических систем материалы XXVII сессии семинара «Диагностика энергооборудования», Новочеркасск, 2006 г/ Юж -Рос гос техн ун-т, Новочеркасск ред журн «Изв ВУЗов СевероКавказский регион Технические науки», 2006 г [Приложение №15] - С 1921

(Публикации, не вошедшие в рекомендательный список ВАК)

4 Шульгинов H Г , Будовский В П , Воронин В Т , Ильенко В В Основные направления подготовки диспетчерского персонала ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» в центре тренажерной подготовки персонала — Новое в российской электроэнергетике, 2003, №5 - С 52-56

5 Шульгинов H Г, Будовский В П Оперативный анализ надежности схемы электрической сети энергосистемы // Материалы III Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» Часть 1, Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2003 -С 41-42

6 Шульгинов H Г, Будовский В П Оценка надежности схем распределительных устройств // Материалы VII региональной научно-практической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» Том первый Естественные и точные науки Технические и прикладные науки, Ставрополь, СевКавГТУ, 2003 - С 50

7 Шульгинов H Г, Кононов А Ю, Кононов IO Г Основные подходы к оптимизации режимов электрических сетей в условиях конкурентного рынка // Сборник материалов VII Всероссийской конференции «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» — H Новгород НГТУ, 2003

8 Шульгинов H Г , Будовский В П Надежность линий электропередачи 330 и 500 кВ объединенной энергосистемы северного Кавказа // Материалы

XXXIII научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2003 год, Ставрополь, СевКавГТУ, 2004 - С 60-61

9 Шульгинов Н Г , Кононов А Ю , Кононов Ю Г Исследование эффективности совместной оптимизации режимов сетей ФСК и сетей регионального уровня — Энергоэффективность опыт, проблемы решения Научно-технический журнал, 2004, №4 - С 45-46

10 Шульгинов НГ Качество работы диспетчерского персонала и уровень его тренажерной подготовки // Материалы VIII региональной научно-практической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» Том первый Естественные и точные науки Технические и прикладные науки, Ставрополь, СевКавГТУ, 2004 - С 98

11 Шульгинов Н Г, Будовский В П Оперативная оценка надежности схемы электрической сети - Объединенный научный журнал, 2004, №25 (117) — С 75-78

12 Шульгинов НГ, Будовский ВП Оперативный анализ надежности схем распределительных устройств энергосистем — Новое в российской электроэнергетике, 2004, №10 - С 6-14

13 Budovskn VP, Shul'ginov NG Reliability of 330- and 500-kV Trasmission Lines of the United Power System of Northern Caucasia - Power Technology and Engineering, V 39, N5, 2005, p 302-307

14 Шульгинов H Г Основные задачи формирования баланса реактивной мощности в энергообъединениях ОАО РАО «ЕЭС России» - Вести в электроэнергетике, 2007, № 1. - С 19-27

Личный вклад В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат в [1-9, 11-13] - постановка задачи, формулировка выводов, в [1-3, 5-8, 11-13] — разработка математических моделей, в [11-12] — разработка алгоритмов, в [1, 2, 8, 9] — обработка результатов исследований Общий объем текста, написанный в публикациях лично автором, составляет 4,8 п л

ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОПЕРАЦИОННЫХ ЗОН СИСТЕМНОГО ОПЕРАТОРА Автореферат Подписано в печать 20 04 2007 г Формат60x84 1/6 Объем 1 пл Тираж 100 Филиал ОАО «СО - ИДУ ЕЭС» ОДУ Юга 357506, г Пятигорск Ставропольского края, ул Подстанционная, 26 Тел (8793) 34-83-63 E-mail: ali_a_v_20170@yug so-cdu ru

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЗАДАЧИ ДИСПЕТЧЕРСКОГО ПЕРСОНАЛА СИСТЕМНОГО ОПЕРАТОРА В УСЛОВИЯХ КОНКУРЕНТНОГО РЫНКА, СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ЕГО РАБОТЫ

1.1. Задачи диспетчерского персонала системного оператора в условиях конкурентного рынка

1.2. Надежность в электроэнергетике

1.3. Методы оценки надежности энергосистем

1.4. Способы повышения эффективности работы диспетчерского персонала на базе современных информационных технологий

ВЫВОД

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ОПЕРАТИВНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МЕТОДАМИ ТЕОРИИ РИСКОВ

2.1. Выбор диспетчерского решения в условиях риска

2.2. Методы оценки диспетчерских рисков

2.2.1 Среднее и дисперсия

2.2.2 Сумма под риском

2.2.3 Ожидаемая полезность

2.3. Оценка балансовой надежности ЭЭС методами теории рисков

2.3.1 Оценка балансовой надежности величиной риска в однородной концентрированной энергосистеме

2.3.2 Оценка балансовой надежности величиной риска в неоднородной концентрированной энергосистеме

2.3.3 Оценка балансовой надежности величиной риска в неоднородной распределенной энергосистеме вывода

Глава 3. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМ ПРИ ПРИНЯТИИ ДИСПЕТЧЕРСКИХ РЕШЕНИЙ

3.1. Методы исследования надежности технических и электроэнергетических систем

3.2. Исследование причин технологических нарушений в объединенной энергосистеме на примере ОЭС Северного Кавказа

3.3. Определение показателей надежности элементов ЭЭС для оценки балансового риска

3.4. Методы оперативной оценки структурной надежности электроэнергетических схем

Анализ надежности схем распределительных устройств на основе оценки связности

3.6. Исследование надежности схем электрических сетей на основе оценки связности

3.7. Оценка балансовой надежности района электрической сети 125 ВЫВОДЫ

Глава 4. ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА СТРУКТУРНОЙ

НАДЕЖНОСТИ 1зз

4.1. Оценка структурной надежности на основе допустимости режима

Актуальность работы. Надежность работы единой электроэнергетической системы (ЭЭС) страны в значительной степени зависит от профессиональных знаний и навыка диспетчерского персонала всех уровней иерархии диспетчерского управления ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» (Системного оператора) - ЦДУ, ОДУ и РДУ.

При оперативном принятии решения диспетчерский персонал анализирует текущую информацию, получаемую от средств диспетчерского технологического управления и оперативного персонала низшего уровня по телефону, а также априорную информацию о состоянии и оперативных свойствах объекта управления. Основными свойствами энергосистемы, как объекта управления, являются надежность и экономичность осуществляемых режимов.

В каждой энергосистеме, как правило, имеется несколько вариантов возможных схем электрических соединений, и задачей диспетчерских служб является выбор наилучшего из них, т.е. такого варианта, в котором отключение любого элемента приводило бы к наименьшим последствиям из-за отклонения от нормального режима работы энергосистемы и отдельных ее частей.

Снижение надежности линий электропередачи основной сети требует принятия мер по ее восстановлению, в этой связи особенную актуальность приобретают сбор информации по ее состоянию и коррекция рабочих режимов энергосистем, задача, которую должны решать филиалы Системного оператора.

Указанные соображения приводят к необходимости исследования и разработки методов оперативного анализа показателей надежности зон диспетчерской ответственности диспетчерских центров, как на стадии рассмотрения заявок на вывод оборудования в ремонт, так и, что особенно важно, при ликвидации технологических нарушений, в режиме советчика диспетчера.

Данной проблеме посвящены исследования: Дьякова А.Ф.,

Мелентьева J1.A., Руденко Ю.Н., Баринова В.А., Розанова М.Н., Семенова В.А., Гук Ю.Б., Непомнящего В.А., Синьчугова Ф.И., Фокина Ю.А., Казанцева В.Н., Китушина В.Г., Кучерова Ю.Н. и др. Работы этих ученых внесли значительный вклад в развитие теории и практики надежной работы электроэнергетических систем.

Проводимая в настоящее время реформа управления электроэнергетической отраслью страны, создание федеральных и региональных сетевых компаний, выделение независимых генерирующих компаний, постепенный переход к конкурентным федеральным и региональным рынкам электроэнергии и мощности невозможны без сохранения вертикали централизованного диспетчерского управления по иерархическому принципу ЦДУ-ОДУ-РДУ.

Возложение на диспетчерские органы функции выполнения договорных обязательств, заключаемых между участниками федеральных и региональных рынков электроэнергии и мощности, никоим образом не снижает требований к ЦДУ, ОДУ и РДУ по обеспечению надежности режимов единой энергосистемы России.

Цель работы заключается в разработке методов оценки балансовой и структурной надежности операционных зон диспетчерских центров Системного оператора.

Основные задачи:

1. Систематизация методов оценки балансовой и структурной надежности схем электроэнергетических систем и возможных путей их совершенствования.

2. Анализ и разработка методов, основанных на теории риска, для оценки балансовой надежности электроэнергетических систем.

3. Исследование надежности объектов управления системного оператора и ее влияния на надежность операционных зон диспетчерских центров Системного оператора.

4. Разработка методов оперативной оценки структурной и балансовой надежности энергетических систем.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теоретического и эмпирического познания. На теоретическом уровне это методы непараметрической статистики и теории надежности, логико-вероятностные методы исследования структурно-сложных систем, теория алгоритмов, математического программирования, теория рисков. На эмпирическом уровне использовались методы пассивного эксперимента для анализа характеристик надежности объектов энергосистем.

Научная новизна.

1. Разработан метод «ожидаемого дефицита» для оценки балансовой надежности электроэнергетической системы на основе методов теории риска.

2. Разработана методика расчета показателей надежности объектов электроэнергетических систем на основе методов непараметрической статистики в условиях ограниченной выборки исходных данных.

3. Предложен комбинаторный показатель структурной надежности схемы электрической сети энергосистемы, формируемый на основе построенной функции работоспособности ЭЭС в виде конъюнкции отрицаний всех минимальных сечений отказов.

4. Разработана методика формирования функции работоспособности системы на основе понятия связности схемы электрической сети и оценки надежности посредством математического моделирования состояний сети энергосистемы.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

1. Исследование показателей надежности воздушных линий электропередачи напряжением 330-500 кВ объединенной энергосистемы Северного Кавказа, на основе обработки архивных данных по отказам, позволило определить реальные показатели интенсивностей отказов ЛЭП.

2. Разработанный метод «ожидаемого дефицита» позволяет получать оперативные оценки балансовой надежности электроэнергетических систем.

3. Разработанный комбинаторный показатель надежности и методика его расчета позволяют осуществлять оперативный анализ структурной надежности схем электрической сети энергосистем.

4. Разработан и внедряется в Московском РДУ программный комплекс «Советчик диспетчера РДУ».

5. Результаты исследований внедрены и используются в центре тренажерной подготовки Системного оператора при подготовке диспетчерского персонала. Методы оценки балансовой надежности электроэнергетических систем, разработанные автором, использованы при подготовке стандарта ОАО РАО «ЕЭС России» «Методики нормирования, прогнозирования и ретроспективной оценки балансовой надежности энергосистем».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на 8 конференциях и семинарах, в том числе: III Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими», Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2003г.; VII и VIII региональных научно-технических конференциях «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», Ставрополь, СевКавГТУ, 2003 и 2005 г.г.; 33 научно-технической конференции по результатам работы ППС, аспирантов и студентов СевероКавказского государственного технического университета за 2003 год, Ставрополь, СевКавГТУ, 2004г.; XXVI и XXVII сессиях семинара «Кибернетика электрических систем», Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2004 и 2006 г.г.; VII и VIII Всероссийских конференциях «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», Н.Новгород, НГТУ, 2003-2004 гг.

Публикации. По содержанию и результатам диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, три из них в изданиях рекомендованных ВАК, одна за границей.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод «ожидаемого дефицита» для оценки балансовой надежности энергосистем.

2. Методика анализа надежности объектов электроэнергетических систем на основе непараметрических методов статистики, позволяющая получить оценки надежности при небольших объемах выборки и в условиях «засорения» статистических данных.

3. Методика оперативной оценки структурной надежности электрической сети энергосистемы на основе критерия связности и комбинаторного показателя надежности.

4. Методика формирования функции работоспособности системы на основе понятия связности схемы электрической сети и оценки надежности посредством математического моделирования состояний сети энергосистемы.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, можно сформулировать следующим образом:

1. Разработан метод «ожидаемого дефицита» для оценки балансовой надежности электроэнергетической системы на основе методов теории риска. Данные исследования использованы при подготовке стандарта ОАО РАО «ЕЭС России» «Методики нормирования, прогнозирования и ретроспективной оценки балансовой надежности энергосистем».

2. Предложена методика оценки показателей надежности электроэнергетического оборудования основанная на непараметрической статистике. Одним из основных преимуществ непараметрических методов перед параметрическими является меньшая чувствительность к «засорениям» статистических данных, к влиянию грубых ошибок, попавших в статистический материал и особенно при малом объеме выборки экспериментального материала из генеральной совокупности.

3. Исследованы, с помощью предложенной методики, составляющие интенсивностей отказов высоковольтных линий электропередачи 330 и 500 кВ Северного Кавказа. Получены реальные показатели по интенсивностям отказов для различных групп линий электропередачи, позволяющие учитывать их надежность при оперативном планировании режимов энергосистемы.

4. Предложена форма функции работоспособности ЭЭС в виде конъюнкции отрицаний всех минимальных сечений отказов устанавливающая однозначное соответствие с качественными критериями надежности вида n-k и на ее основе разработан комбинаторный показатель надежности схемы электрической сети.

6. Введено понятие связности схемы распределительного устройства и схемы электрической сети энергосистемы. Разработаны алгоритмы оценки связанности электрической схемы для нормального режима, а так же для ремонтных схем, позволяющие получать качественные оценки надежности схемы электрической сети.

7. Использование результатов настоящего исследования позволило разработать программный комплекс «Советчик диспетчера» для диспетчерской службы уровня РДУ Системного оператора, который позволяет значительно повысить надежность работы диспетчера за счет более объективной оценки состояния и возможных сценариев развития событий. В настоящее время данный программный комплекс внедряется в технологию диспетчерского управления Московского РДУ.

8. Результаты исследований внедрены и используются в центре тренажерной подготовки ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» при подготовке диспетчерского персонала системного оператора всех уровней диспетчерского управления - ЦДУ, ОДУ и РДУ.

151

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии/ Под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова и др. - М: Издательство МЭИ, 2002. - 964 с.

2. Крумм J1.A. Методы приведенного градиента при управлении электроэнергетическими системами. Новосибирск: Наука, 1977. - 368с.

3. Методы оптимизации режимов энергосистем / В.М. Горнштейн, Б.П. Мирошниченко, А.В. Пономарев и др.; Под ред. В.М. Горнштейна. М.: Энергия, 1981.-336 с.

4. Автоматизация управления энергообъединениями / В.В. Гончуков, В.М. Горнштейн, JI.A. Крум и др; Под ред. С.А. Совалова. М.: Энергия, 1979.-432 с.

5. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Молодюк В.В. Рынок электрической энергии в России: состояние и проблемы развития: Учебное пособие / Под ред. А.Ф. Дьякова. М: Издательство МЭИ, 2000. - 138 с.

6. Федеральный закон Российской Федерации. Об электроэнергетике. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. 64с.

7. Правила оптового рынка электрической энергии (мощности) переходного периода / Утверждены Постановлением Правительства РФ от 24 октября 2003года, № 643. Российская газета, 4.11.2003г.

8. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике / Под общей ред. Ю.Н. Руденко и В.А. Семенова. М.: МЭИ, 2000. - 648 с.

9. Правила оперативно диспетчерского управления в электроэнергетике / Утверждены Постановлением Правительства РФ от 27 декабря 2004 года, № 854. Собрание законодательства РФ. Изд-во «Юридическая литература», №52, ст. 5518.

10. Кучеров Ю.Н., Нечаев В.В. Концепция надежности как основа гармонизации экономического и нормативного управления в электроэнергетике. Энергетик, 2005, №2, с.9-13.

11. Дьяков А.Ф. Проблемы надежности и безопасности энергоснабжения вусловиях либерализации и дерегулирования в электроэнергетике. -Энергетик, 2005, №8, с.2-10.

12. Дьяков А.Ф. Проблемы надежности и безопасности электроснабжения потребителей. Энергетик, 2006, №2, с.2-8.

13. Дьяков А.Ф. Надежная работа персонала в энергетике. М: Издательство МЭИ, 1991. - 224 с.

14. Основные направления подготовки диспетчерского персонала ОАО "СО ЦДУ ЕЭС" в центре тренажерной подготовки персонала ОДУ СК / В.П. Будовский, В.Т. Воронин, В.В. Ильенко, Н.Г. Шульгинов. - Новое в российской электроэнергетике, 2004, №5, с.52-56.

15. Будовский В.П., Пасторов В.М. Надежная работа персонала при ликвидации технологических нарушений на энергообъектах.- Электрические станции, 2000, №10, с. 32-37.

16. Дьяков А.Ф., Лесковец И.Е., Меркурьев Г.В., Щербаков А.Д. Оценка противоаварийных тренировок оперативно-диспетчерского персонала энергосистем. "Электрические станции". 1997, №2.

17. Баринов В.А., Волков Г.А., Маневич А.С. Проблемы обеспечения надежности ЕЭС России в условиях развития конкурентных отношений в электроэнергетике. Электрические станции, 2005, №8, с.5-16.

18. Надежность и эффективность функционирования больших транснациональных ЭЭС. Методы анализа: Европейское измерение.

19. Ю.Н.Кучеров, О.М.Кучерова, Л.Капойи, Ю.Н.Руденко. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма ФАН, 1996.-443с.

20. В.Г. Китушин. Надежность энергетических систем. М.: Высш. шк., 1984.-256 с.

21. Руденко Ю.Н., Чельцов М.Б. Надежность и резервирование в электроэнергетических системах. Методы исследования. Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-ние, 1974.

22. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. М.: Энергия, 1974.

23. Руденко Ю.Н., Семенов В.А., Управление надежностью энергосистем. Обзор зарубежных материалов. Москва. Энергоатомиздат, 1985, -131 с.

24. Арзамасцев Д.А., Обоскалов В.П. Расчет показателей структурной надежности энергосистем. Свердловск, изд. УПИ им. С.М.Кирова, 1986, 80с.

25. Фокин Ю.А. Ту фанов В. А. Оценка надежности систем электроснабжения. М.: Энергоиздат, 1981, 224 с. ил.

26. Семенов В. А. Автоматизированные системы диспетчерского управления.- Сер. «Энергетические системы и их автоматизация» (Итоги науки и техники), ВИНИТИ: М., 1984.

27. Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления электроэнергетическими системами. / Войтов О.Н., Воронин В.Т., Гамм А.З., и др. -Новосибирск: Наука, 1986, с. 201.

28. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике / Под общей ред. Ю.Н. Руденко и В.А. Семенова. М.: МЭИ, 2000. - 648 с.

29. Шубин Н.Г. Разработка моделей и технологий оперативногодиспетчерского управления ЕЭС России в условиях конкурентного оптового рынка электроэнергии. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. 05.14.02. -Екатеринбург, 2003. 24 с.

30. Интегрированная система оптимизации режимов ЕЭС // В.Н. Буравцов, С.Ф. Першиков, Г.М. Полик Новое в российской энергетике (электронный журнал), 2002, № ю.

31. Типовой программный комплекс для диспетчерского управления энергообъединениями // Ю.И. Моржин, В.Н. Буравцов. Новое в российской энергетике (электронный журнал), 2002, № 10.

32. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. 2-е изд. М.: Логос, 2002.

33. Лившиц В.Н. Маргинальные рассуждения и инженерно-экономическая практикаУ/Экономика и математические методы. 1999. т.35.№4.

34. Алексеев Б.А. Системные аварии и меры по их предупреждению. -Электрические станции, 2005, №4, с.78-83.

35. Pollatsek A., Tversky A. A theory of Risk// Journal of Mathematical Psychology. 1970.Ж7.Р.540-553.

36. Pratt J. Risk Aversion in the Small and in the Large// Econometrica.l964.Vol.32.№l/2.P. 122-136.

37. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1974.

38. Borch К. The Mathematical Theory of Insurance. Lexington Books, 1974a.

39. Embrechts P., Klupplbrg C., Mikosh T. Modelling Extremal Events for Finance and Insurance. Springer, 1997.

40. Coherent Measures of Risk / Artzner P., Delbaen F., Eber J.-M. et al. // Mathematical Finance. 1999. Vol. 9. №3. P.203-228.

41. Knight F. Risk, Uncertainty and Profit. Boston: Houghton Mifflin, 1921.

42. Anscombe F.J., Aumann R.J A Definition of Subjective Probability// Annals of Mathematical Statistics. 1963. Vol.34. №1. p.199-205.

43. Гук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике. J1.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 208 с.

44. Будовский В.П., Шульгинов Н.Г. Надежность линий электропередачи 330 и 500 кВ Объединенной энергосистемы Северного Кавказа. -Электрические станции, 2005, №7, с. 58-64.

45. Будовский В.П., Пасторов В.М., Ханов Н.Д. Экспертная оценка области допустимых значений параметров оптимизации операционных зон диспетчерских центров. Новое в Российской электроэнергетике, 2005, №11, с. 6-16.

46. Обоскалов В.П. Надежность обеспечения баланса мощности электроэнергетических систем. Екатеринбург. УГТУ-УПИ, 2002г.

47. Doby Y.C. A probabilistic model for an overall study of power transmission network supply reliability Proceeding of PSCC, 1972.

48. Billinton R., Singh C. Static generating capacity reliability evaluation -Proceeding of PSCC, 1972.

49. Hall J. D., Ringlee R.J., Wood A.J. Freguency and duration methods for power system reliability calculation part 1 - generation, system model. - "IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-87.1968. №9, p. 17871796.

50. Липес A.B., Окуловский C.K. Расчеты установившихся режимов электрических систем на ЦВМ.- Свердловск: изд. УПИ, 1986.-88 с.

51. Луцкий В.А. Расчет надежности и эффективности радиоэлектронной аппаратуры. 2-е изд., перераб, и доп. Киев.: Надкова Думка, 1966. - 208 в., илл.

52. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники, М.: Высшая школа, 1970. - 272 с, илл.

53. Вентцель Е.С. Теория вероятностей, М.: Наука, 1969, - 576 с, илл.

54. Левин Б.Р. Теория надежности радиотехнических систем,-М.: Советское радио, 1978, 264 с.

55. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики, М.: Советское радио, 1975, -472 с.

56. Сильвестров Д.С. Полумарковские процессы с дискретным множеством состояний, М.: Советское радио, 1980. - 272 с. (Б-ка инженера по надежности).

57. Райкин АЛ. Элементы теории надежности технических систем, М.: Советское радио, 1978. 280 с, ил. (мехиздательская серия: Надежность и качество).

58. Надежность автоматизированных систем управления / Под ред. проф. Л.А.Хетагурова М.: Высшая школа, 1979, - 287 с. илл.

59. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. -М.: Советское радио, 1969. 488с.

60. Гадисин В.А., Ушаков И.А. Надежность сложных информационно -управляющих систем, М.: Советское радио, 1975, 192 с.

61. Рябинин И.А., Черкесов Т.Н. Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных систем. М.: Радио и связь, 1981. - 264 с, ил. - (Б-ка инженера по надежности).

62. Нечипоренко В.И. Структурный анализ и методы построения надежных систем. М.: Советское радио, 1968. -256 с.

63. Лелик Т.Н., Дубровина И.В. Об уточнении оценки надежности электроэнергетических систем. Электричество, 1979, № 12, с. 17-20.

64. Синьчугов Ф.И. Расчет надежности схем электрических соединений. М.: Энергия, 1971. 176 с. Ил.

65. Синьчугов Ф.И., Основные положения расчета надежности электроэнергетических систем. Электричество, 1980, № 4, с. 12-16.

66. Путятин Е. В., Баймуканов М.К. Вероятностные характеристики переходных электромеханических процессов в электрических системах, Энергетика, I960, №5, с. 3-7.

67. Михайлов В.В. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982.152 е., ил. - (Надежность и качество).

68. Фокин Ю.А., Харченко A.M. Расчет надежности систем электроснабжения. -Электричество, 1982, №8, с. 5-10.

69. Muller Е., К1оо В. Analyse und Vergleich der Zuverlassigkeit von Schaltanlagen.- Elektrotechn.z., 1977, A98, №8, 544-548.

70. Непомнящий В.А. Учет надежности при проектировании энергосистем. М.: Энергия, 1978, с.200, ил. (надежность и качество).

71. Гук Ю.Б., Лосев Э.А., Мясников А.В. Оценка надежности электроустановок./Под ред. проф. Б.А.Константинова), М.: Энергия, 1974. с200, ил.

72. Двоскин Л.И. Схемы и конструкции распределительных устройств. -М.: Энергоатомиздат, 1985, 240 с.

73. Арзамасцев Д.А., Казанцев В.Н. Разработка режима энергосистемы.-Свердловск, изд. УПИ им. С.М.Кирова, 1985, 72с.

74. Грудинский П.Г., Эдельман В.И. Применение метода блок-схем для расчета надежности систем электроснабжения. Электрические станции,1973, №2, с.41-44.

75. Тюрин Ю.Н. Непараметрические методы статистики. М.: Знание, 1978, 64с.

76. Рунион Р. Справочник по непараметрической статистике: Современный подход / Пер. с англ. Е.З. Демиденко; Предисловие Ю.Н. Тюрина.-М.: Финансы и статистика, 1982, 198с.

77. Будовский В.П., Шульгинов Н.Г. Надежность линий электропередачи 330 и 500 кВ Объединенной энергосистемы Северного Кавказа. -Электрические станции, 2005, №7, с. 58-64.

78. Budovskii V.P., Shul'ginov N.G. Reliability of 330- and 500-kV Trasmission Lines of the United Power System of Northern Caucasia.- Power Technology and Engineering, V. 39, N.5, 2005, p.302-307.

79. Будовский В.П., Шульгинов Н.Г. Оперативная оценка надежности схемы электрической сети. Объединенный научный журнал, 2004, №25 (117), с.75-78.

80. Будовский В.П., Шульгинов Н.Г. Оперативный анализ надежности схем распределительных устройств энергосистем. Новое в российской электроэнергетике, 2004, №10, с.6-14.

81. Будовский В.П., Шульгинов Н.Г. Оперативная оценка надежности схемы электрической сети // Материалы XXVI сессии семинара «Кибернетика электрических систем» по тематике «Диагностика энергооборудования», Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2004.

82. Харари Ф. Теория графов/ Пер. с англ. и предисл. В.П. Козырева. Под ред. Г.П. Гаврилова. Изд. 2-е. М.: Едиториал УРСС, 2003, - 296с.

83. Будовский В.П., Шульгинов Н.Г. Оценка надежности энергосистем методами теории рисков // Материалы XXVII сессии семинара «Кибернетика электрических систем» по тематике «Диагностика энергооборудования», Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2006.

84. Шульгинов Н.Г. Основные задачи формирования баланса реактивной мощности в энергообъединениях ОАО РАО «ЕЭС России». Вести в электроэнергетике, 2007, №1, с. 19-27.