автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Оптимизация нормальных и дефицитных режимов в АСУ ПЭС

РГ6

/ 6

од

НАУЧНО-ИССЛЕДОВЛТЕЛЬСКИИ 'ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

■На правах -рукописи КОВАЛЕВИЧ ВЛАДИМИР ГО1КОЛАВВИЧ

УДК 621.311

ОПТИМИЗАЦИЯ НОРМАЛЬНЫХ И ДЕФИЦИТНЫХ(РЕЖИМОВ В АСУ ПЭС

Специальность 05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические Систени « управление■ими

А 0 Т О Р Е » Е 'Р А ¡т

яксс&р+еЫи «а соисканиеученая степени кандидата технических наук

Лосква -'1993

Работа выполнена на кафедре "Лвгомдтизировашшх влектроэнерге-тических систем и электроснабжения" Ставропольского политехнического института.

Научний руководитель

- доктор технических наук, профессор, член-корр. ИА РФ Идельчик В.Й.

Официальные оппоненти

- доктор технических йаук, профессор Журавлев В.Г,

- кандидат технических наук, г старший научний сотрудник

Воротницкий В. 9.

Ведущее предприятие: АО Ставропольэне;рго.

Защита состоится " " СЕНТЯБРЯ 1993 г, в " М '• часов на заседании специализированного совета К.144.07.01 ВсероссиПского научно-исследовательского Института электроэнергетики (В1ПЙ13) по адресу: 115201, г. Москва, Кастрское шоссе, д. 22, кори. 3.

Телефон совета: 113-20-09.

С диссертацией можно ознакомиться в биб.дгатсЙо Всероссийского научно-исследовательского института электроэнергетики.

Автореферат разослан 1д93 г

Учений секретарь специализированного совета кандидат технических наук,^ --. ^ ^

Мясникоп

с

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность рабртч- Одним из главных направлений научно-технического прогресса в электроэнергетике является автоматизация управления Функционированием объектов отрасли. Совершенствование управления невозможно вез широкого применения математических методов на основе создание автоматизированные систем управления (АСУ). К нижним иерархическим звеньям такой системы относятся АСУ предприятий электрических сетей (ПЭС), которые получают все большее развитие. Наиболее часто в АСУ ПЭС решаются задачи расчета, анализа, планирования и оптимизации режимов работа распределительних сетей 1РС) напряжением 6(10)-35 и 110 кВ. Проблема оптимального управления i общем виде представляет собоп чрезвычайно сложную многоцелевую задачу с большим количеством переменних и ограничений. Ее решение требуется производить для разных временных интервалов и территориальных уровней управления. Значительно упростить решение позволяет использование принципа декомпозиции. Декомпозиция должна производиться так, чтобы На каждой ступени диспетчерского управления решались задачи, относящиеся к ней И подготавливалась информация, необходимая для принятия решений На вышестоящей ступени. Эти задачи при своем решении непосредственно связаны с вопросом регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности (KPflJ и рассматриваются в предположении, что отсутствуют ограничения на величину потребления активной мощности.

• П то же время особого внимания заслуживает ситуация дефицита моашостеи. При этих условиях, для обеспечения баланса производства-потребления алектроэнергии осуществляются режимные мероприятия, направленные на1ограничение нагрузки потребителей в часы максимальных Значений суточндво графика нагрузки. В этой связи возникает задача рационального, в смысле принятых критериев, планирования режимов , электропотребления на период дефицита'мощности.

Работа выполнена в рамках хоздоговорных работ, выполняемых в СтПИ, il является частые исследований, проводимых в соответствии с программой "Экономия электроэнергии" (приказ кинвуза СССР N 101 от 9,02.87), а также по задании Минтопэнерго в рамках создания типового программного обеспечения для АСУ ПЭС.

Пдлъ рабр-.и состоит в: а) разработке методики и подробного алгоритма оптимизации краткосрочных и долгосрочных режимов PC, учитывающих характерные ос Ценности PCi б) исследовании взаимосвязи различных задач оптимизации режимов PC в рамках АСУ! в) исследовании погрешностей результатов оптимизации режимов PC; г) j¡рййотк- математической модели, методики и алгоритмов планирования режимов в ус-

ловиях дефицита мощности) д| программной реализации разработанных алгоритмов.

Для1 достижения указанной цели били поставлены и решены

1!. Разработаны методика и подробны/» алгоритм оптимизации 1срзт-косрочных и долгосрочных режимов разомкнут»« РС эа счет совместного пибора положений отпаек распределительных трансформаторов (РТ), величии мощности компенснруишщх устройсть (КУ) и закона регудировашт напряжения з центре питание (1Ш1 РС.

2. Разработав способ регулирования напряжения в ЦП РС, базирующийся на результатах иптипизаиип долгосрочного режима РС. заслуен-И1!й авторским свидетельством.

3. Исследованы погрешности результатов оптимизации режимов РС и выполнен их количестве! шип анализ. ?

4. Предложен!! математическая модель, методика и алгоритм планирования режимов в условиях дефицита мощности, учитывающие дискретны.! характер регулирования мощности потребителей.

5. Создана на базе разработанных алгоргггмов программа оптимизации мгновенных, краткосрочных и долгосрочных режимов РС, сходяаан в комплекс»! программ РЗРС-ОС и РЭРС-РС н работающая с единой базой данных.

Методы исгледованпп. При реиении поставленных задач в работе использованы методы математического Моделирования. теории погрешностей, математической статистики, а также аппарат линейного, нелинейного и дискретного программирования.

Научная новизна ■ I. Разработаны методика и подробмиз алгоритм оптимизации краткосрочных и долгосрочна4; рекимоа разамшггуих РС за счет совместного выбора отпаек РТ, величин моцностЦ ¡СУ и закона регулирования напряжет«! в ЦП РС.

2. Разработан способ автоматического регулирования напряжения в ЦП РС, базирующийся на результатах оптимизации долгосрочных режимов РС и позволяющий производить регулирование; с учетом 'минимизации потерь электроэнергии в сети.

3. Выполнен Л! ¡а л из влияния погрешностей исходной информашш и разлихих допущений на погрешность результатов расчетов лптималъннх режимов РС, что позволяет дать рекомендации но рациональному использовании программного обеспечения.

4. Разработан!! математические модели, методика и алгоритм опти-маль"ого планирования режимов в условиях возникновения деФ.-Цита мощности, позволяющие учитывать дискретный характер ступеней регулиро-

вания модное:'!! потребителе?!.

Практическая ценность. Разработанные методика. алгоритм и программное обеспечение оптимизации мгновенных, краткосрочных и долгосрочных режимов РС делают возможным для персонала ПЭС выполнять сог-ласопаиное управление средствами ¡СРП и регулирования напряжения. Цель управления - снижение затрат на •"■чанспорт электроэнергии н повышение качества напряжения у потребителей. Оценены погрешности результатов расчетов оптимальных режимов работы РС и лапы рекомендации по их снижении. Использование методики и алгоритма планирования режимов а условиях дефицита мощности позволяю! оптимально управлять Такими режимами при минимальном народно-хозяйственном ущербе.

Реализация р"зультатоп работы. Разработанный алгоритм оптптга-Ш1И мгновенных, краткосрочных н долгосрочных режимов РС реализопаи в составе комплекса программ РЭРС-ОС, предназначенного для электротехнических расчетов РС на ЕС ВВП, Программа в составе комплекса находится п промышленной эксплуатации в ИОЭиЭ Стапропольэнерго, Грозэне-рго н используется службгчми ПЭС при разработке мероприятии по уменьшении потерь г сктрокнергни. Кроме того, алгор!ггм реализован в составе комплекса РЭРС-РС, работавшего на персоналыпIX ШЬсовместнпых ЗИП и находится в опитно-прог'-иленноП эксплуатации а ПОЭиЭ Стапропольэнерго, Кемеров^нерго, Грозэнерго н Карачаево-Чсркессюнсрго,

Апробация работи. Основные положения и выполи диссертационной работа докладывались и обсуждались па 11 конференциях, и семинарах! А краевой конференции "Ускорение научно-технического прогресса -коренной вопрос экономической политики партии" (Ставрополь, 1936); Ссесогсшой научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехники" (Иваново, 1937) : третьей регионально!! научно-технической конференции по проблемам киергетикн юга РСГСР (Новочеркасск. 1903) ; республиканской конференции "Проблем!! безопасного н надежного электроснабжении сельхоз и промпредг.риптий" (Севастополь, 1900); Всесоюзном совещании "Оперативное планирование и управление электрически:«« рентами ОЭС и ЕЭС СССР н новях условиях хозяйствования" (Кигаинев, 1909)) Всесоюзном научном семинаре "Кибернетика электрических систем" (Абакан, 1989); Всесо:ззном семинаре "Кибернетика электроэнергетических систем" (Челябинск, 1990)1 Республиканской научно-технической конференций "Попцение эффективности и качества электроснабжения" (Мариуполь, 1990)( Научно-практической конференции "РегИональйне проблемы повышения качества и экономии электроэнергии" (Астрахань, 1991)1 Международной конференции "Технология энергетических систем" (Пекин, 1991); X научной конференции "Ползли-

рование электроэнергетических систем" (Каунас, 1991), а также на научных семинарах кафедры электрических систем МГОУ (Москва, 1992) и кафедры электроэнергетических систем МЭИ (Москва, 1992).

Публикации■ По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ и получено одно авторское свидетельство. Кроме того, материалы диссе! -ации отражены в пяти зарегистрированных во ВНТИЦ отчетах о научно-исследовательской работе.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами и заключением, излеченных на 190 стр. машинописного текста, содержащих 9 рис. и 21 табл., а также 3 стр. приложений. Список литературы содержит 16А наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, представлен анализ задач оптимизации нормальных и деСицптпих режимов в АСУ ПЭС, отражены ее научная новизна и практическая ценность.

В первой главе рассматривается постановка задачи оптимизаций мгновенных, краткосрочных и долгосрочных режимов работы разомкнутых РС по напряжении, реактьвной мощности и коэффициентам трансформации. Представлены ее особенности, которые необходимо учитывать при разработке методики и алгоритма, Наиболее существенными из них являются: ограниченный объем режимной информации о загрузке РС: необходимость

X;

определения оптимальных управляющих воздействий на определенный период времени: необходимость учета в составе целевой Функции (ЦФ) качества напряжения в РС: наличие в схемах замещения РС слабозагружен-ных ветвей с налит: сопротивлениями, что особенно характерно для РС сельскохозяйственного назначения; отсутствие замкнутых контуров в схемах РС.

Задача оптимизации краткосрочных н долгосрочных режимов работы РС Формулируется следующим образом: для РС произвольной Конфигурации. работающей в разомкнутом режиме и питающейся от одного ЦП, требуется рассчитать на характерный период положение отпаек РТ, величины мощностей имеющихся Источников реактивной мощности (ИРМ) й график регулирования напряжения в ЦП. Перечисленные параметры должны соответствовать минимуму стоимости потерь электроэнергии во всех элементах сети и ущерба из-за отклонений напряжения у потребителей. При этом необходимо соблюдать ограничения на уровни напряжении в узлах РС. Минимизируемую функцию такой задачи можно представить в виде:

3 - 3„ + У. (1)

где Зп - стоимость потерь электроэнергии п РС; У - ущерб потребителей от некачестветюй электроэнергии. Такие задачи оптимизации режима обычно Формулируются в виде задачи нелинейного программирования, где требуется определить вектор независимых параметров режима У и вектор зависимых параметров режима X, соотвегсг /шщих минимуму ЦФ при /чете ог^аниченип в форме равенств и неравенств. Вектор У включает в себя коэффициенты трансформации трансформаторов; мощности ИРМ! модули напряжения в ЦП, а вектор X - модули напряжений в узлах и потоки активной и реактивной мощности в начале ветвей.

Весь расчетный период при оптимизации краткосрочного или долгосрочного режима разбивается на несколько интервалов времени. Каждому интервалу соответствуют постоянные нагрузки, т.е. оди" характерный Х)ежим (ХР) . Такое представление расчетного периода приводит к увеличении размерности задачи. Для одной и той же схемы количество независимых параметров режима в такой постановке лишь незначительно превышает их копичество при оптимизации мгновенного режима. Вызвано это тем, что подавляющая часть составляющих вектора У неизменна во всех ХР. Рост же объема задачи связан с тем, что возникает необходимость одновременного рассмотрения нескольких ХР. Б атом случае число элементов' вектора X линейно возрастает с увеличением числа ХР.

Если предположить, что ХР работы РС независимы, то задача оптимизации долгосрочных режимов сводится к последовательной оптимизации каждого из ХР. Реализопать это возможно при помощи программ оптимизации мгновенного режима. В случае, если вектор V вклкчает переменные, которые имепт одно и то же значение по всех ХР, .о появляется связь по независимым параметрам между ХР. Значительное снижение размерности задачи достигается за счет последовательного рассмотрения кагдого ХР с учетом связи между ХР по независимым параметрам режима.

Учитывая, принятый к реализации метод приведенного градиента, ЦЭ оптимизации краткосрочных и долгосрочных режимов РС мотно записать:

И * И., «.,•*> - ¿1 <Зп, ♦ Ул + (2)

.Я311 л'*1

где Г1 - число ХГ*! И - штраф за нарушение ограничений-неравенств на зависимые переменные! индекс л указывает на соответствие данной величины л-му ХР.

Вектора Xj для разных ХР не связаны между собой ограничениями-равенствами, отсутствуют и шггегральные ограничения по времени, поэтому каждый элемент векгор-градиента может быть определен суммированием отдельных его составляющих, рассчитанных независимо для каждого

в

из ХР. Учет ограниченна на независимее параметры режима осуцгствля-ется путем закреплении на предельных значениях тех переменных, которые и процессе оптимизации Впили за допустимые для них пределы.

В качестве ограничений-равенств используются уравнения установившегося рея'.ма (УУР), связывающие вектора зависимых и независимых переменных. Наличие в PC ветвей • с малыми сопротивлениями, как правило. приводит к плох о Л обусловленности матрицы проводимостей и затрудняет решение уравнений узловых напряжения по методу Ньютона или Зейделя. Поэтому в работе используется расчет режимов разомкнутых сетей в два этапа, lia нервом этапе определяются потоки и потерн мощности по ветвям в направлении от узлов нагрузки к МП. 11а втором этапа рассчитывается модули напряжений в узлах. Обе этапа расчета поз-торяится необходимое количество раз. Величина нагрузки в узлах з общем случае принимается зависимой от напряжения в узле и рассчитывается с использованием статических характеристик нагрузки. Для кгждо-го из j-x УР УУР можно представить в виде следующих выражений:

pPjtPHj. Q"j. vij. QKy> = о,

l MQjipHj- ОКУ» " 0î <31

J,uj,pV Q,V UJ- °КУ n) -где Up, Wq , - вектор-Функции невязок соответственно активных и реактианих мощностей, а также модулей напряжения в узлах: P11 н Q1! -вектора потоков активной и реактивной мощности в"начале ветвей; U -вектор узловых напряжений; Qçy- вектор генерации реактивной моадю-с I КУ; п - вектор коэффициентов трансформации РТ.

Для определения графиков нагрузки узлов PC предусмотрено использование набора типовых графиков нагрузок, iïo известным величинам отпусков энергии через головной участок Фидера, номинальным мощностям всех РТ Фидера, их коэффициентам загрузки, а также коэффициентам мощности нагрузки, с помощью типовых графиков производится моделирование нагрузок в узлах PC для всех ХР. Часть перечисленной информации может отсутствовать. В этом случае нагрузочные узлы подразделяются на группы, расчет графиков для каждой из которых производится с учетом имеющейся информации. Используются не одинаковые типогче графики нагрузки для разных периодов года.

При оптимизации режимов электрических сетей градиентным методом учет дискретности, изменения коэффициентов трансформации РТ обычно производи ся путем их округления до ближайших дискретных значен.tn. После этого производится дооптшизация по непрерывно изменяющимся

переменным. Более точные результаты можно получить, если округление производить Не для всех РТ "лновременно, а для некоторого наперед заданного их числа. Затем дооптимизировать режим по остапшимся переменным - В том число и по еще неокругленным значениям коэффициентов трансформации. Далее процедуры округлении и дооптимизации повторяется . Выполнены исследования с Целы» оп"еделения влияния на результаты оптимизации количества коэффициентов трансформации РТ, округляемых за один цикл округления. Одновременное округление до дискретных значении сразу всех коэффициентов трансформации приводило 1С перерасходу 115, который для исследуемых схем достигал 0,29 При количесве округляемых значений коэффициентов трансформации, рапном 25 % от их числа в схеме РС перерасход 11Ф не превышал 0,1"«.

На базе предложенных методики и алгоритма оптимизации режимов РС было разработано программное обеспечение для ЕС ЭВМ (1906-199? гг.> н для персональных ЗИП (1991 г.). Программное обеспечение реализовано В составе комплекса программ для электротехнических расчетов РС и функционирует с использованием единой базы данных.

Вторая глава посвящена вопросам взаимосвязи различных задач оптимизации режимов РС в рамках АСУ ПЭС. Наличие в оперативно-диспетчерской Управлении энергосис- -!м...1н различных временных уровней планирования и управления предполагает предъявления неодинаковых требований к задачам оптимизации режимов работа РС для каждого из них. В результате оптимизаций режима РС определя:отся компоненты вектора У. Эти параметры могут иметь различную возможность осуществления регулирования, которая зависит от технического исполнения регулирующих устропств. Представим компоненты векторов X и У оптимизации режимов РС для различных временных уровней в виде таблицы.

Перечень составля^-их векторов независимых и зависимых параметров режима при различных видах оптимизации

Вид оптимизации Составляющие векторов

независимых параметров режима записимых параметров п режима

Долгосрочная оптишгаацня пт,ПВВ; ПТ,РПН' °ЦП,ХР' °Р' °НР и1,ХР! ''ис.ХР1 °1кДР!

Краткосрочная оптимизация пт,рпи' ишсхр' 0р и1,ХР' р1к.ХР °>к,ХР'

оптимизация Мгновенного режима ПТ,РПН' иЦП; Ор •

Обозначения, принятие в таблщепт<пбВ' "т.РЛН ~ коэффициенты трансформации трансформаторов с ПБВ и РПН,- хр ~ напряжения б ЦП для ХГ',- 0р - мощности регулируемых ИРМ; оНр - мощности иерс . улируемых ИРМ; и1Хр - напряжения в узлах сети для каждого из ХР| Рд, хр ,

ХР ~ ПОТО!СИ активной и реактивной мощности в ветвях схемы для каждого из ХР| и4 - напряжения в узлах сети,- О^ - потоки ак-

тивной и реактивной мощности в ветпях схемы.

Из таблицы видно, что максимальное количество регулируемых параметров соответствует задаче долгосрочной оптимизации. Это объясняется, в первую очередь, возможностью практической реализации всех получаемых рекомендаций. При выполнении краткосрочной оптимизации производи.ей закрепление значений пт пвн и (5нр На Тех величинах, которые были получены при долгосрочной оптимизации, а оптимизация поизводится за счет корректировки пт рп„, Ощ, ХР и 0р.

Оснащение РС современными автоматическими устройствами, позволяющими производить регулирование коэффициентов трансформаций трансФорматоров и величины генерации г.РМ по заданному закону, делает актуальным учет таких регуляторов в модели оптимизационно» задачи. Закон работы регуляторов характеризуется, как правило, двумя реличи-нами (уставками). Для учета таких регулятороо при решении задач оптимизации режимов РС необходимо произвести изменения в векторе У. Вместо величин п^ рп(1 И 0р. соответствующих таким средствам регулирования, следует учитьшать параметры их автоматических регуляторов. Соответствующим образом необходимо изменить И выражения для расчета составляющих вектор-градиента. Такое представление позволит наиболее полно использовать возможности имеющихся средств регулирования В РС.

Тесная взаимосЬязь режимов электрических сетей разного уровня напряжений требует в принципе их совместного рассмотрения. Однако размерность таких схем замещения будет превышать возможности даже современных ЭВМ. Для снижения размерности на практике применяют декомпозицию указанных задач и рассматривают их Фактически независимо друг от друга. В работе применяется методика, позволяющая производить оптимизации режимов питающих сетей по напряжению, реактивноп мощности и коэффициентам трансформации с учетом оптимизации долгосрочных режимов работы РС. Для этого производится оптимизация долгосрочных режимов для всех РС и вычисляется пределы вазмо*ного>нзмене-■шя напряжения а ЦП РС. Эти Предел»! Задаится в качестве огра»{ичен!й-нёравенста на зависимые переменные опти-изациИ . ЛаПряжения В Узлах! дли тех узлов схемы питамщей сетг которые соответствуют точкам Ш1 РС. Ието„.ка использовалась для оптимизации режимов реальной анерго-

системы (400 узлов, 430 вел ?П 1 . Оптимизации подлежало 20 мест секционирования сетей 35 кВ, коэффициенты трансформации более 200 трансформаторов, законы регулирования напряжения на 7 подстанциях и на шинах 4 электростанций. В результате расчетов получены рекомендации пп оптимиггфуемым параметрам для двух периодов гола. Расчетный эффект по экономии электроэнергии в питающей сети энергосистемы в составил 4,205 млн. к8т*ч в год. Даннум методику можно использовать, если в РС отсутствуй ИРМ.

В главе рассматривается также способ автоматического регулирования напряжения в ЦП РС. Различные способы регулирования напряжения разрабатывакггся уже в течение длительного времени. Как правило, они не лишены недостатков. Одни из них требуют значительного количества Каналов связи между ЦП Ц контролируемыми узлами, другие предполагают Применение сложного вычислительного комплекса, или же могут быть эффективными только при наличии в ЦП ИРМ.

В работе предлагается способ автоматического регулирования напряжения в ЦП РС свободный от указанных недостатков и опирающийся на результат« оптимизации долгосрочных режимов работм РС. Для его реализации, требуется при помощи программного обеспечения долгосрочной оптимизации рассчитать для нескольких ХР графики изменения тока в ЦП в функции от напряжения на шинах ЦП. Рассчитывается также общий закон регулирования напряжения на шинах ЦП, котор(.Л имеет, как правило, перегибы. Они вызваны накладываемыми на напряжение в ЦП двухсторонними ограничениями. Значения напряжения и тока на р-оричной стороне трансформатора ЦП постоянно контролируются при помощи датчиков тока и напряжения. Эти значения поступают в управляющую ЭВМ, где происходит идентификация текущего режима РС С одним из заранее рассчитанных ХР и определяете« величина оптимального напряжения. Информация о ХР и об общем законе регулирования напряжения в ЦП хранится • в памяти ЭВМ. Разность между полученным значением оптимального напряжения и величиной текущего значения напряжения сравнивается со ступень!« регулирования (Чст) и, если выполняется условие

I "опт - "тек I > (4)

то В11рабаттшается сигнал о необходимости и направлении регулирования напряжения в ЦП. Текущее положение РПН определяется с помощь» датчика-преобразователя. Сигнал поступает в управляющую ЭВМ, где проверяется допустимость требуемого регулирования . Если ого выполняется, то дается управляющий сигнал на устройство РПН трансформатора, при помоци.которого и происходит регулирование напряжения с ЦП.

Использование такого способа регулирования напряжения в ЦП РС позволяет повысить качество напряжения у потребителей, снизить потери энергии в РС и рационально расходовать ресурс устройств РГ1Н.

Третья глава содержит материалы исследования погрешностей расчетов оптимальных режимов РС. Точность решения задачи оптимизации режимов РС На ЭВМ паи" :нт от реализованного математического описания. округления числовой информации в разрядной сетке ЭВМ, степени завершения итерационных процессов и от точности исходной информации. Исследование погрешностей в определении ПФ при оптиьлзации режимов электрических сетей имеет свои особенности. Основная из них состоит в том, что интерес представляет не разность между минимальными значениями точной и приближенной о.:'чюк ЦФ, а различие между точными значениями ЦФ в приближенно выбранном и действительно оптимальном режимах. Эту величину обычно называют перерасходом ЦФ. Если обозначить через И(Уо5.0) - значение ЦФ при точных исходных данных, отсутствии погрешностей модели, метода, округления и векторе регулируемых параметров Уоб, установленном в электрической сети в результате уп-равлен, I режимом, то перерасход 1№ определится следующим образом:

ди - щуо0.5) - »тш.Б). о)

* -

где У(И> - точный вектор регулируемых параметроп. вычисленный по точным исходным данным Б при точном математичег»1 'Ч описании всех взаимосвязей Физического процесса в рассчщС^атмч! РС, без остаточной погрешности от прерывания итерационного процесса поиска минютума ЦФ и без ошибок округления в разрядной сетке ЭВМ. Аналогично записы-внггся выражения для отдельных составляющих полного Перерасхода ЦФ. . Например, перерасход вследствие неточности алгоритма (а) при точных исходных данных Б

Д " » И(У(П.а),5)-П(У(5),Б). 16)

Для проведения расчетных экспериментов использовалось несколько реальных -хем РС различной протяженности и конфигурации. Исследование погрешностей, вносимых прерыванием итерационного процесса расчета оптимальных режимов РС. производилось в два этапа. На первом оценивалось влияние степени завершенности итерационного процесса оптимизаций. Показано, что степень влияния на результаты оптимизации завершенности итерационного процесса оптимизации зависит от размерности рассчитываемой РС. С увеличением размерности РС это влияние снижается. На втором этапе исследоналось влияние точности расчета уста-

интшогося режима РС, который выполняется на каждой итерации оптимизации. Для практических расчетов можно рекомендовать величину меж-

и

итерационной разности напряжений расчета установившегося режима, рапнум 0,001 кв. При этом перерасход Ц<5 не превышает 0,03!"«.

При практических оптимизационна!?: расчетах как краткосрочных, так и долгосрочных режимоп работы РС очень латным является вопрос о том какое количество ХР следует использовать при моделировании рассматриваемых расчетных периодов. ЗН.-.чолнени исследования погрешностей оптимизации режимов РС при задании различного количества "Р. Результат!! расчетов показали, что для исследуемых схем перерасход ЦФ при использовании одного ХР не превышает 1,5 X. Если же для моделирования расчетного периода использовать 3 ХР, то перерасход Ц? будет не более 0,55 Яг и си минимален для схемы малой размерности с концентрированно й нагрузкой. При этом погрешности определения ^оставляющих вектора У будут не более 0,44 % для коэффициентов трансформации трансформаторов и менее 0,(14 "■> для графика напряжения в ИП. Сравнения производились с расчетом, в котором использовались 24 ХР.

Исходны,/и данными лля оптимизации режимов РС, кроме режимных параметров, является информация о топологии сети и параметрах схемы замещения. Ошибки в топологии приводят к значительным искажениям результатов расчета и обычно легко устраняйся. Погрешности же в определении параметров схемы замещения, также как Н ошибки измерений, зависят от многих случайных и систематически дейстаукжих Факторов и не могут быть полностью устранены при проведен"»« расчетов.

Исходная информация для расчета режимов РС значительно отличается от информации для расчета питающих сетей. П большинстве случаев о нагрузке фидера можно судить только по мощности установленных в нем РТ.' Замеры величины нагрузки на подстанциях связаны с большими трудностями и, как прапило, не проводятся. Информация, получаемая в дни контрольных замеров, тоже характеризуется низким качеством. Наиболее достоверной 1Я(Формацией о нагрузке РС являмтся параметры режима головного участка. Лля оценки влияния погрешностей исходной информации на результаты оптимизационных расчетов режимов РС в работе били рассмотре'нн характер и представлены интервалы их возможного варьирования, выполненные расчетные исследования погрешностей пнчис-лешш компонентов вектора У, вызванных погрешностью задания отпусков энергии через Головине участки Фидерев, дали следующие результаты. Погрекность расчета графика напряжения в 1Ш составляла менее 3 погрешность определения коэффициентов трансформации РТ также не превышала 5 %. Следует от. (етить, что с увеличением ра мерности схемы РС указмшые погрешности значительно снижались. Так для наибольшей га исследуемых схем эти погрешности составили 0,26 и О, ЗиЛ соотг ггет-

пенно. Перерасход Цф из-за погрешности задания отпусков энергии достигал 7,82 я. для налой схемы к не препышал 0,21 X для наибольшей из исследуемых схем.

Оценены также погрешности оптимизационных расчетов, вызванные погрешностью задания параметров схем замещения. При принятых интервалах их изменения перерасход ЦФ был наибольшим для малой схемы и достигал 7,1 %, а для остальных схем не превышал 3,1 Проводились исследования, моделирующие повышение точности задания параметров схем замещения. Уменьшение в два раза интервалов их изменения существенно повлияло на перерасход 1№ только для схемы РС наибольшего размера. Дли нее произошло снижение перерасхода Ц5 с 1,57 ДО 0,21 %. Для остал1_.шх схем РС величина Ш> изменилась незначительно.

Перерасход ЦФ из-за совместного действия погрешностей задания отпусков анергии и погрешностей параметров схем замещения составлял, как правило, 3-8 Я.'

В четвертой главе рассматриваются вопросы оптилального планировании режимов в рамках АСУ в условиях возникновения дефицита мощности. Такие режимы возникают при недостатка мощности в отдельных час-тих, либо всей электроэнергетической системе (ЭЗС) и ногу," быть планируемыми или аварийными. Планируемые дефицитные режимы возникают во пземя прохождения утреннего пли вечернего максимумов гютребпения но- ■ юности. Следует отметить, что методы планирования режимных мероприятия на экстремальный период как регламентируемые инструкциями, так и разрабатываемые различными авторамы обладаыг недостатком, он вырака-е:ся в том, что методы, реализованные для нормального «¿'ункипонироиа-нля ЭЭС и хорошо работавшие при разовых нарушениях нормального рехй-на автоматически применяйте« для экстремального периода. Б то же время в стране накоплен опыт по разработке и'проведений расскатрииа-еьых мероприятии в целом по всей ЭЭС или некоторой ее части. Одно из них - система глубокого регулирования, использовалось в Волгоград-Енерго. Его идея в том, что потребителю задается лимит мощности на единственный час суток. Другой вариант был применен в Сгавропольэ-керго, где был введен в действие скользящий график выходных дней по регионам. Практика эксплуатации ЭЭС показывает, что проведение описанных выше или же им подобных мероприятий, не всегда приводит к полному согласованию между спросом на мощность и возможностями его покрыты 1. В таких случаях вводятся ограничения потребителей согласно правилам, устанавливаемым соответствующим «нстр.,кшшми. Для этих целей используются графики огранив ший или отключений. Обозначим через Рэс^ ьеличину Л-ой ступени грзфнка отключения мощности в целом

по энергосистеме. Диспетчерская служба энергосистем!) производит разбивку величины каждой ступени между ПЭС, входящими в ее состав и, ■■ при этом соблюдает условия:

рэсЛ 4 ¿1 р„с^' (7) .

'к=1

где Рпс1с;( - величина л-оп ступени отключения к-го ПЭС, на которум накладывается двухстороннее ограничение-неравенство вида: рпНп . р рп,ах (8)

пск.1 пскЗ псад С другой стороны для каждого из ПЭС можно записать:

"к М1

рпс^ " 2И р1кЛ * х1кЛ' ,9)

¡»1 1»1

где P¡¡ij^ - величина 1-ой ступени отключения 1-го потребителя входящего в к-ое ПЭС и участвующего в 1~о1\ ступени отключений в ЭЭС; и^-количество потребителей в к-ом ПЭС; Х^ - соответствующие булевы переменные; N | - количество возможных ступеней отключения у 1-го потребителя.

Введение булевых переменных отражает физическую сущность зада- . чи. Оно заключается в том, ч'-о и каждой ступени графика отключения, планируемого для ПЭС, каждый конкретный потребитель может участвовать только одной 113 своих возможных дискрепшх ступеней отключения. Это ограничение записывается следующим образом:

^ЖГХц*1- <10>

1-1

Учитывая (7)-(10). целевую Функцию задачи запишем в виде п в,. •

£1 51 21 р1кл * *|*л " рэсз ~> <П>

•л-1 1 = ; 1=1

Достижении наиболее экономичного планирования будет способствовать учет и математической модели характеристик ущерба потребителей. Для разных потребителей они различны и, как правило, имеют нелинейный характер. Обычно их группируют по предприятиям различных отраслей промышленности, определенным образом усредняются и представляются л виде зависимостей У( » Г(Р(). зши. их, мы имеем возможность для каждой из ступеней ограничений потребите чей рассчитать ущерб, Который они будут иметь в случае ввода п действие этой ступени ограничения. В атом случае !К> представим в пиле-.-:

n r.ij. Nj

y - 21 21 2Zpikji * yikji * "> <12> k=1 i=l 1=1

Таким образом, математическая модель задачи без учета характеристик ущерба запишется как совокупность выражений (7)-(11), а с их учеТои-выраженнй (7)-(10) и (12). Обе модели учитывают дискретный характер входящих ь сих переменных. Реиение таких задач представляет собой серьезную проблему даже при их не очень большой разморности.

Метод ветвей и границ (ИВГ), по-видимому, самый перспективный в практическом отношении метод решения задач рассматриваемого класса. Алгоритмы МОГ обладают рядом структурных особенностей, которые делают их пригодными для решения задач большой размерности. Большая практическая потребность в лрнмененни МВГ привела к тому, что МВГ реализован во множестве пакетов прикладных программ UUUO • Их анализ позволил принять для использования ПП11 ЦЛП ("Целочисленное линейное программирование"). который предназначен для решения задач полностью и частично целочисленного линейного программирования.

Для исследования и, сдложснных моделей, а так^.е работоспособности и особенностей применении выбранного метода в работе использовались расчетные примеры. Один - тестовый (N 1), два других - основаны на использовании исходных данных двух реальных энергосистем (N 2 -Гроззнерго, N 3 - Ставропольэнерго) . В качес-~е основы для формирования примероа N 2 н 3 ошш приняты графики, ежегодно составляемые с энергосистемах и предназначенные для ограничении потребителей при недостатке энергоресурсов. Пример H 2 содержит сведения о 73 потребителях, каждый из коюрых имеет от 7 до 10 ступеней регулирования. В пример N 3 входят 324 потребителя принадлежащие семи I13C.

Выполненные расчетные исследования позволили получить графики отключения потребителей на случай возникнове! ия дефицита мощности. Результаты расчетов, полученные с использованием модели, учипшаюиеИ характеристики ущерба потребителей, сравнивались С графиками ограничения, разработанными диспетчерскими службами. Для разных ступеней этих графиков расчетный ущерб потребителей для примера N 2 снижался на 50-89 а для примера N 3 lia 25-01 При этом для каждой из ступеней ограничения примеров 2 и 3 было получено 2-5 возможных Вариантов решения, незначительно отличающихся друг от друга но величине возникающего из-за ограничений ущерба.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

С

I. Разработанные методика, подробный алгоритм и программное

обеспечение оптимизации краткосрочных н долгосрочных режимов разомкнул« РС, базирующиеся на методе приведенного градиента, позволяют выполнять оптимизации по кротерига минимума затрат иа передачу электроэнергии потребителям и ущерба га-за отклонен- й напряжения у пот-ребггтелей. Оптимизация производится за счет совместного выбора положений отпаек РТ, величины мощности оперативно нерегулируемых КУ, а также закона регулирования напряжения в ЦП,

2. Методика оппгмизации краткосрочных и долгосрочных режимов РС позволяет ешюлиять расчеты с использованием типовых графиков электрических нагрузок и различной режимной исходной информации. Учет дискретности коэффициентов трансформации РТ производится методом их поэтапного округлення с последующей дооцпшизацией.

3. Предложен подход, позволяющий при оптимизации краткосрочных и мгновенных режимов РС учитывать результаты оптимизации долгосрочных режимов. Он обеспечивает максимальное использование возможностей средств регулирования уровнями напряжения и потоками реактивной мощности а РС. Показано, что для определения законов работы автоматических регуляторов трансформаторов и ИРМ целесообразно использовать, с некоторыми изменениями, методику и алгоритм оптимизации краткосрочных И долгос1>очных режимов работы РС.

4. Предложенный способ автоматического регулирования напряжения в ПП РС базируется на результатах оггпвзгаедаонных расчетов долго-сроч!!ых режимов РС и обеспечивает требуемые уровш! напряжения в РС. Регулировании производится с учетом геиягмуна потерь а гктроэнергии п РС и рационального использования ресурса устройств РГШ.

5." Предложена алгорипиртеская последовательность и методика исследования погрешностей расчетов оптимальных режимов работы РС позволяющая разделить нолнуи погрешность на отдельные составляющие. Использоватю данной метод!ясн позволяет раздельно оценивать каждум из ссстйпля!1";их полной г.егресности и сопоставлять их.

6*. Сценени возмоишо при эксплуатационных расчетах оптимальных рехимоз погрешности п исходной информации. Получены количественные результат» Слияния этих гтогрешнос гей, а т^кже других видов погреа-ностей на расчета оптимальны« ражнкоп РС. Величина перерасхода ЦЭ при расчетах оптимальных долгосрочных режимов РС по напряжению, реактивной мощности и гсоэФфищентам трансформации может достигать 2,3% из-за Прерывания итерациоглшго процесса и 1,5% иэ-яа погрешности Математической модели. Перерасход ЦО из-за совместных ошибок в задании парг 1етроа схем замещения элементов сети и отпусков энергии составляет, как правило, 3-8 %.

о

7. Разработанные методики оптимального планирования деФиц режимов электроснабжения потребителей электроэнергии позволяет тывать дискретность спупеней регулирования потребяемой мощное потребителей и рассчитывать необходимые для них ограничения ка дивидуально для каждого ПЭС, так и для всей энергосистемы в не

е. Математическая модель и методика, учитивашцие характер ущерба потребителей электроэнергии, позволяют при планировании цитных режимов производить оптимизации ограничения потребителе минимизацией ущерба в целом по ПЭС >|ли всей ЭЭС. Работрспособя эффективность предложенных алгоритмов проверена на примере рас с использованием данных о потребителях двух энергосистем.

9. Предложенные в работе Методики и алгоритмы оптимизации мов PC реализованы в составе комплексов программ для ЕС ЭВМ и. совместимых ПЭВМ. Программное обеспечение находится в опытно-п ленной эксплуатации в нескольких энергосистемах.

Основное содержание работ»! отражено в следующих публикаци

1. Идельчик D.H.. Киселев H.H.. Ковалевич В.Н. Рациональн пользование топливно-анергетическ!' ' ресурсов. (Материал в помо лектору).- Ставрополь) общество "Знание" РСФСР, 198*.- 13 с.

2. Идельчик В.И,, Кононов Ю.Г.. Ковалевич В.Н. Повышение ности и экономичности электроснабжения в условия примене»шя АС Ускорение научно-технического прогресса - коренной вопрос экон ческой политики партии.- Ставрополь. i986.- С. 244-2*5.

3. Идельчик В,И., Кононов iD.r,, Ковалевич В.Н. Оптимизаци жимов распределительных электрических сетей с учетом акономиче характеристик нагрузки // Состояние и перспективы развития але технологии: Тез. докл. Всесоизн. научно-техн. конФ. - Иваново, 1987.- Т. 2.- С. 16.

4. A.C. 1562960 СССР, НКИ H 02 J 3/12. Способ регулирован пряжения в ценре питания распределительной Сети / В.И.Идельчик Ковалевич. Ю.Г.Кононов, в.А.Сбитнев (СССР) i Ставроп. политехи. т.- 4292551/24-07) Заявлено 30.07.87i Опуфь 07.05,90, Вёл. N Открытия. Изобретения.- 1990.- N 17.

5. Идельчик В.И.. Ковалевич В.Н. Планирование режимов але снабжения потребителей в условиях дефицита мощности //Киберне электрических систем - электроснабжение промышленных предприят '..аз. докл. Всесоюзн. научн. семинара.- Абакан, 1989.- С. 25-26

6. Кононов Ю.Г.. Ковалевич В.Н. Комплекс пррграмд для ont шш режимов работы разомкнутых электрических сетей 6г110 кв // ративное планирование и управление электрическими режимами 0ЭС

в новых условиях хозяйствования i Тез. докл. 8-го Всесоюзн. сопя работников служб электр!"-еских. режимов И энергосистем.-eBi Штинииа, 1989.- с. 60-61.

7. Кононов М.Г., Ковалевич D.H. Методика исследования погрет-П при оптимизации режимов распределительных сетей // Материалы конференции по.итогам научно-исследспательской работы профес-о-преподавательского состава за 1988 год / Ставропольский noli. ttil-т.- Ставрополь, 1989.- С. 76.

Э. Идельчик В.И., Ковалевич В.Н. Оптимизация электроснабжения бителей при дефиците мощности // Управление и автоматизация тирования в электроэнергетических системах! Тез. докл. Всесо-семинара "Кибернетика электроэнергетических систем". - Челя-, Í990. - С. 139-140.

9. Кононов !0.Г., Ковалевич В.Н. Повышение эффективности и точ- ' : оптимизашш режимов распределительных сетей // Повышение эф-вности и качества электроснабжения: Тез. докл. научно-техн.

- Киев: Общество "Знание" Украинской ССР, 1990.- С. 117.

10. Конопоп !Э.Г., Ковалевич D.H. Оптимизация режимов работы ¡еделителышх электрических сетей сельскохозяйственного наэна-I // Устройства контроля и управления технологическими процес-в сельскохозяйственном производстве: Сб. научи, тр. / Ставро-:к!!й сельскохсз. ин-т.- Ставрополь, 1909. - С. 40-54.

11. Идельчик В.Н, , Кононов ¡З.Г., Ковалевич В.Н, Повышение зко-tstocTii электроснабжения за счет Q/V оптимизации режимов распре-"ольщгх сетей // Региональные проблемы повышения качества И эко-t электроэнергии: Тез. докл. научно-практ. 1соиф.- Астрахань: 1чХ, 1991,- С, 101-1Ö2.

12. V. I. Ídelchílc, Y£¡'. G. ¡Ccnonov, V.NJCovalyevítcli Q/V optimiza-of ioad flovs ln radial clcctrlc networks: theory and experl-il calculation ft Power systfea technology: International confe-

Beijing, China, 1991.- Vol. Í.- P. 279-283.

13. Идельчик D.H., Кононов 13. Г., Ковалевич Q.II. Оптимизация " »nix режимов разомкнутых электрических сетей 6-110 кВ // Поделите электроэнергетических систем: Тез. докл. X научн. конф. -

1С: ИОТПЭ, 199Í.- Т. 2.- С. 47-49.