автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Совершенствование системы оперативного обслуживания электрических сетей 35-110 кВ

Бандурин Иван Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 35-110 КВ

05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О ИЮН 2011

Иваново - 2011

4851452

Работа выполнена на кафедре «Электропривод и системы автоматизации» ГОУ ВПО «Псковский государственный политехнический институт»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Плохой Игорь Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Панков Борис Васильевич

кандидат технических наук, доцент Герасимов Сергей Евгеньевич

Ведущая организация:

Межрегиональная распределительная сетевая компания Северо-Запада

(ОАО "МРСК Северо-Запада"), г. Санкт-Петербург

Защита состоится «30» июня 2011 г. в 11°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 по защите докторских диссертаций при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: г. Иваново, ул. Рабфаковская, д.34, корпус Б, ауд. № 237..

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, Ученый совет ИГЭУ. Тел.: (4932) 38-57-12, факс: (4932) 38-57-01. E-mail: uch_sovet@ispu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного энергетического университета. С авторефератом - на сайте ИГЭУ www.ispu.ru.

Автореферат разослан «25» мая 2011 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.064.01 доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение надежности работы электроэнергети-еских систем является одной из главных задач современной электроэнергетики, ешение этой задачи зависит от правильного подхода к организации оперативного бслуживания (00) электрооборудования, от совершенства методов обоснованного ринятия решений по 00. Для этого необходимо всестороннее исследование нор-альных и аварийных режимов работы электроэнергетической системы и принятие ер по обеспечению их надежного функционирования.

Актуальность проведенных в диссертации исследований определяется про-лемами функционирования и развития электроэнергетики России связанными с из-осом и старением электрооборудовании, снижением качества и объеме 00 при со-ранившихся требованиях к надежности электроснабжения.

Рыночные условия и снижение надежности стареющего электросетевого обоснования ведут к повышению риска возникновения технологических нарушений аботы как на подстанциях (ПС), так и на линиях электропередач, к росту расходов а поддержание требуемого уровня надежности в распределительном электросете-ом комплексе. Поэтому необходим научный анализ и принятие мер, направленных а повышение надежности за счет рациональной организации и новой стратегии истемы 00 электрических сетей (ЭС). Это, в свою очередь, требует разработки со-тветствующих математических моделей.

Отмеченные обстоятельства определяют актуальность темы, как в теоретиче-ком, так и практическом аспектах и востребованность ее результатов в деятельно-ти проектных организаций, центров управления сетями, структур оперативно-испетчерского управления и перспективного развития энергосистем, боснованне соответствия диссертации паспорту научной специальности 5.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы»

Соответствие диссертации формуле специальности:

- в соответствии с формулой специальности 05.14.02 - «Электростанции и лектроэнергетические системы» (технические науки), объединяющей исследования о связям и закономерностям при планировании развития, проектировании и экс-луатации электрических станций, электроэнергетических систем, электрических етей и систем электроснабжения, в диссертационном исследовании разработаны омплексы математических моделей и алгоритмов их реализации, выполненные для птимизации работы системы 00 ЭС 35-110 кВ.

Соответствие диссертации области исследования специальности: - отраженные в диссертации научные положения соответствуют области исследования специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы»: по развитию и совершенствованию системы 00 ЭС 35-110 кВ и разработке моделей по её оптимизации с целью обеспечения экономичного и надежного электроснабжения потребителей.

Результаты диссертационного исследования, отраженные в поставленных задачах и имеющие научную новизну, соответствуют пунктам: 1) №6 "Разработка методов математического и физического моделирования в электроэнергетике"; 2) №8 "Разработка методов статической и динамической оптимизации для решения задач в электроэнергетике"; 3) №11 "Разработка методов анализа структурной и функциональной надежности электроэнергетических систем и систем электроснабжения»; 4) №13"Разработка методов использования ЭВМ для решения задач в электроэнергетике" паспорта специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы» (технические науки).

Рассмотренные математические модели и алгоритмы оптимизации структуры системы ОО ЭС 35-110 кВ позволяют обслуживать все требования (заявки) ЭС 35110 кВ: 1) в среднем; 2) с заданным средним временем обслуживания; 3) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения требования при минимальных затратах. Математические модели учитывает надежность оборудования электрических сетей и характеристики обслуживающих приборов (ОП), с точки зрения теории массового обслуживания (ТМО), таких как устройства телемеханики и автоматики (ТМиА), а также возможные различные формы организации 00 ПС персоналом сетей. Разработана модель и алгоритм адаптивного управления структурой системы 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат. Разработан комплекс программ, реализующий предложенные алгоритмы и подходы по оптимизации системы 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат. Внедрение программ дает экономический эффект, заключающийся в сокращении затрат на 00 ЭС 35-110 кВ, и технический эффект, заключающийся в сокращении средней продолжительности аварийного отключения потребителей 1 и 2 категории.

Целью работы является разработка новых и совершенствование существующих методов оптимизации системы 00 ЭС 35-110 кВ. В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи.

1. Разработана математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований в среднем.

2. Разработана математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизи-овать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании сех требований с заданным средним временем обслуживания.

3. Разработана математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизи-овать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании сех требований с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполне-ия.

4. Разработана модель и алгоритм адаптивного управления структурой сис-емы 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат.

5. Разработан комплекс программ, реализующий предложенные алгоритмы и одходы по оптимизации системы 00 ЭС 35-110 кВ.

Объектом исследования являются ЭС 35-110 кВ.

Предметом исследования является система 00 ЭС 35-110 кВ.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применены: сис-емный анализ, методы теории надежности, теории массового обслуживания, тео-ии вероятности и математической статистики, линейного дискретного программи-ования.

Научная новизна.

1. Разработаны математические модели и алгоритмы, позволяющие оптими-ировать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслужива-ии всех требований: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; ) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

2. Разработана методика, позволяющая создать рациональную систему 00 С 35-110 кВ, обслуживающую с минимальными затратами все требования: а) в реднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятно-тью обслуживания и надежностью выполнения. Методика отличается от известных олее полным учетом надежности оборудования ЭС и характеристик ОП с точки рения ТМО, таких как устройства ТМиА, а также различных форм организации 00 1С персоналом сетей.

3. Впервые получены расчетные и аналитические зависимости влияния ос-овных составляющих и ограничений целевой функции оптимизации на величину атрат на систему 00 ПС 110(35)/10(6) кВ.

4. Впервые получены расчетные и аналитические зависимости влияния абсо-ютной и относительной чувствительности к величине затрат на систему 00 ПС 10(35)/10(6) кВ от основных составляющих и ограничений целевой функции опти-шзации.

Практическая ценность.

1. Предлагаемые модели, алгоритмы и способы управления системой 00 ЭС 35-110 кВ позволяют при ограниченных финансовых, трудовых и временных ресурсах обеспечить надежность электроснабжения и повысить эффективность 00.

2. Разработаны алгоритмы и компьютерные программы для построения рациональной системы 00 ЭС 35-110 кВ. Программы позволяют создать рациональную систему 00 ЭС 35-110 кВ, обслуживающую с минимальными затратами все требования, связанные с аварийным отключением потребителей 1 и 2 категории: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

Программа «Определение оптимальной формы обслуживания электрических подстанций» зарегистрирована в государственном Реестре программ для ЭВМ № 2010617933 от 2 декабря 2010 г.

3. При изменении структуры системы 00 Печорской РЭС экономический эффект составляет 1 млн. 332 тыс. руб. в год.

4. Практические рекомендации по снижению затрат на систему 00 и повышению надежности электроснабжения потребителей ЭС 35-110 кВ.

5. Для методики создания рациональной системы 00 ЭС 35-110 кВ была проанализирована повреждаемость электрооборудования ПС и линий электропередач с указанием причин и признаков последствий отказов в зависимости от сезонных и суточных колебаний. Проанализирован объем и состав потока требований, поступающий в систему 00 при плановых и аварийных работах.

Достоверность результатов. Достоверность научных положений и результатов, изложенных в .диссертации, обеспечивается корректным применением теории, многосторонним учетом большого, числа факторов и условий функционирования электрических сетей, адекватностью используемых математических моделей. Подтверждается расчетом большого числа примеров для реальных электрических сетей и совпадением полученных результатов с экспертными оценками специалистов, занимающихся эксплуатацией электрических сетей.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Математическая.,модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований в среднем.

2. Математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований с заданным средним временем обслуживания.

3. Математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему О ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований с

аданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

4. Методика более полно учитывающая надежность оборудования ЭС и харак-еристики ОП, позволяющая создать рациональную систему 00 ЭС 35-110 кВ обслу-ивающую с минимальными затратами все требования: а) в среднем; б) с заданным редним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надеж-остью выполнения.

5. Впервые полученные расчетные и аналитические зависимости влияния основ-ых составляющих и ограничений целевой функции оптимизации на величину затрат а систему 00 ПС 110(35)/10(6) кВ.

6. Впервые полученные расчетные и аналитические зависимости влияния абсо-потнои и относительной чувствительности к величине затрат на систему 00 ПС 110(35)/10(6) кВ от основных составляющих и ограничений целевой функции опти-

изации.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соиска-елю принадлежит разработка математических моделей [1, 2, 10], алгоритмов [11, 14], ыбор аппаратного и программного обеспечения оперативно-информационного ком-лекса АСУ ТП электроснабжением [8,9,12], анализ результатов [4, 5,6,7,13].

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доклады-ались на: 1-й Международной научной конференции «Автоматизация, Энергетика, омпьютерные технологии» (Псков, 2007 г.); Международном научном семинаре им. Ш.Руденко (Харьков, 2006 г.; Вологда, 2007 г.; Иркутск, 2008 г.; С-Пб, 2009 г.; Яла, 2010 г. - см. Приложение 1); Международной научной конференции «Математиче-кие методы в технике и технологиях - ММТТ-22» (Псков, 2010 г.); Расширенном заедании кафедры электропривода и систем автоматизации Псковского государственно-о политехнического института с участием ведущих специалистов кафедр электроэнергетики и теоретических основ электротехники (Псков, 2010 г.) - см. Приложение 2. Диссертация была апробирована и получила одобрение на 82-м заседании международного научного семинара им. Ю.Н.Руденко «Проблемы исследования и обеспечения надежности либерализованных систем энергетики» (Ялта, 2010 г.).

Результаты работы реализованы в электрических сетях «Псковэнерго» МРСК «Северо-Запада». Теоретические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе (специальность 140211 «Электроснабжение») при изучении дисциплин «Математическое моделирование технических систем», «Надежность электроснабжения» и «Электрические сети и системы» на кафедре "Электроэнергетика" Псковского государственного политехнического института. Программа «Определение оптимальной формы обслуживания электрических подстанций» зарегистрирована в государственном Реестре программ для ЭВМ № 2010617933 от 2 декабря 2010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ из них -3 в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 - в иностранном журнале и 1 программа, зарегистрированная в государственном Реестре программ для ЭВМ.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 152 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (113 наименований источников) и имеет 4 приложения на 25 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и соответствие диссертации паспорту научной специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы», сформулирована цель и определены основные задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, приведена структура диссертации.

В первой главе показана структура и определены задачи оперативного управления в электроэнергетике, дается анализ особенностей эксплуатации ЭС в новых условиях.

Существенный вклад в решение задачи управления электроэнергетическими системами и оптимизации их режимов был внесен участниками Международного научного семинара им. Ю.Н.Руденко «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики». Развитию теории и методов обеспечения надежности систем энергетики посвящены работы Ю.Н. Руденко, Н.И. Воропая, В.А. Веникова, М.Ш. Мисриханова, Ю.Б. Гука, Ю.Я Любарского, В.Г. Китушина, Б.В. Папкова, В.А Савельева и др.

Теоретической основой методов эксплуатации электрооборудования, а также оперативного управления электроэнергетическими системами являются работы

A.A. Филатова, Ä.H. Назарычева, М.А. Короткевича, Е.В. Калентионока, В.А. Семенова, H.A. Мурашко, А.П. Васильева, а также зарубежных ученых И. Награта, П. Кундура, Р. Дорфаидр.

Разработке научных методов и способов оптимизации режимов электроэнергетических систем посвящены работы В.А. Веникова, Д.А. Арзамасцева,

B.М. Горнштейна, В.И. Идельчика, В.М. Синькова, Л.А. Крумма, а также зарубежных ученых Д. Котари, И. Диллона и др.

Однако вопросы обеспечения надежности и оптимизации работы системы 00 ЭС с позиций организации ее эффективного функционирования исследованы не

остаточно полно. Многие аспекты претерпели значительные изменения, обуслов-енные сменой экономических основ государства, отношений между предприятия-и отрасли и нуждаются в существенной доработке.

Проведенный критический анализ существующих систем 00 ЭС 35-110 кВ оказал, что, как правило, при проектировании развития энергосистем не рассмат-ивается вопрос оптимальной организации системы 00. Существующие методы по-троения системы 00 не позволяют построить систему 00 ЭС 35-110 кВ с задан-ой вероятностью обслуживания и надежностью выполнения требования.

Во второй главе разработана методика создания рациональной системы 00 С 35-110 кВ на базе алгоритмов, позволяющих обслуживать все требования: а) в реднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятно-тью обслуживания и надежностью выполнения.

В систему 00 ЭС поступают требования (заявки) со стороны ЭС. Каждая нергоустановка предъявляет потоки требований, которые должны обслуживаться, соответствии с характером производимых работ, а также по способу и срокам по-ачи, заявки в ЭС подразделяются на плановые, срочные, неплановые, неотложные и варийные.

Система 00 ЭС 35-110 кВ относится к многофазным системам с несколькими ОП. Поток требований на обслуживание распределяется между ОП. ОП являются устройства ТМиА, а также оперативный персонал.

Виды 00 ПС 35 кВ и выше могут быть следующими: 00 местным оперативным персоналом,

00 оперативно-выездными бригадами (ОВБ) с определенными зонами обслужи-ания.

Варианты организации 00 местным оперативным персоналом: дежурство на ПС двух электромонтеров в смене, дежурство на ПС одного электромонтера (ДЭ) в смене, дежурство на дому одного электромонтера («ДЭ на дому») в смене.

Требуется рациональное распределение функций по обслуживанию электри-еской сети между оперативным персоналом и устройствами ТМиА. Это может ыть достигнуто выбором рациональной структуры системы 00 ЭС.

При разработке математических моделей создания рациональной системы 00 С введены и обоснованы следующие допущения: 1) поток требований на 00 ЭС 35-110 кВ является простейшим; ) время обслуживания требования на ПС оперативным персоналом не зависит от ида 00 (ДЭ, «ДЭ на дому» или ОВБ);

ю' 10, иначе.

1, если ПС обслуживается только одним ДЭ на дому; О, иначе.

1, если ПС обслуживается ОВБ;

3) время обслуживания требования на ПС оперативным персоналом не зависит от уровня его квалификации;

4) время доставки ОВБ на ПС равно времени доставки ОВБ с базы на ПС;

5) не учитываются затраты на работы по оценке технического состояния оборудования;

6) функция ущерба от перерыва электроснабжения ПЭ является линейной.

Для разработки математической модели и алгоритма, позволяющих оптимизировать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований в среднем, введем двоичные переменные плана обслуживания следующим образом:

1, если ПС обслуживается только одним ДЭ;

(2)

Лоая;"10, иначе. ' (3)

где i - номер ПС; j - номер бригады ОВБ.

Так как ОВБ может обслуживать несколько ПС, введем индикаторную переменную

fl, если хотя бы одна x0BEl, = 1; yJ=\n ' ■ (4)

[О, иначе.

Если имеющихся ресурсов для размещения бригад ОВБ недостаточно, возникает необходимость в дополнительной базе для ОВБ. Введем индикаторную переменную, показывающую необходимость в сооружении к-оя базы 1, если хотя бы одна>'; > 1, где j е к

Л ■

О, иначе.

В качестве критерия оптимизации системы 00 ЭС 35-110 кВ выбрана функция минимума средних ежемесячных суммарных затрат на систему 00 ЭС - Z, которая в общем случае состоят из четырех составляющих

Z = ZDi + Z^ + ZK0 + Яущре, (5)

где Zo6 - ежемесячные затраты на обслуживание требований; 2ц0ап - ежемесячные затраты на доставку ОВБ; ZK0 - ежемесячные приведенные затраты на создание каналов обслуживания; Zyuiepg - ежемесячные затраты на оплату ущерба потребителям электроэнергии (ПЭ). Рассмотрим их подробнее:

. Средние ежемесячные затраты на обслуживание требований

п п т

ЗдЭ ^ХДЭ, Здэ_на_дому ^ ХДЭ_на_дому, + ^ОВБ У] < (6)

/=1 1=1 ¡=\

де Здэ, Здэ_ю_дому, Зовб - ежемесячные затраты на содержание ДЭ, «ДЭ на дому» и

ВБ, руб.;

. Средние ежемесячные затраты на доставку оперативного персонала

п т

231гас ^ ^¿месяцЬости^ОВБ, ) > О)

М 7=1

де - затраты на содержание машины ОВБ, руб./ час; X - интенсивность требо-аний на обслуживание, ч"1; 1меач - количество часов в месяце (720), час; /а„ст. . -ремя доставки с г-ой ПС нау'-ую базу, час; . Средние ежемесячные приведенные затраты на создание ОП

п п т р

^1^ДЭ,:ХДЭ.: + У, ^/П на _дому,:Х ДЭ_ка дому,: + ^ОВЕ,)У! + . (8)

/«1 " *=1

де КДЭ, Кдэ ш дому, К0ВБ - ежемесячные приведенные затраты на создание ОП: ДЭ, ДЭ на дому» и ОВБ, руб.; ск-ежемесячные приведенные затраты на строительство -ой базы для ОВБ, руб.;

. Средние ежемесячные затраты на оплату ущерба потребителям электроэнергии от ерерыва электроснабжения

п т

'^'^^месячСуд./Ш^ДЭ^ДЭ, +*ДЭ_на_дому1ХДЭ_ш дому, + ¡ОВБ, ХОВБ, ¡) , (9)

1=1 у=1

де суа,, - значение удельного ущерба для 1-го ПЭ, руб./кВт-ч; Р, - среднее значение шщности у ¡'-го ПЭ, кВт.

На целевые функции накладываем ограничения на загрузку ОП, на вид 00 и а переменные плана обслуживания.

Разработана математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизиро-ать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании сех требований с заданным средним временем обслуживания.

Для определения рационального вида системы 00 ПС необходимо знать оп-имальное количество требований, обслуживаемых ДЭ, «ДЭ на дому», ОВБ и уст-ойствами ТМиА. В качестве неизвестных переменных плана обслуживания при-1ем следующие: пДЭ - количество требований, выполняемых ДЭ на /-ой ПС,

дэ „а дому, ~ количество требований, выполняемых «ДЭ на дому» на г-ой ПС, п0ВБ ~

количество требований выполняемых на ¿-ой ПС у-ой бригадой ОВБ, п1МиЛ - количество требований, выполняемых устройствами ТМиА на /-ой ПС.

вания в математическую модель следующим образом: если ДЭ, «ДЭ на дому», ОВБ или устройства ТМиА обслуживают хотя бы одно требование на /'-ой ПС, то соответствующая переменная плана обслуживания равна 1, в противном случае она равна 0. Целевые функции по минимуму ежемесячных затрат на систему ОО ЭС 35-110 кВ, с учетом ущерба и/или затрат на создание ОП могут быть получены аналогично, согласно формулам (6)-(9).

В общем случае требования не являются одинаковыми. Чтобы использовать методы булева линейного программирования, представим переменные плана обслуживания пдэ, пдз т г<1М), и п0ВБ через сумму двоичных переменных £. Для этого введем двоичные переменные таким образом, чтобы их сумма была равна количеству требований обслуживаемых ОП птр об:

где I - номер требования на ПС, птр - количество всех обслуживаемых требований на /-ой ПС.

На целевые функции, по сравнению с предыдущей математической моделью, было введено дополнительное ограничение на максимально допустимое время обслуживания требования.

Разработана математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему ОО ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

Добавим в предыдущую математическую модель условие, обслуживания всех требований за время не более ¡тах, при минимальных затратах с вероятностью обслуживания ртр. Тогда интенсивность обслуживания ц

Вместо условия используем условие СУ0д, где среднее время обслуживания

Введем индикаторные переменные хдэ, хдэ ш дсму/, х0ЕБ, х1ША плана обслужи-

Птр_о6, 1,1 ,

1-1

(10)

// =---—р-

(П)

шах .

(12)

Для оценки надежности выполнения требования будем использовать значение ункции надежности Функция надежности КО) определяется вероятностью зотказной работы элемента за время ?оД

ЯЮ = е~х»'°\ (13)

е Я„р- интенсивность отказов ОП.

Тогда условие обеспечения требуемого уровня надежности

R(to6) = eK>'°'>R„m. (14)

Для того, чтобы найти интенсивность отказов ОП, нужно составить расчетную ему надежности.

Методика нахождения рационального вида системы 00 ЭС 35-110 кВ.

1. Записываем целевую функцию и ограничения для конкретной задачи;

2. Приводим целевую функцию и ограничения к следующему виду:

Ах<Ь

целевая функция: irx->min, ограничения Aeq • х = beq ,

х бинарный

где f - л-мерный вектор коэффициентов целевой функции; b и beq - иьмерные вектора правых частей ограничений; А и Aeq - матрицы размера тхп, содержащие коэффициенты левых частей ограничений; х - «-мерный вектор переменных, который является бинарным (двоичным), т.е. его элементами могут быть числа, которые принимают значения 0, либо 1;

3. Решение х получаем методами булева линейного программирования.

Для нахождения решения х с помощью ЭВМ, используем стандартные мате-атические пакеты, например, такие как MS Excel и Matlab.

В третьей главе производится анализ и осуществляется совершенствование стемы 00 ЭС 35-110 кВ, приводятся результаты исследований анализа чувстви-льности разработанных математических моделей к изменению параметров.

Предложена структура системы 00 ЭС 35-110 кВ и механизм её адаптации к изменяющимся условиям (рис. 1.) Регулятор структуры системы 00 получает информацию о работе системы 00 от блока сбора и анализа информации. Регулятор оценивает эффективность работы и затраты на систему 00 и при необходимости осуществляет изменения структуры системы 00.

Электрическая

сеть, энергообъекты

Система 00 электрических сетей

I

1

Блок сбора и анализа статистической информации о

состоянии энергообъектов

Регулятор структуры

системы 00 электоичеуких сет^й

с. 1. Структурная схема адаптивного управления эффективностью системы 00 ЭС

Для реализации адаптивного управления структурой системы 00 ЭС 35110кВ в среде MS Excel 2007 были разработаны соответствующие программные продукты:

1. Определение рациональной системы оперативного обслуживания нескольких подстанций;

2. Определение рациональной системы оперативного обслуживания одной подстанции.

Первая программа позволяет выбрать по критерию минимума затрат для десяти ПС и менее:

1) оптимальные места расположения баз обслуживания;

2) оптимальные вид и места расположения оперативного персонала.

Вторая программа позволяет выбрать по критерию минимума затрат с учетом ограничений по максимально допустимому времени обслуживания требования и вероятности его выполнения:

1) оптимальный тип устройств ТМиА, а также оптимальное количество требований, обслуживаемых с их помощью;

2) оптимальный вид (ДЭ, «ДЭ на дому» или ОВБ) и количество требований, обслуживаемых оперативным персоналом.

Для тех параметров, изменение которых оказывает наибольшее влияние на величину затрат на систему 00 ЭС 35-110 кВ, произведен анализ чувствительности математических моделей к изменению данных параметров.

В качестве исследуемой ПС рассмотрена ПС 110(35)/ 10(6) кВ, имеющая 20 ячеек с выключателями, которые характеризуются приблизительно одинаковой интенсивностью требований Л на обслуживание.

Для ПС были составлены целевая функция и ее ограничения, а также подготовлены исходные данные для моделирования. Проведенный анализ чувствительности показал, что математические модели наиболее чувствительны к изменению следующих параметров (рис. 2):

1. интенсивность требований Л

(при этом абсолютная чувствительность 5^=3.25-104);

2. процент обслуженных требований ртр

(при этом абсолютная чувствительность Sp =1.48-104);

3. максимально допустимое время обслуживания требования tmax (при этом абсолютная чувствительность S, =1.29-103);

4. среднее время обслуживания одного требования ДЭ t0g (при этом абсолютная чувствительность St б =423).

Интенсивность требований, 1ч.

Процент обслуженные треб о» пни Л

а)

0 12$

Максимально допустимое вреы* обслуживши!, ч.

Врет обслуживания требоеаит. ч.

в)

ис. 2. Зависимость затрат на систему 00 типовой ПС 35(110)/6(10) кВ от параметров: интенсивности требований; б) процента обслуженных требований; в) максимально допустимого емени обслуживания требования; г) среднего времени обслуживания одного требования ДЭ.

В четвертой главе осуществлен синтез рациональной системы 00 ЭС 35-ОкВ.

Для организации рациональной системы 00 ЭС 35-110 кВ использовались нные об отказах электрооборудования и их причинах, а также информация об из-нении аварийных отключений линий электропередач в зависимости от времени да или времени суток. Было установлено, что распределение времени аварийного служивания требования подчиняется экспоненциальному закону.

В качестве примера найден рациональный вид системы 00 ПС-11 Печорского С для максимально допустимых времен обслуживания 1тах - 3, 4 и 5 ч. Процент служенных требований ртр принят равным 90%.

Для нахождения рационального вида системы 00 ПС-11, использована автор-ая программа «Определение рациональной системы оперативного обслуживания ной подстанции». Результаты поиска рационального вида системы 00 ПС-11 иведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты поиска - рациональный вид системы 00 для ПС 11

Месяц Время сутох ^тах Количество требований, обслуживаемых Ежемесячные затраты на систему 00 ПС 11

ДЭ «ДЭ на дому» ОВЕ ТМиА

час тыс. руб.

январь, март, май, июнь, июль, ноябрь, декабрь день 4 - - - 13 404.6

5 13 - - - 207.61

6 - 12 - 1 171.95

ночь 4 - - - 13 397.3

5 13 - - - 163.8

6 - 13 - - 85.97

февраль, апрель, август, сентябрь, октябрь день 4 - - - 13 397.3

5 13 - - - 163.8

6 - 13 - - 85.97

ночь 4 - - - 13 393.65

5 13 - - - 141.9

6 - 13 - - 57.99

Найден рациональный вид для системы 00 Печорской РЭС. Исходная и оптимальная схема обслуживания ПС Печорского РЭС, полученная с помощью авторской программы «Определение рациональной системы оперативного обслуживания нескольких подстанций», представлена на рис. 3. Таким образом, программный комплекс показал, что существующая структура системы 00 Печорского РЭС не является рациональной. Предложенное изменение структуры системы 00 Печорской РЭС создает расчетный экономический эффект 1 млн. 332 тыс. руб. в год.

ПС-11 Д Д ■ДЭтмчу' А 2 "ДЭ иг лону* □ ДЭ О ОВБ

О ПС-6 ПС-9 ПС-74 С О ПС-504

ПС-69 А ПС-205 Л А ПС-361

ПС-11 д Д 'ДЭ М» »сиу' □ ДО о ОВБ

д ПС-6 ПС-9 ПС-74 □ Д ПС-504

ПС-69 Д ПС-205 О Д ПС-361

Расстояние, км. Расстояние, «см.

а) б)

Рис. 3. Выбор рациональных мест расположения оперативного персонала: а) до оптимизации; 6) после оптимизации.

Определено рациональное место размещения базы ОВБ Печорского РЭС. Использован критерий минимума затрат на доставку ОВБ на ПС Печорского РЭС

п т р

Ц + -> тш • (15)

¡=1 ¡¡=1

Значения целевой функции (15), полученные с помощью авторской программы «Определение рациональной системы оперативного обслуживания нескольких

дстанций», показали, что рациональным будет расположение базы ОВБ на ПС, так как затраты на доставку, в этом случае, в среднем будут на 10 % меньше, чем ли бы база ОВБ находилась на ПС-69.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В диссертационной работе поставлена и решена важная научно-техническая дача современной электроэнергетики, связанная с повышением эффективности и дежности функционирования оборудования электросетевого распределительного мплекса путем оптимизации структуры системы 00 ЭС 35-110 кВ.

2. Разработаны математические модели и алгоритмы позволяющие оптимизи-вать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании ех требований: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с данной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

3. Разработана методика, позволяющая создать рациональную систему 00 ЭС -110 кВ, обслуживающую с минимальными затратами все требования: а) в сред-м; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью служивания и надежностью выполнения.

4. Впервые получены расчетные и аналитические зависимости влияния основ-IX составляющих и ограничений целевой функции оптимизации на величину за-ат на систему 00 ПС 110(35)/10(6) кВ.

5. Впервые получены расчетные и аналитические зависимости влияния абсо-тной и относительной чувствительности к величине затрат на систему 00 ПС 0(35)/10(6) кВ от основных составляющих и ограничений целевой функции опти-зации.

6. Для методики оптимизации системы 00 ЭС 35-110 кВ была проанализиро-на повреждаемость электрооборудования ПС и линий электропередач с указанием ичин и признаков последствий отказов в зависимости от сезонных и суточных ко-баний. Проанализирован объем и состав потока требований, поступающий в сис-му 00 при плановых и аварийных работах.

7. Разработан комплекс программ на базе стандартного программного продук-MS Excel для исследования и проектирования системы 00 электросетевого обо-дования. Программа «Определение оптимальной формы обслуживания электри-ских подстанций» зарегистрирована в государственном Реестре программ для ВМ № 2010617933 от 2 декабря 2010 г. Программы могут использоваться проект-гми и научно-исследовательскими организациями при решении вопросов перспек-вного развития и организации эксплуатации ЭС.

8. Разработанная методика и комплекс программ апробированы и внедрены в электрических сетях «Псковэнерго» МРСК «Северо-Запада». Теоретические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в рамках курсов «Математическое моделирование технических систем», «Надежность электроснабжения» и «Электрические сети и системы» на кафедре "Электроэнергетика" Псковского государственного политехнического института. Основные теоретические результаты, полученные в диссертации, а также разработанные автором модели могут быть использованы: а) при организации системы 00 ЭС различных регионов России; б) при решении задач подготовки и повышения квалификации специалистов электроэнергетического профиля.

Основные положения диссертации опубликованы в работах

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Бандурин, И.И. Математические модели оптимальной структуры оперативного обслуживания электрических сетей / И.И. Бандурин, А. П. Васильев // Вестник ИГЭУ-2010. - №2 - С. 47-53.

2. Бандурин, И.И. Оптимизация структуры оперативного обслуживания электрических сетей / И.И. Бандурин, А.П. Васильев // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование - 2010. -№10 - С. 71-75.

3. Бандурин, И.И. Управление структурой оперативного обслуживания электрических сетей / Управление большими системами. Специальный выпуск 30.1 "Сетевые модели в управлении": сб. ст. - М.: ИПУ РАН, 2010. - С.252- 273.

Статьи, опубликованные в других издания:

4. Ivan Bandurin. Prospects of electric power supply dispatch control automated system development in Russia/ Ivan Bandurin, Vladimir Egorov, Konstantin Egorov// SBORNÎK KONFERENCE "ELEKTRICKÉ POHONY A VYKONOVÂ ELEKTRONI-KA" -Bmo: EPVE, 2008.

5. Бандурин, И.И. Перспективы развития автоматизированных систем диспетчерского управления/ И.И. Бандурин, В.Е. Егоров В.Е., К.В. Егоров// Академия Энергетики. - 2007. - № 2. - С. 56 - 59.

6. Бандурин, И.И. Отдельные проблемы в энергетике на примере АСУ ТП/ И.И. Бандурин, В.Е. Егоров В.Е., К.В. Егоров // Академия Энергетики. - 2007. -№2.-С. 74-78.

7. Бандурин, И.И. Визуализация технологических процессов распределения электроэнергии в электрических сетях городов и районов/ И.И. Бандурин, Ю.В. Домрачева, В.Е. Егоров // Сб. научн. тр. -Киев, 2007. - Вып. 57. - С. 143-148.

8. Бандурин, И.И. Реструктуризация информации на оперативно-информационном комплексе нового поколения (часть 1)/ И.И. Бандурин,

.Е. Егоров // Международная конференции «Автоматизация, энергетика, компью-ерные технологии» - Псков: ПГПИ, 2007 г. - Вып. 1 - С. 125-130

9. Бандурнн, И.И. Реструктуризация информации на оперативно-нформационном комплексе нового поколения (часть 2)/ И.И. Бандурнн, .Е. Егоров // Международная конференция «Автоматизация, энергетика, компью-ерные технологии» - Псков: ПГПИ, 2007 г. -Вып.1 - С. 130-134

10. Бандурнн, И.И. Надежность технических средств в автоматизированной истеме диспетчерского управления электроснабжением/ И.И. Бандурнн, В.Е. Его-ов, И.В. Плохое // Методические и практические проблемы надежности либерали-

ванных систем энергетики: сб. ст. - Иркутск, 2009. - Вып. 59. - С. 105-110.

11. Бандурнн, И.И. Современное состояние системы телемеханика в электро-нергетике/ И.И. Бандурнн, К.А. Баласс, В.Е. Егоров// междунар. науч. конф.

МТТ-22. Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. - ПГПИ, 2009 г. Т. 8 - С. 97-99.

12. Бандурнн, И.И. Проблемы создания концепции АСУ филиалов региональ-ой сетевой компании / И.И. Бандурнн [и др.] // Академия Энергетики. - 2009. -2 3 - С. 82-87.

13. Бандурнн, И.И Создание информационно-защищенной АСУ ТП для по-ышения эффективности и надежности управления электроснабжением городов и айонов/ И.И. Бандурнн, К.А. Баласс, В.Е. Егоров // Методы и средства исследова-ия и обеспечения надежности систем энергетики: сб. ст. - СПб., 2010. - Вып. 60-\ 121-129.

Свидетельства о регистрации программ: '■<"■

14. Бандурнн И.И., Баласс К.А., Васильев А.П. Свидетельство об официальной егистрации программы «Определение оптимальной формы обслуживания электри-еских подстанций» для ЭВМ № 2010617933. Заявка № 2010615525. Зарегистриро-ана в Реестре программ для ЭВМ 02.12.2010.

Подписано в печать 03.05.2011 г. Формат 60x90/16. Гарнитура Times New Roman. Усл. п. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 3535

Адрес издательства: Россия, 180000, г. Псков, ул. Льва Толстого, д. 4 Издательство ППИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ОПЕРАТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 35-110 КВ

1.1. Структура оперативного управления электроэнергетической системой.

1.2. Анализ современных тенденций эксплуатации ЭС.

1.3. Принципы построения системы ОО предприятий ЭС.

Выводы по первой главе.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 3 5-110 КВ

2.1. Постановка задачи.

2.2. Математические модели системы ОО ЭС 35-110 кВ.

2.2.1. Допущения, используемые в математических моделях.

2.2.2. Математическая модель №1з позволяющая создать систему ОО ЭС 35-110 кВ, обслуживающую все требования в среднем.

2.2.3. Математическая модель №2, позволяющая создать систему ОО ЭС 35-110 кВ с заданным средним временем обслуживания.

2.2.4. Математическая модель №3, позволяющая создать систему ОО ЭС 35-110 кВ с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения требования.

2.3. Методика создания рациональной системы ОО ЭС 35-110 кВ.

Выводы по второй главе.

3. АНАЛИЗ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

3.1. Управление структурой системы ОО ЭС.

3.2. Постановка задачи и подготовка исходных данных для анализа чувствительности математической модели к изменению параметров.

3.3. Анализ чувствительности математической модели к изменению параметров.

Выводы по 3 главе.

4. СИНТЕЗ РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

4.1. Статистический анализ потока требований на ОО ЭС 35-110 кВ.

4.1.1. Определение закона распределения и среднего времени обслуживания требования.

4.1.2. Определение причин основных отказов электрооборудования.

4.1.3. Определение интенсивности потока требований.

4.2. Система оперативного обслуживания Печорского РЭС.

Выводы по 4 главе.

Актуальность проблемы. Повышение надежности работы электроэнергетических систем является одной из главных задач современной электроэнергетики. Решение этой задачи зависит от правильного подхода к организации оперативного обслуживания (00) электрооборудования, от совершенства методов обоснованного принятия решений по ОО. Для этого необходимо всестороннее исследование нормальных и аварийных режимов работы электроэнергетической системы и принятие мер по обеспечению их надежного функционирования.

Актуальность проведенных в диссертации исследований определяется проблемами функционирования и развития электроэнергетики России связанными с износом и старением электрооборудовании, снижением качества и объемов ОО при сохранившихся требованиях к надежности электроснабжения.

Рыночные условия и снижение надежности стареющего электросетевого оборудования ведут к повышению риска возникновения технологических нарушений работы как на подстанциях (ПС), так и на линиях электропередач, к росту расходов на поддержание требуемого уровня надежности в распределительном электросетевом комплексе. Поэтому необходим научный анализ и принятие мер, направленных на повышение надежности за счет рациональной организации и новой стратегии системы ОО электрических сетей (ЭС). Это, в свою очередь, требует разработки соответствующих математических моделей.

Отмеченные обстоятельства определяют актуальность темы, как в теоретическом, так и практическом аспектах и востребованность ее результатов в деятельности проектных организаций, центров управления сетями, структур оперативно-диспетчерского управления и перспективного развития энергосистем.

Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы»

Соответствие диссертации формуле специальности:

- в соответствии с формулой специальности 05.14.02 — «Электростанции и электроэнергетические системы» (технические науки), объединяющей исследования по связям и закономерностям при планировании развития, проектировании и эксплуатации электрических станций, электроэнергетических систем, электрических сетей и систем электроснабжения, в диссертационном исследовании разработаны комплексы математических моделей и методов их реализации, выполненные для оптимизации работы системы ООЭС 35-1 ГОкВ.

Соответствие диссертации области исследования специальности:

- отраженные в диссертации научные положения соответствуют. области исследования специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы»: по развитию и совершенствованию системы ОО ЭС 35-110 кВ и разработке моделей по её оптимизации с целью обеспечения экономичного и надежного электроснабжения потребителей.

Результаты диссертационного исследования, отраженные в поставленных задачах и имеющие научную новизну, соответствуют пунктам: 1) №6 "Разработка методов; математического и физического моделирования, в электроэнергетике";, 2) №8 "Разработка1, методов: статической? и динамической оптимизации для решения задач в электроэнергетике"; 3)<№11 "Разработка методов, анализа структурной и функциональной^ надежности электроэнергетических систем и? систем электроснабжения»; 4) №13"Разработка; методов использования ЭВМ для решения задач в электроэнергетике" паспорта специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы» (технические науки).

Рассмотренные математические модели и алгоритмы оптимизации структуры системы ООЭС. 35 110 кВ позволяют обслуживать все требования; (заявки) ЭС 35-110 кВ: 1) в среднем; 2) с заданным средним временем обслуживания; 3) с заданной? вероятностью обслуживания и надежностью выполнения требования при минимальных.затратах. Математическиемодели учитывает надежность оборудования электрических сетей и характеристики обслуживающих приборов (ОП), с точки зрения теории массового обслуживания (ТМО), таких как устройства телемеханики и автоматики (ТМиА), а также возможные различные формы организации ОО ПС персоналом сетей. Разработана модель и алгоритм адаптивного управления структурой; системы' ОО ЭС 35—110 кВ по критерию минимума затрат. Разработан комплекс программ, реализующий предложенные алгоритмы и подходы по оптимизации? системы ОО ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат. Внедрение программ дает экономический эффект, заключающийся в сокращении затрат на ОО ЭС 35-110 кВ, и технический эффект, заключающийся в сокращении средней продолжительности аварийного отключения потребителей 1 и 2 категории.

Целью работы является разработка новых и совершенствование существующих методов оптимизации системы ОО ЭС 35-110 кВ. В соответствии с указанной щелью были поставлены и решены следующие задачи.

1. Разработана математическая модель, и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему ОО ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при" обслуживании всех требований в среднем.

2. Разработана математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему ОО ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований с заданным средним временем обслуживания.

3. Разработана математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему ОО ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

4. Разработана модель и алгоритм адаптивного управления структурой системы ОО ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат.

5. Разработан комплекс программ, реализующий предложенные алгоритмы и подходы по оптимизации системы ОО ЭС 35-110 кВ.

Объектом исследования являются-ЭС 35-110 кВ.

Предметом исследования является система ОО ЭС 35-110 кВ.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применены: системный анализ, методы теории надежности, теории1 массового обслуживания, теории вероятности и математической статистики, булева линейного программирования.

Научная новизна.

1. Разработаны математические модели и алгоритмы, позволяющие оптимизировать систему ОО ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат, которая обслуживает все требования: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

2. Разработана методика позволяющая создать рациональную систему ОО ЭС 35-110 кВ, обслуживающую с минимальными затратами все требования: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения. Методика отличается от известных более полным учетом надежности оборудования ЭС и характеристик ОП с точки зрения ТМО, таких как устройства ТМиА, а также различных форм организации 00 ПС персоналом.сетей.

3. Впервые получены расчетные и аналитические зависимости влияния основных составляющих и ограничений целевой функции оптимизации на величину затрат на систему 00 ПС 110(35)/10(6) кВ.

4. Впервые получены расчетные и аналитические зависимости влияния абсолютной и относительной чувствительности к величине затрат на систему 00 ПС 110(35)/10(6) кВ от основных составляющих и ограничений целевой функции оптимизации.

Практическая ценность.

1. Предлагаемые модели, алгоритмы и способы управления системой 00 ЭС 35-110 кВ позволяют при ограниченных финансовых, трудовых и временных ресурсах обеспечить надежность электроснабжения и повысить эффективность 00.

2. Разработаны алгоритмы и компьютерные программы для построения рациональной системы 00 ЭС 35-110 кВ. Программы позволяют создать рациональную систему 00 ЭС 35-110 кВ, обслуживающую с минимальными затратами все требования, связанные с аварийным отключением потребителей 1 и 2 категории: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

Программа «Определение оптимальной формы обслуживания электрических подстанций» зарегистрирована в государственном Реестре программ для ЭВМ № 2010617933 от 2 декабря 2010 г.

3. При изменении структуры системы 00 Печорской РЭС экономический эффект составляет 1 млн. 332 тыс. руб. в год.

4. Практические рекомендации по снижению затрат на систему ОО и повышению надежности электроснабжения потребителей ЭС 35-110 кВ.

5. Для методики создания рациональной системы 00 ЭС 35-110 кВ была проанализирована повреждаемость электрооборудования ПС и линий электропередач с указанием причин и признаков последствий отказов в зависимости от сезонных и суточных колебаний. Проанализирован объем и состав потока требований, поступающий в систему ОО при плановых и аварийных работах.

Достоверность результатов. Достоверность научных положений и результатов, изложенных в диссертации обеспечивается корректным применением теории, многосторонним учетом большого числа факторов и условий функционирования электрических сетей, адекватностью используемых математических моделей. Подтверждается расчетом большого числа примеров для реальных электрических сетей и совпадением полученных результатов с экспертными оценками специалистов, занимающихся эксплуатацией электрических сетей.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований в среднем.

2. Математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований с заданным средним временем обслуживания.

3. Математическая модель и алгоритм, позволяющие оптимизировать систему 00 ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

4. Методика более полно учитывающая надежность оборудования ЭС и характеристики ОП, позволяющая создать рациональную систему ОО ЭС 35110 кВ, обслуживающую с минимальными затратами все требования: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

5. Впервые полученные расчетные и аналитические зависимости влияния основных составляющих и ограничений целевой функции оптимизации на величину затрат на систему 00 ПС 110(35)/10(6) кВ.

6. Впервые полученные расчетные и аналитические зависимости влияния абсолютной и относительной чувствительности к величине затрат на систему ОО ПС 110(35)/10(6) кВ от основных составляющих и ограничений целевой функции оптимизации.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит разработка математических моделей [10, 14, 15], алгоритмов [11], выбор аппаратного и программного обеспечения оперативно-информационного комплекса АСУ ТП электроснабжением [8, 9], анализ результатов [5, 6, 7,13, 104].

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались на: 1-й Международной научной конференции «Автоматизация, Энергетика, Компьютерные технологии» (Псков, 2007 г.); Международном научном семинаре им. КШ.Руденко (Харьков, 2006 г.; Вологда, 2007 г.; Иркутск, 2008 г.; С-Пб, 2009 г.; Ялта, 2010 г. - см. Приложение 1); Международной научной-конференции «Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-22» (Псков, 2010 г.); Расширенном заседании кафедры электропривода и систем автоматизации Псковского государственного политехнического института с участием ведущих специалистов кафедр электроэнергетики и теоретических основ электротехники (Псков, 2010 г.) — см. Приложение 2. Диссертация была апробирована и получили одобрение на 82-м заседании международного научного семинара им. Ю.Н.Руденко «Проблемы исследования и обеспечения надежности либерализованных систем энергетики» (Ялта, 2010 г.).

Результаты работы реализованы в электрических сетях «Псковэнерго» МРСК «Северо-Запада». Теоретические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе (специальность 140211 «Электроснабжение») при изучении дисциплин «Математическое моделирование технических систем», «Надежность электроснабжения» и «Электрические сети и системы» на кафедре "Электроэнергетика" Псковского государственного политехнического института. Программа «Определение оптимальной формы обслуживания электрических подстанций» зарегистрирована в государственном Реестре программ для ЭВМ № 2010617933 от 2 декабря 2010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ из них - 3 в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 - в иностранном журнале и 1 программа, зарегистрированная в государственном Реестре программ»для ЭВМ.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 152 страницах машинописного текста и состоит го введения, четырех глав, выводов, списка, литературы (113 наименований источников) и имеет 4 приложения на 25 страницах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В диссертационной работе поставлена и решена важная научно-техническая задача современной электроэнергетики, связанная'с повышением эффективности и надежности функционирования оборудования электросетевого распределительного комплекса путем оптимизации структуры системы ОО ЭС 35-110 кВ.

2. Разработаны математические модели и алгоритмы позволяющие оптимизировать систему ОО ЭС 35-110 кВ по критерию минимума затрат при обслуживании всех требований: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

3. Разработана методика, позволяющая создать рациональную систему ОО ЭС 35-110 кВ, обслуживающую с минимальными затратами все требования: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

4. Впервые получены расчетные и аналитические зависимости влияния основных составляющих и ограничений целевой« функции оптимизации на величину затрат на систему ОО ПС 110(35)/10(6) кВ.

5. Впервые получены расчетные и аналитические зависимости влияния абсолютной и относительной чувствительности к величине затрат на систему ОО ПС 110(35)/10(6) кВ от основных составляющих и ограничений целевой функции оптимизации.

6. Для методики оптимизации системы ОО ЭС 35-110 кВ была проанализирована повреждаемость электрооборудования ПС и линий электропередач с указанием причин и признаков последствий отказов в зависимости от сезонных и суточных колебаний. Проанализирован объем и состав потока требований, поступающий в систему ОО при плановых и аварийных работах.

7. Разработан комплекс программ на базе стандартного программного продукта MS Excel для исследования и проектирования системы ОО электросетевого оборудования. Программа «Определение оптимальной формы обслуживания электрических подстанций» зарегистрирована в государственном Реестре программ для ЭВМ № 2010617933 от 2 декабря 2010 г. Программы могут использоваться проектными и научно-исследовательскими организациями при решении вопросов перспективного развития и организации эксплуатации ЭС.

8. Разработанная методика и комплекс программ апробированы и внедрены в электрических сетях «Псковэнерго» МРСК «Северо-Запада». Теоретические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в рамках курсов «Математическое моделирование технических систем», «Надежность электроснабжения» и «Электрические сети и системы» на кафедре "Электроэнергетика" Псковского государственного политехнического института. Основные теоретические результаты, полученные в диссертации, а также разработанные автором модели могут быть использованы: а) при организации системы 00 ЭС различных регионов России; б) при решении задач подготовки и повышения квалификации специалистов электроэнергетического профиля.

1. Анализ и управление установившимися состояниями электроэнергетических систем / Н. А. Мурашко, Ю. А. Охорзин, Л: А. Крумм и др. -Новосибирск: Наука, 1987. -240 с.

2. Анализ надежности социально-экономических систем электроэнергетики / Воропай H.H. и др. СПб. : ПЭИПК, 2010. - С. 43.

3. Анализ эксплуатационной надежности оборудования электрических сетей/ М.Ш. Мисриханов и др. // Математические модели и методы исследования надежности либерализованных систем энергетики : сб. ст. М.-Н.Новгород - 2008. - Вып. 58 - С. 75-84.

4. Арзамасцев Д.А. АСУ и оптимизация режимов энергосистем : учеб. пособие для студентов вузов / Арзамасцев Д. А., Бартоломей П. И:, Холян А. М.; под ред. Д. А. Арзамасцева. — MI: Высш. шк., 1983. 208 с.

5. Бандурин И:И. Перспективы развития автоматизированных систем'диспетчерского управления/ И.И. Бандурин, В.Е. Егоров В.Е., К.В. Егоров // Академия* Энергетики. 2007. — № 2. — С. 56-59.

6. Бандурин И.И. Отдельные проблемы в энергетике на примере АСУ ТП/ И.И. Бандурин, В.Е. Егоров В.Е., К.В. Егоров // Академия Энергетики. 2007. -№ 2. - С. 74 -78.

7. Бандурин И.И. Визуализация • технологических процессов распределения электроэнергии в электрических сетях городов и районов / И. И. Бандурин, Ю.В. Домрачева, В.Е. Егоров // Сб. научн. тр. Киев, 2007. - Вып. 57. - С. 143148.

8. Бандурин И.И. Реструктуризация информации на оперативно-информационном- комплексе нового поколения (часть 2)/ И.И. Бандурин,

9. В.Е. Егоров // Международная конференция «Автоматизация, энергетика, компьютерные технологии» Псков: ПГПИ, 2007 г. - Вып.1 - С. 130-134

10. Бандурин И.И. Современное состояние системы телемеханика в электроэнергетике/ И.И. Бандурин, К.А. Баласс, В.Е. Егоров // междунар. науч. конф. ММТТ-22. Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. -ПГПИ, 2009 г. Т. 8 - С. 97-99.

11. Бандурин И. И. Проблемы создания концепции АСУ- филиалов региональной сетевой компании / И. И. Бандурин и др. // Академия Энергетики.2009. № 3 - С. 82-87.

12. Бандурин И. И. Математические модели оптимальной структуры оперативного обслуживания электрических сетей / И. И. Бандурин, А. П. Васильев // Вестник ИГЭУ- 2010. №2 - С. 47-53.

13. Бандурин И.И. Оптимизация структуры оперативного обслуживания электрических сетей / И.И. Бандурин, А.П. Васильев // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование 2010. - №10 - С. 71-75.

14. Бандурин И.И. Управление структурой оперативного обслуживания электрических сетей / Управление большими системами. Специальный выпуск 30.1 "Сетевые модели в управлении": сб. ст. М.: ИПУ РАН, 2010. - С.252-273.

15. Бойцов Ю;А. Решение задачи рациональной организации системы оперативного обслуживания электрических сетей / Ю.А. Бойцов, А.П. Васильев // Проблемы энергетики 2008. - №1-2 - G. 40-45.

16. Васильев А.П. Математическая модель оценивания/оперативного обслуживания и ремонта электрических сетей / А. П.Васильев, Б.Н. Вилков // Электротехника и электроэнергетика. Вопросы надёжности. Труды СПбГТУ № 460 СПб., 1996. - С. 179-182.

17. Васильев А.П. Математическая модель гибкой стратегии технического обслуживания и ремонтов / А.П. Васильев // Математические моделии методы исследования надежности либерализованных систем энергетики: сб. ст. М-Н.Новгород, 2008. - Вып. 58 - С. 326-329.

18. Веников В. А. Электрические системы. Электрические расчеты, программирование и оптимизация режимов : учеб. пособие для электроэнерг. ву-. зов / В. А. Веников ; под ред: В. А. Веникова. Mi : Высш; школа,,1973. - 320 с.

19. Веников В. А., Идельчик В. И. Электрические станции, сети и системы. Т. 7. Методы оптимизации управления планированием больших систем энергетики / В. А. Веников . М. : Энергоатомиздат, 1974. - 328 с.

20. Веников В.А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем: учеб. для вузов / В.А. Веников, В.Г. Журавлев, Г.А. Филиппова . М.: Энерго-издат, 1981 г. - 464 с. : ил.

21. Воропай Н.И. Упрощение математических моделей динамики электроэнергетических систем / Н.И. Воропай. — Новосибирск : Наука, 1981.

22. Воропай Н. И. Задачи повышения эффективного оперативного и проти-воаварийного управления электроэнергетическими системами // Энергоэксперт. -2009. №4.-С. 36-41.

23. Гайибов Т.Ш. Оптимизация состава работающих агрегатов электростанций кусочно-линейной аппроксимацией нелинейных зависимостей / Т.Ш. Гайибов // Электрические станции 2009.- №5 - С. 32-37.

24. Гуревич В. И. Надежность микропроцессорных устройств релейной защиты: мифы и реальность / В. И. Гуревич // Проблемы энергетики 2008. — № 5-6. - С. 47-62.

25. ГОСТ 27. 002 89. Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения. - М.: Госстандарт, 1989.

26. ГОСТ 27.310-95. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. М.: Госстандарт, 1995.

27. ГОСТ Р 27. 001 2009. Надежность в технике. Система управления надежностью. - М.: Стандартинформ, 2010.

28. Гук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике / Ю.Б. Гук. — Л. : 1990.-206 с.

29. Данко П.Е. Высшая математика в упражнениях и задачах. Ч. 2 : учеб. пособие для втузов : в 2 ч. / П. Е. Данко, А. Г. Попов, Т. Я. Кожевникова . 5-е изд., испр. - М.: Высш. шк, 1999. - С. 249-250.

30. Дорофеев В.В. Активно-адаптивная сеть новое качество ЕЭС России / В.В. Дорофеев, A.A. Макаров // Энергоэксперт - 2009. - № 4 - С. 28-31.

31. Дьяконов В. Математические пакеты расширения MATLAB : спец. справочник / В. Дьяконов, В. Круглов СПб. : Питер, 2001 - 480 е.: ил.

32. Зыль С. Защищенная операционная система реального времени / С. Зыль, В. Махилев // СТА 2007 - № 3 - С. 82-85.

33. Идельчик В.И. Электрические сети и системы : учеб. для вузов / В. И. Идельчик. М. : Энергоатомиздат, 1989. — 592 с.

34. Идельчик В.И. Расчеты и оптимизация режимов электрических сетей / В.И. Идельчик М: Энергоатомиздат, 1988. -288 с.

35. Калентионок Е. В. Оперативное управление в энергосистемах : учеб. пособие / Е.В. Калентионок, В.Г. Прокопенко, В.Т. Федин ; под общ. ред. В.Т. Федина. — Минск : Выш. шк., 2007. — 351 е.: ил.

36. Китушин В.Г. Определение оптимального уровня надежности оборудования электрической сети / В.Г. Китушин, Е.В. Иванова // Методические и практические проблемы надежности либерализованных энергетики: сб. статей— Иркутск, 2009.-Вып. 59-С. 311-315.

37. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем. Часть 1. Теоретические основы: Учебное пособие / В.Г. Китушин //-Новосибирск: Изд-во НГТУ. -2003-С. 112.

38. Кобец Б.Б. SmartGrid как концепция инновационного развития электроэнергетики за рубежом / Б.Б. Кобец, И.О. Волкова, В.Р. Окороков // Энергоэксперт, №2, 2010,-С. 52-58.

39. Кобец Б.Б. SmartGrid в электроэнергетике / Б.Б. Кобец, И.О. Волкова // Энергетическая политика, № 6, 2009, — С. 54-56.

40. Кобец Б.Б. Smart Grid Концептуальные положения/ Б.Б. Кобец, И.О. Волкова // Энергорынок, № 3(75), 2010, - С. 67-72.

41. Концепция ФСК/ Режим доступа: http://www.fskees.ru/

42. Короткевич М.А. Основы эксплуатации электрических сетей. — Минск: Вышэйшая школа, 1999. 236 с.

43. Костин В.Н.Оптимизационные задачи электроэнергетики/ В.Н. Костин // Учеб. пособие. СПб.: СЗТУ, 2003 - 120 с.

44. Крумм JI.A. Метод приведенного градиента при управлении электроэнергетическими системами. Новосибирск, «Наука», 1977, 368 с.

45. Любарский Ю.Я. Отечественные оперативно-информационные комплексы АСДУ энергосистемами/ Ю.Я. Любарский, Ю.И. Моржин // Электрические станции. 2001. №12. - С. 27-31.

46. Любарский Ю.Я. Диалоговые системы в диспетчерском управлении энергообъединениями/ Ю.Я. Любарский, В.Г. Орнов М.: Энергоатомиздат, 1987.- 152 с.

47. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок, РД 153-34.0-03.150-00, М., 2001 с. 6.

48. Межрегиональная распределительная сетевая компания Сибири/ Режим доступа: http://www.mrsk-sib.ru/about/opertehn.php.

49. Меркурьев Г.В. Оперативно-диспетчерское управление энергосистемами. Учебное пособие. Издание Центра подготовки кадров энергетики — СПб.:-117 с.

50. Методы оптимизации режимов энергосистем / В.М. Горнштейн и др.; под ред. В.М. Горнштейна М. : Энергия. - 1981. - 336 с.

51. Моляков A.C. Исследование ядра Windows 5.1 на целевой платформе Intel 3000: Систематический поиск недекларированных возможностей. М.: Издательство Спутник+, 2006. - 129 с.

52. Нагорная Н.В. Экономика энергетики: учеб. пособие/ Н.В. Нагорная; Дальневосточный государственный технический университет. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007- С. 63.

53. Надежность систем электроснабжения / В. В. Зорин и др. К.: Вища шк, 1984. С. 174-175.

54. Надежность электроснабжения: учеб. пособие / Б. В. Папков, Д. Ю. Пашали. Уфа : Уфим. гос. авиац. техн. ун-т, 2007 (Уфа) . - 199 с. : ил.

55. Назарычев А.Н. Методы и модели оптимизации ремонта электрооборудования объектов электроэнергетики с учетом технического состояния. Иваново: ИГЭУ, 2002. - С. 63-64.

56. Непомнящий В.А. Экономические проблемы*надежности электроснабжения потребителей и их влияние на экономику электроэнергетики/ В.А. Непомнящий // Энергорынок, № 9(70), 2009, С. 93-94.

57. Оптимизация режимов энергосистем/ В.М. Синьков и др. уч. пособие: Киев, 1976, - 308 с.

58. Папков Б.В. Рынок электрической энергии и тарифы / Б. В. Папков К.: Знания Украины, 2005. - С. 27-28.

59. Пилипенко Г.В. Выбор оптимальной системы оперативно-диспетчерского управления электростанции/ Г.В. Пилипенко // Энергетик, № 10, 2008, О. 34-35.'

60. Положения об организации коммерческого учета электроэнергии и мощности на оптовом рынке, РАО «ЕЭС России», М, 2001.

61. Постановление Правительства от 01 января 2002 г. № 1 г. Москва «О классификации основных средств, включаемых в амортизационные группы»

62. Правила технической эксплуатации электрических станцийш сетей Российской Федерации, "Омега-Л", М;, 2008. 256 с.

63. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. "Омега-Л", М., 2008 263 с.

64. Правила устройства электроустановок (ГГУЭ), изд. седьмое, НЦ ЭНАС, М, 2004 (621.31, П-683).-552 с.