автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Управление режимами распределительных электрических сетей в темпе процесса

1НСТИТУТ ЕЛЕКТР0ДИНАМ1КИ НАЦГОНАЛЬНОГ АКАДЕМИ НАУК УКРА1НИ

На правах рукопису

ШГШЯНСЬКИЛ Олег Григорович

УПРАВЛ1ННЯ РЕЖИМАМИ РОЗПОДИЬЧИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ В ТЕМП1 ПРОЦЕСУ

Спзц1альн1сть: 05.14.02 - "Електричн1 станц11 (електрична частина), мереж!, електроенерготичн! системи та управлШня ними"

АВТОРЕФЕРАТ дисертацИ на здобуття наукового ступеня кандидата технШних наук

«$> #

С

№

КИ1В 1997

Дисертац1ею е рукопис.

Роботу виконано у в1дд1л1 оптим1зац11 систем електропостачання 1нституту електродинам1ки Нац1онально1 академИ наук Укра1ни, м.Ки1в

Науковий кер1вник: доктор техн1чних наук, професор,

член-кор. HAH УкраШи Кузнецов Володимир Григорович

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор техн1чних наук, професор

SopiH Владлен Володимирович

кандидат техн1чних наук, с.н.с. Буткевич Олександр Федотович

Пров1дна орган1зац1я: Науково-1нженерний центр

"Енергомережа" М1ненерго Укра1ни, м. Ки1в

Захист в1дбудеться 1 липня 1997 Е* £ Н годин! на зас1данн1 спец1ал1зовано! вчено1 ради Д 01.98.04 при 1нститут1 електродинам1ки HAH Укра1ни за адресом: 252680, м. Ки1в-57, пр. Перемоги 56.

3 дисертаЩею мохна ознайомитись в 01бл1отец1 1нституту електродинам!ки HAH Укра1ни.

Автореферат роз!слано n22« -А- 1997 р.

Вчений секретер ,,, .

спец1ал1зовано1 вчено! ради \ js^l Титко 0.1.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн!сть робот и та ступ>нь лосл!лхення тематики дисертацП.

Розпод!льч1 електричн! мереж! (РЕМ) е т1ею ланкою енергосистеми, яка безпосередньо з'еднуе споживач1в електроенергН з II постачальниками. Розпод!льч1 мереж1 у велик1й м!р1 визначають над1йн!сть енергопостачання та ефективн1сть функц!онування енергосистем у ц1лому. Швидкий розвиток м1кропроцесорно! техн1ки, який споствр1гаеться в останн1 роки, насичення п!дприемств електричних мереж достатньо потужними ПЕОМ, розвиток метод!в 1 засоб1в передач1 1нформац11 зробили можливим побудову гнучких 1 над1йних систем управл1ння режимами розпод1льчих електричних мереж в темп1 процесу. Вочевидь, що модел1 I методи, як1 застосовувались для планування режим!в розпод1льчих мерек 1 в яких робились чисельн1 спрощуюч1 допущения, не можуть Оути ефективно використан! для розв'язання задач оперативного управл1ння. Немоклива безпосередня рвал1зац1я метод!в, як1 застосовуються в живлячих мережах. Все це робить актуальним розробку моделей, метод1в оц1нювання стану 1 оптимального управл1ння режимами розпод1льчих електричних мереж напругою 6-35 кВ в темп! процесу на основ1 1снуючо1 1нформац!1.

Метою ц1е1 дисертацП е розробка 1 розвиток метод1в оптимального управл1ння режимами розпод1льчих електричних мереж в темп! процесу.

Основн! завдання роботи;

1. Розробка модел1 режиму РЕМ, яка базуеться на 1нформац11, що реально 1снуе 1 дозволяе врахувати невизначен1сть навантажень.

2. Розробка метод1в п!двищення достов!рност! телевим!р1в (ТВ) ! уточнения навантажень трансформаторних п1дстанц!й (ТП).

3. Розробка методу корекцП навантажень ТП, 1х добових граф!к!в (ДГ) на основ1 анал1зу рвтроспективи оц1нених значень навантажень.

4. Розробка методу централ!зованого управл1ння батареями конденсатор1в (БК), оптим1зац!1 напруги 1 реактивно! потужност! та комплексно! оптим1чац11 режим!в РЕМ.

5. Розробка алгоритм1в 1 програм оц!нювання стану, анал!зу 1 оптим1зац11 режим1в РЕМ.

Теоретична 1 практична и1нн!сть дисертацП полягае розробц1 1 реал1зац11 моделей 1 метод1в, як! спрямован! на вир1шення комплексу питань управл1ння режимами РЕМ в темп1 процесу. А саме: модель режиму РЕМ; методи 1 алгоритми оц1нювання стану, уточнения навантажень 1 добових граф1к1в; методи 1 алгоритми оптимального управл!ння режимами РИЛ. На 1х основ! розроблено комплекс програч, використання якого п!двищить економ!чн!сть та над!йн!сть

електропостачання.

Наукова новизна дчсертаШйно! роботи.

1. Розроблено модель розпод1льчо! електрично! мереж!, яка на в1дм!ну в1д 1снуючих моделей враховуе: в схемах зам1щення обладнання активн1 1 реактивн1 складов1 опор1в 1 пров1дностей, пристро1 з автоматичними регуляторами; неповноту вих1дно1 . 1нформац11 про навантаження, яка в1дтворюеться у вигляд! неч!ткого числа (НЧ), де к1льк1стним значениям е комплекс току, а м1рою його невизначенност1 - функц!я налехносП (ФН).

2. Запропоновано та обгрунтовано спос1б представления телевим1р!в неч1ткими числами (Ь-И)-типу, що дозволяе коректно враховувати недостов1рн!сть вим!р!в, як1 виконуються один раз.

3. Розроблено метод оц1нювання стану РЕМ, який основано на теорН неч1тких множин(ТКШ) 1 тополог1чному анал1з1 схеми. В1н, на в1ду.1ну в1д 1снуючих метод1в, дозволяе визначити ступень достов1рност1 вим1р1в, провести 1х балансування 1 уточнити значения навантажень ТП за умов в1дсутност1 стохастичних характеристик ТВ.

4. Розроблено метод анал!зу ретроспективи оц!нених значень навантажень ТП. В1н дозволяе уточнювати значения навантажень, коеф!ц1ент1в завантаження ДГ та в1дпов1дних значень ФН.

5. Розроблено меиди управл1ння режимами РЕМ, як1 реал1зують: централ1зоване управл1ння БК; оптим1зац1ю реактивно! потужност! ! напруги; комплексну оптим!зац1ю конф!гурац11 РЕМ, реактивно1 потужност1 БК та напруги трансформатор1в центр!в живлення (ЦЖ). Показана б1лыпа ефективн!сть цих метод1в, пор1вняно з в1домими, при управл1нн! режимами РЕМ з метою зниженя втрат потужност! 1 енергИ.

Реал1заи1я роботи. На основ1 запропонованих в дисертацИ метод1в 1 алгоритм!в розроблено програмн1 засоби, як1 впроваджано на ряд1 енергоп!дприемств Укра1ни 1 колишнього СРСР. Серед них П1дприемство ки1вських кабельних мереж ВЕО "Ктвенерго", ПТП "Оргкомуненерго" РФ, "Латглавенерго", РЕУ "Гродноенерго", Уманське ПЕМ, Житомирське Зах1дне ПЕМ.

АпробаШя роботи. Основн! положения дисертац1йно! роботи допов!дались 1 обговорювались на: Всесоюзному сем1нар! "Качество энергии и электромагнитная совместимость" (Москва 1988 р.), Всесоюзн1й науково-практичн!й конференцП "Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении" Цваново 1989 р.), Всесоюзн1й науково-техн1чн1й конференцП "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" (Дн1прояетровськ 1УЭО р.), Всееоазн1й науково-техн1чн1й

конференцП "Диагностика электроэнергетического оборудования с использованием микропроцессорных средств" (Ки1в 1990 p.), VI Республ1канськ1й школ1-сем1нар1 молодих вчених 1 спец1ал!ст!в (Алушта 1991 р.). виставц1-сем1нар1 "Технология информационных локальных и распределительных сетей в энергетике" (Ки1в 1994 р.), М1жнародн1й науково-практичн1й конференцП " Эффективность систем электроэнергетики" (Ки1в 1996 р.).

Публ!кац11. За темою дисертац1йно! робота опубл1ковано 16 друкованих наукових праць 1 4 зв1ти по темам ДКНТ.

Структура та обсяг роботи. Дисертац1я складаеться з введения, чотирьох розд!л!в i заключения, як1 викладен1 на 162 друкованих стор1нках та включае 12 рисунк!в 1 13 таблиць на 21 стор1нц1, списку л!тератури 1з 115 на!менувань 1 4 додатк1в.

Конкретний особистий внесок дисертанта ц розробку наукових результата, цо внносяться на захист:

1. Модель режиму РЕМ.

2. Методи 1 алгоритми оЩнювання стану РШ за даними ТВ.

3. Метод 1 алгоритм оброОки результат1в оЩнювання з метою уточнения навантажень ТП, 1х доОоеих граф1к1в та значень ФН.

4. Методи 1 алгоритми управл1ння реактивною потужн1стю БК, напругою трансформатор^ центр1в живлення 1 станом комутац1йно1 апаратури в темп1 зм1ни режиму з метою зняження технолог1чних витрат енергП в РШ.

Предмет та об' ект досл!джень. В дисертацИ досл1джуються розлод1льч1 електричн! мереж1, модел! 1х режим!в, методи оц!нювання стану та оптимального управл1ння в темп! процесу.

Методи досл!джень. Досл1дження спираються на методолог!» системного анал1зу ! використовують методи математичного моделювання, теор1ю неч!тких мнохин, теор1ю граф1в, елементи теорИ 1мов!рност1, град!ентн1 методи оптим1зац!1.

Основний зм1ст роботи.

В першому розд!л1 проводиться анал1з !снуючих моделей РЕМ. В1н показав, що спрощуюч1 припущення, як1 застосовуються в моделях при плану ванн! режим1в, стають некоректними при управл!нн1 нши в темп1 процесу. 3 метою уточнения модел1 РШ напругою 6-35 кВ були використан! так1.схеми зам1щення. Л1н11 в1дтворювались П-образною схемою зам1щэння. Враховувались активн1 1 реактивн1 складов1 опору ! реактивна пров1дн1сть. Двообмоточн1 трансформатор« в!дтворювались Р-образною схемою зам1щення. Bona враховувала активну 1 реактивну складов1 опору 1 пров1дност!. Реактивна потужнЮть БК моделювалась пров1дн1стю. Зм1на параметра ооладнання, ка якиму естановлеио

автоматичн1 регулятори, враховувалась шляхом моделювання закон1в 1х управл1ння.

В ро0от1 показано, то представления поточного навантаження струмом для мереж 6-35 кВ е 1нформац1йно найб1льи забезпвченим. Необх1дно при цьому враховувати кут зсуву • фаз, який для р1зних спохивач1в може зм1нюватись у досить широких межах. М1ра невизначеност1 навантажень задаеться за допомогою теорИ неч1тких множин. Функц1я належност1 р Ы е вичерпною характеристикою неч1тко1 множини (НМ) А={{х. р (х))>. Належн1сть елемента множин1 визначас число з 1нтервалу [0,1]. У в1домих наукових працях запропоновано матоди побудови ФН для навантажень 1 добових граф1к1в за 1нформац1ею 1з р1зних джерел. Але представления навантаження НМ через значне зростання об'ем1в 1нформац11 суттево ускладнюе анал1з режиму. Тому в робот1 запропоновано перейти в1д НМ до нёШтких чисел 1 вибрати 1з НМ (1,м(1)) таке значения струму, для якого

м(1)= вир{^(11>). (1)

Таким же чином формуються 1ндив1дуальн1 ДГ навантажень. Кожн1й годин 1 доби г в!дпов1даб пара чисел »»^<1^)), да ^ - коеф1ц1ент завантаження у в1дносних одиницях, ^ (к > - значения Яого ФН. У розрахунках приймають "'часть т1льки к1льк!стн1 значения навантажень 1 коеф1ц1ент1в завантаження ДГ, В1дпов1дн1 значения ФН використовуються лише при оц1нюванн1 стану 1 корекц11 ДГ.

Режим розраховуеться таким чином.

1. У вузлах мереж1 встановлюеться значения напруги, яке дор1внюе вим1ру на шинах в1дпов1даого ЦК.

2. Розраховуються струни пров1дностей вузл1в 1 БК.

3. По струмах навантажень, пров1дностей 1 БК визначаеться струморозподШ.

4. По напруз1 ЦК 1 струморозпод!лу уточнюеються значения нал руги у вузлах мареж1.

5. Зб1жн1сть процесу контролюеться по напруз1. Яйцо

тахОи^'+Ц1""" • )<*. (2)

де и<к> - напруга в 1-му вузл1 на к-1й 1терац11; I}**11 напруга в 1-му вузл1 на 1терад11 к+1; £ - межа зб1жност1 <«>0), розрахунок зупиняеться. 1накше, зворот до п.2.

На основ1 описано! модел1 режиму РЕМ було складено програму 1 проведено сер1ю розрахунк1в реальних схем. Вони показали повну в1дпов1дн1сть модел1 задачам управл1ння РЕМ в темп1 процесу.

Другий роздЦ присвячено оц1нюванню стану режиму РШ. Головними

этапами оцШювання стану е пошук помилкових телевим1р1в (п1двищення достов1рност1): балансування ТВ ЦК, живлячих л1н1й ДО) 1 головних участк1в(ГУ): корвгування струм1в навантажень.

Для розв'язання задач1 оц1нювання стану в РЕМ розроблено метод на основ1 тополог1чного анал1зу схеми з урахуванням неч1ткого характеру 1нформац11 про навантаження. 1нформац1я про ТВ 1 навантаження зводиться до одного типу. Для цього ТВ представляються у вирляд1 Н9ч1ткого ун1модального числа (Ь-Н)-типу. НЧ а е неч1тким ун1модальним числом (Ь-Н)-типу тод! 1 т1льки тод1, коли

и (х)=Ъ((к-х)/а) Ух<а, а>0 А (3)

(х)=И((х-а)//э) ух<а, /)>0 '

де а - середне значения (мода) НЧ; а и Р - л1вий 1 правий коефШенти неч1ткосг1.

У навому випадку модою. НЧ . буде значения ТВ А , а коеф1ц!ентами неч1ткост1 - дов1рча похибка вим1ру и. Тод1 значения вим1ру вожна записати у вигляд1 (А ,и,и).

Пропонуеться такий алгоритм оц1нювання режиму РЕМ.

1. По даним телесигнал1в (ТС) и псевдосиг,нал1в (ПС) корегуеться адресна модель мереж1.

2. По вим1рам и ЦХ 1 навантаженням ТП, спрогнозованим по добовим граф1кам, розраховуеться режим РЕМ.

3. Для ЦХ, ХЛ 1 ГУ за даними ТВ 1 розрахунк1в визначаються активн1 I* 1 реактивн1 I" складов1 струм1в л1н1й як непрям1 вим!ри. Знаходяться в1дпов1дн1 1м дов1рч1 похибки лг 1 ДГ.

4. Складов1 струм1в записуються у вигляд1 НЧ (Ь-И)гтипу: 1,=(1*,д1,,д1') 1 /"=(1",д1",д1") в1дпов1дно. Знаходяться суми струм1в и л1н1й, як1 живляться в1д К-го вузла.

5. Перев1ряеться, чи е помилков1 дан! в ТВ вузл1в « шини ЦЖ >. Можлив1 три випадки.

а) ТВ достов1рн1 <груб1 похибки в1дсутн1), якщо виконуються умови:

тахМ/Д) п М.г')] 5*0.5;

г ' (4)

тахМ^)

де 1 I" -г складов1 струму л!н!1, яка живить к-ий вузол.

б) ТВ недостов1рн1 (е гру01 похибки), якщо:

г» = в; '

м(£) П я(^) =

в) у випадку, коли:

0< тахЫ(^) п <0,5;

. ' (6) 0< тахЫ(^) п <0,5,

вважаеться, що вим1ри сумн!вн1. У раз1, коли для активно1 1 реактивно! складових струм!в жодна з умов (4-6) одномасно не виконуеться, вим1ри вважаються також сумн1вними.

6. Якщо умови (4) не виконуються, робиться тополог1чний анал1з вузла з порушеннями. У в!дпов!дност1 до п.п. 3-3 пров1ряеться баланс струм1в на шинах розпод!льчих пункт!в (РП). Якщо для вс1х РП умови (4) виконуються, тод1 ТВ ЩС помилков1. В !ншому випадку ТВ л1н!й. як1 не в1дпов1дають умоваы (4) Оудуть помилковими або сумн1вними. Помилков! ТВ зам1няються псевдовим!рами (ПВ) або проводиться нова опитування датчик1в. Сумн1вн1 ТВ коригуються.

7. Визначаються складов! небалансу струм1в к-го вузла 61' 1 ¿Г\ як р!зниця м1ж достов1рними ! сумн1вними вим!рами.

8. Знаходиться ваговий коеф1ц!ент, як доповнэння до ФН

*л ~ ^ и X

9. Розраховуються поправки до в!дпов1дних струы!в К-го вузлу

6Г )Г <Я" )1"

k in 1С к ш 1С

61'= -; .51"= -

In in

у I' Л (Г ) У I" id" )

> и 1и .ею 1В

1—1 1 ^

(8)

де п - к1льк1сть л1н1й з сумн1вними вим1рами.

10. Уточнюеться активна ! реактивна складов1 струм1в

1»у=1» +й1'; 1">г.1" -ь51". (9)

1 1С 1 1 1С 1

1!. Знаходяться поправки для струм!в ТП, як1 живляться в1д ш-го ГУ. Ваговим ковфЩ1ентом Суде доповнення до ФН навантаження.

<51- ¡7(1')1' й(1")1"

в Л Л Ш J J

<5I'=_1—1_ ; ¿1"=-, (10)

3 о J

А 1 J Л 1 4

12. Уточниться струми ТП

+61 . (11) 3 3 3

При необх1дност1 уточнен1 значения струм1в обмежуються. Накопичення результат1в оц!нювання дае змогу уточнювати ДГ навантажень. Алгоритм уточнения мае такий вигляд.

1. П1сля проведения ш оц1нювань для 1-го ТП розраховуеться сере дне значения оц1нених ток1в навантажень кожно! години доои г

1 »

Р ,- 2 Г . (12)

" Ш 1.x 11

2. Розглядаються попарно вс1 ступен1 ДГ. Для кожно! пари е 1 й

Визначаеться взаемна в1дпов!дн1сть коеф1ц1ент1в завантаження к«,

1 уточнених значень навантажень 1Ь , 1«

>1 <1

I* /к*

1 . (13)

1 р /И1 •1 1

3. Визначаеться 1ндекс зм!ни ц*

1

-1, 1>тах{ />., Э );

' 1 1 а.1

"о, т1п( Д1 К и-*"1 | «зпахС Д , £ >; (14)

■ 1 * 1 11

1, И-с«*! <:ш1п{ ^ ). 1 1 11

4. Знаходиться 1нтегральний 1ндекс зм!ни и*

■ й"=ХЗйА. 11=1724. , (15)

■ 11

5. Проводиться анал1з значения й". Можлив1 три випадки:

а) якщо 4*<0, параметри ступен1 в не узгоджуються з параметрам всього ДГ. Тод! корвгуються м* 1 1?

м

11-? ^ I ,

(16)

. 1 г Е 11-?*" | т

^'Т тг*-]»

К"=1? П .

11 ' 1 1

де для *1г«=Н ; п - к1льк!сть елемент!в в Н.

0) якщо й"=0, параметри ступен! £ в ц1лому узгоджуються з параметрам Всього ДГ. Корегувати мЧ 1? непотрЮно.

в) якщо й">0, параметри ступен1 g добре узгоджуються з параметрам всього ДГ. Зб1льшуеться ФН при збереженн! значения

1 г Ё л

де для уын йв>1=1; п - к1льк1сть елемент!в в Н.

На основ! запропонованих метод!в 1 алгоритма були розроблен!

программ оЩнювання стану 1 корекцП ДГ. Проведено розрахунки на фрагмент! схеми, який складався з 1 Ц£, 35 л1н1й 1 23 ТП. Кожей ТП мав 1ндив1дуальний ДГ навантаження. Для кожно! години доби розраховувався режим. Отриман! значения струи!в ЦК, И 1 ГУ були прийнят1 як еталонн! (I ). Пот1м ДГ були зм!нен1. Для кожной ступен! ДГ вс1х ТП були визначен! ФН. 1х значения залежали в!д ступени спотворення коеф1ц1ент1в завантаження. Для кожно! години доби проводилось 10 оц1н!шань стану, а п1сля цього коригуваиня ДГ. Булр проведено 7 таких.розрахунк1в. Вим1ри ЦК, ЖЛ 1. ГУ визначались як 1з=19+0,05к, де к - випадковий коеф1ц1ент з нормальним законом розпод1лу, який знаходився у межах в1д -1 до +1. Для кожного ТП визначались абсолют значения в1дхилень спотвореного ДГ в!д еталоного - д, 1х сума - де 1 максимально в1дхилення - д . Вих1дно значения де для р!зних ТП коливалось в1д 0,0 (ДГ без спотвореиь) до 1,0, ад - в!д 0,0 до 0,44. По зак1нченню вс1х розрахунк1в дг коливалось1 у межах 0,08 - 0,692, ад - 0,025 - 0,229. Зменыпення де в!дбулося для 19 ТП, а д - для" 18. У Щлому по схем! де знизилось з 12,85 до 7,146.*Найб1льший ефект отримано п1сля перших чотирьох розрахунк1в <дх схеми 7,244). Подальше зниження ефективност1 пояснюеться необх1дн1стю провести додатков! вим1ри навантажень. Перо за Е^е це стосуеться тих ТП 1 годин доби, для яких

найменыие.

1 -

Трет1й розд!л присвячено розробЩ метод1в оптимального управл1ння режимами РЕМ.

Батаре1 конденсатор1в е ефективним засобом управл!ння режимами РЕМ. Але метода, як1 1снують, не дозволяють використовувати 1х в повн1й м1р1. Тому було розроблено метод централ1зовано1 оптим1зац11 БК з метою зниження втрат активно! потужност1 РЕМ.

Втрати потужност! п можна записати у вигляд1

нт I /—1 ь « » а « /—I из

п =К [(0 +/3 Е(1 х -I г )) +(0 -/3 Е(1 х +1 г )) )+

4 1 Ц 11X1 ц ^ 1 1 X 1

N1.3 НТ 2

+ ЗЕ1Г + ЗЕ1Г , (19)

,-г ^ 1=1 1 Т1

де и 1 0 - складов1 напруги ЦЖ; I , I , г , х - складов1 струму 1 опоруи1-1 л1н11; е - пров1дн!сть 1-го ТП, яка в1дпов1дае втратам в стал1; Ь - множина л1н1й, по яким тече струм 1-го ТП (1еЬ)г I 1 г - модуль струму 1 активна складова опору 3-1 л1н11; I 1 г - модуль струму 1 активна складова опору 1-го ТП; ЫЬ 1 ОТ -к1льк1сть л!н1й 1 ТП в1дпов1дно.

Для анаходошя умов ы!н1эдму втрат аастссуем град1енткйй

метод. В цьому метод1 на шляху до опт!муму перем!щення 1з точки простору Х°° в точку X**1' виконуються у напрямку антиград!ента

х<^1> =Хс*> 8( х*> )г (20)

де 8(Х°° ) - град1ент; - довжина шагу. Визначимо частинн1 пох1дн1 втрат по струму БК.

иг » /—1 с. п • /—>

-= 21Е5 Ни *Г 3 Е(1 X -I г ))Г 3 ЕС +

»1*' 1 1 и 1 1 1 1 1 ! »

« /—• Ь « п /—• НЬ ИТ

+ (0 -гз Е(1 X +1 г ))Г ЗЕ г П+б Е I г +6 с I г , (21)

г 1 1 1 х IX , »» 1.x1" Т1к

де I - струм ¡с-1 БК, к«К - множина батарей конденсатор1в; г - активний оп1р 1-го ТП, по якому тече струм К-1 БК; г 1 х складов1 опору л1н11 1к. 1к - 1ндекс л1н11, по як1й одночасно течуть сткуми 1-го ТП 1 к-1 БК.

Друг1 частинн1 пох1дн1, з яких складаеться матриця Гессе 0(Х), будуть мати вигляд

к

*ап

6 I Е I ЕХ +ЕГ Е г ]+ 6 Е г ; (22)

ат ат 1к 1а 1к 1» кп

"I 1 1к 1п 1к 1л '

а!3 к

-=6Щ[(ЕХ )%(Е Г )2]+ б Е г , (23)

1 1 1* 1к 1к к*

де г 1 : ■ - активний 1 реактивний оп!р л1н11 1п; 1п - 1ндекс л1н11, по як1й одночасно течуть струми 1-го ТП 1 п-1 БК; г активний оп1р л1н11 кп; кп - 1ндекс л!н11, по як1й одночасно течуть струми к-1 1 п-1 БК.

Складов1 матриц Гессе не залежать в1д струм1в БК 1 визначаються один раз. Оптимальний коеф1ц1ент шагу знахолдгься за форду лов

еИХ«*» )8(Х°° ) х<*> =_I_-_:___(24)

в*(**> )СШ"» 8(Х<Я> ) На основ! запропонованого методу було розроблоно программу централ1зован61 оптим1зац!1 реактивних потужностей БК. За даними схеми, яка создалась з 1 ЦЖ, 16! л1н!1, 88 ТП, 14 БК потужн1стю в1д 50 до 290 кВАр (загальна потужнЮть 2120 кВАр), проведено два розрахунки: компенсац1я реактивно! складово1 навантаження у вузлах з БК 1 централ1зована оптим1зац1я. Вони виконувалися для кожной години доби при напруз1 ЦЯС 10,6 кВ. Втрати потужност1 в режим1 м1н1мальних навантажень при централ!зован1й оптгаЛзацИ по в1дноаеннв до

компенсац11 знизились на 8,96 кВт (5,658), в режим1 максимальних навантажень - на 17,57 кВт (4,8%), за добу - на 319,15 кВтг (6,355). Знизилось споживання елоктроенергИ, завантаження л1н1й.

СумЮне управл1ння реактивною потужнЮтю 1 напругою 01льш ефективне. В1дхилення напруги в1д стандарту можна врахувати за допомогою штрафно! функц11, яка у найпрост1шоыу випадку матимэ

вигляд:

ПХ)=

«1п

(V -V )Р .при V -V . < 0;

кш

при < V ; (25)

Е (V -V )Р , при V -V >0 11 %. ■ г 11

1

да V , V , V - В1ДХШ6ННЯ налруги та II м1н1мальна 1 максимальна меж1 в 1-му вузл1; Р - потужн1сть в 1-му вузл!. 0птим1зац1я функцП МХ)= п + г(Х) також виконуеться град1ентним методом. За наведеними вице даними було проведено два розрахунки. У першому компенсувалась реактивна потужнЮть 1 пот1м визначалась оптимальна напруга ЦЖ. У другому проводилась сум1сна оптим1зац1я реактивно1 потужност! БК 1 напруги ЦК. Для вс1х ТП' меж1 в1дхилення

т1л мм

напруги становили V =2,5Ж 1 V =555. У другому розрахунку, пор1вняно з першим, зниження втрат за добу склало 387,1 кВтг (7,1%), споживання 234,78 кВтг (0,21%). А зменыаення втрат 1 споживання в1дносно централ1зовано! оптим1зац11 реактивно1 потужност1 без управляння напругою склали 126,77 кВтг 1 3023,53 кВтг, або 2,74%. Тобто, зменьшення втрат 1 споживання в1дбуваеться за рахунок зниження напруги ЩС. Пог1ршення якост1 напруги не в1дбулося.

Перемикання в РЕМ призводять до перерозпод1лу активних 1 реактивних навантажень м1ж джерелами живлення. Зм1на опор1в шлях1в, по яким течуть навантаження, призводить до зниження втрат. Але, якщо в мереж1 е БК, як1 ув1мкнут1 не на повну потужн1сть, подальший перерозпод1л навантажень може призвести до зниження втрат за рахунок зб1льшення ступени компенсацИ реактивно1 складово! потужност1, яка була перерозпод1лена. Ще одна можлив!сть полШшення режиму перемикання в мереж1 з метою перерозпод1лу'самих БК. В них приймають участь як БК, яки ув1мкнут1 на повну потужн1сть, так 1 не повнЮть завантажен1 БК. Зниження втрат в1дбуваеться як за рахунок додатково! компенсацИ реактивно! складово! навантажень, так ! за рахунок компенс1ц11 того ж навантаження, якщо воно прот1кае по шляхам з б1лыиим опором.

Було розроблено алгоритм 1 гтрограчу комплексно! оптим1зац11 РЕМ. За даними схеми, яка складалась з 2 ЦЖ, 51 л1н11, 37 тп 1 6 БК проведено три розрахунки. Перший - оптим!зац1я реактивно1 потужност1 1 напруги вих!дно1 схеми. Другий - поэтапна оптйм!зац1я. Бона проводилась таким чином. Вимикались БК 1 оптим1зувалась схема РЕМ. Для отримано1.конф1гурац11 проводилась оптим!задям потукностей БК 1 напруги ЦЖ. Трет!й - комплексна опгш1зац1я. 3 рвзультат1в розрахунк!в (табл. 1 1 2) можна бачити, що за рахунок перерозпод!лу

Таблиця 1. Парамэтри режим!в при р!зних розрахунках.

N р/р П1дсхема 1 П!дсхема 2 По схем!

и , ЦЖ. | (кВ1 Споживання, (кВт) " 1 1» 1 [кВт] и . цп, | СКВ! Споживану няДкВт) п . (кВт] П'1 [кВт) Споживання, [кВт)

1 2 3 10.38 2067.83 60.23 10.38 2067.83 60.28 10.27 2115.05 61.48 10.30 1349.14 35.72 10.33 1347.49 31.96 10.32 1285.49 29.83 96.00 3416.97 92.24 3415.32 91.31 3400.54

Таблиця 2. Зм!на потужностей та дкерел живлення БК.

БК Розрахунок 1 Розрахунок 2 Розрахунок 3 а [КВАр]

П/С2 0,[КВАр] П/сх О.[КВАр) П/сх 0, [кВАр]

1 2 3 4 5 8 1 200.00 1 687.00 1 139.00 2 100.00 2 339.00 2 198.85 1 200.00 1 687.00 1 139.00 2 100.00 2 257.41 2 158.18 1 1 1 2 2 1 200.00 429.34 139.00 100.00 367,92 410.77 200 687 139 100 620 810

навантажэнь п1сля оптим1зац11 схеми (розрахунок 2) споживання 1 втрати потужност! знизились пор1вняно до розрахунку 1. В обо'х розрахунках БК п1дсхеми 1 завантажен1 на 1005«. Тим часом БК п1дсхеми 2 завантажен! на 65$ ! 41,1% в1дпов!дно. П!сля комплексны оптим1зац11 схема зм1нилась так, цо БК 6 ув1йшла до п1дсхеми 1. Завантаження БК обох п1дсхем стало майже р!вним 64,22% 1 64,9$ в!дпов1дно. Ще б1льше знизились втрати 1 споживання активно1 потужност!, то доводить ефективн1сть запропонованого методу.

У четвертому роздШ розглядаються основн1 принципи побудови автоматизованих систем управл1ння (АСУ) режимами розпод1льчих мереж в темп! процесу, склад 1 функцН в1дпов1дних програмних засоб!в.

Схема АСУ режимами РЕМ виглядае таким чином (Рис.1). По ТВ 1

Пристро1 телемехан1ки

ТВ,ТС 01УК ПВ. ПС

ТУ ТУ

ТВ,ТС, ПВ.ПС

Диспетчер

Запит на ТВ,ТС

умо-ви

0ц1нювання стану режиму

- контроль конф1гурац11:

- корегування адресно! модел1;

- достов1рн1сть вим1р1в;

- уточнения навантажень;

- анал1з ретроспективи.

рекомен-дацИ

ТехнолоПчн! программ

- анал1з нормаль-них режим!в;

- анал1з авар1йних режим1в;

- оптим1зац1я рв-жим1в.

тв.тс навантаження дан!

База даних

Схеми

Программ, що обслугову-ють базу даних

- контроль 1 розрахунок параыетр1в;

- побудова адресно! модел1;

- корекц!я даних.

Каталоги

Рис. 1. Схема АСУ режимами РЕМ в темп1 процесу.

ТС, як1 поступають в1д оперативно-1нформац!йного управляючого комплексу (01УК), 1 даним, як1 вносить диспетчер, виконуеться оц1нювання стану режиму. Пот1м, у в1дпов1дност1 до мети 1 обраних засоб1в управл1ння, розраховуються оптимаяьн1 управляюч1 д11. Якщо отриман1 результати в1дпов1дають вимогам, диспетчер реалхзуе телеуправЛ1иня (ТУ). В 1ншому випадку необх!дно в1дкорегувати ц1л1, умови або склад засоб!в управл1ння. При в!дпрацьован1й систем1 1 простих процедурах управл1ння (наприклад, регулювання напруги И*) диспетчера можна виключити 1з контура прийняття р1шень.

Для розв'язання задач оперативного управл1ння 1 планування режим1в-РЕМ було разроблено програмний комплекс "ЕКСПЕРТ". До його складу входять:

1. Программ роботи з базою даних. Вони виконують контроль 1

подготовку вих1дних даних до розрахунк1в (визначення параметр1в схем зам1щення елемент1в РЕМ, побудовг адресно! модел1), забезпечуюгь перегляд 1 корекц1ю даних, задають умови розрахунк1в.

2. Программ оц1нювання стану. Виконують корекц1ю 1 контроль конф1гурац11 схеми, П1двищення достов1рност1 ТВ, уточнения навантажень, корекцш ДР.

3. Програми анал1зу нормальних рожим1в. Анал1з завантаження РЕМ, р1вн1в напруги, втрат потужност1. Розрахунок втрат енерги (в тому числ1 1 з врахуванням 0алансово1 належност1 елемент1в).

4. Програми анал1зу авар1йних режима. Визначення струм1в короткого замикання та замикання на землю, розрахунок терм1чно1 ст!Якост1 кабельних л1н1Я, екв1токових 1нтервал1в, визначення вар1ант1в в1дновлення елехтроживлення.

5.Програми оптим1зац11 режим!.в. 0птим1зац1я конф1гурад11 РЕ?Л, виб1р закону регулювання напруги ЦЖ, централ1зована оптим1зац1я потужност1 БК, оптим!зац1я реактивно1 потужност! 1 напруги, комплексна оптим1зац1я режиму.

Зазначен! програми вир1шують основн1 завдання управл1ння режимами РЕМ в темл1 процесу.

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТ« ТА ВИСНОВКИ

В результат1 виконання дисертац!йно! робота запропонований комплекс метод1в моделювання та оптимального управл!ння режимами розпод1льчих електричних мереж в темпГ процесу, застосування яких пЛдвищуе економ1чн!сть та над1йн1сть функЩонування енергетичних систем. Висновки, як1 в1дображують суть робота, кохуть бути сфзрмульован1 таким.чином.

1. Проведено анал1з структури РЕП, складу 1 характеристик обладнання, реальних обсяг!в електроспоживання. Доведено, що спрощуюч1 допущения, як1 застосовуються в моделях РЕМ при плануванн1 режим1в, призводять до суттевих похибок при розв'язанн1 задач управл1ння в темп1 процесу. Для п1двищення адекватност1 модел1 режиму РЕТЛ в схемах зам1щення обладнання необх!дно враховувати активн1 1 реактивн1 складов1 опор1в 1 про'в1дностей, а при заданн1 навантажень - 1х фазов1 кути. Для б1льш точного в1дображення процесу зм1ни навантаження протягом доби доц1льно використовувати не типов1, а 1ндив1дуальн1 добов! граф1ки.

2. Задания м1ри невизначеност1 навантажень пропонуеться зд1йснювати на основ1 теорИ неч!тких множин. На в!дм1ну в1д в1домих п1дход!в, навантаження задаеться не неч1ткою множинов, а неч1тким числом; виб!р якого зд!йснюеться за допомогою принципу узагальнення.

Це дозволяе просто 1 однозначно переходити в1д нэч1тких значень навантажень при оц1нюванн1 стану до детерм1нованих значень при анал1з1 1 оптим!зац11 режиму.

3. На основ1 методу адресних в1дображень розроблено едину адресну модель РЕМ, яка забезпечуе компактно зСер1гання 1нформац11, високу швидкод1ю при моделюванн1 1 оптим1зац11 режим1в, ефективний контроль 1 корегування конф1гурац11 схеми мереж!.

4. Запропоновано 1 обгрунтовано представления телевим1р1в неч1ткими ун1модальними числами (Ь-Ю-типу, де модою неч1ткого числа е значения ТВ, а коеф1ц1ентами неч1ткост1 - дов1рча похибка вим1рювання. Це дозволяе в1добразити неточн!сть ТВ при в1дсутност1 стохастичних характеристик 1 нев1дом1й похибц1 вим1рювання.

5. Розроблено метод оц!нювання стану РЕМ за даними телевим!р1в, який базуеться на теорН неч1тких множин 1 тополог1чному анал1з1 схеми. В1н дозволя визначити помилков1 ТВ, провести корекц1ю сумн1вних ТВ 1 уточнити значения навантажень. Використання при корекцП сумн1вних ТВ 1х дов1рчих похибок для для визначення додатк1в до вих1дних значень ТВ, може призводити до значного спотворення достатньо точних значень ТВ. Тому при розпод1л1 небаланс1в струм1в у вузлах запропоновано 1 обгрунтовано використання в якост1 вагового коеф1ц1ента доповнення до ФН, яка визначаеться як перетин НЧ (1-й)-типу в1дпов1дних струм1в.

6. Запропоновано метод обробки ретроспективи оц1нених значень навантажень ТП. В1н дозволяе уточнювати'значения навантажень, 1х ДГ 1 в1дпов1дних ФН; визначити ТП, в яких необх1дно першочергово проводити додатков1 вим1рювання в зазначену годину доби.

7. Проведено анал1з функц1й втрат 1 споживання активно! потужност1, И пох1дних 1 елемент!в матриц1 Гессе в залежност! в1д струм1в БК. В1н показав, що ц1 функцИ е неперервними 1 мають (у переважн1й б1льшост1 випадк!в) единий глобальний м1н1мум. Розроблено град1ентний метод пошуку оптимальних значень потужностеА БК при централ1зованому управл1нн1 ними. Визначення на кожнШ 1терац11 оптимального коеф!ц1енту шагу 1 автодемпфування вектора град1ента забезпечують його ст1йк1сть 1 хорошу зб1жн1сть. ДаниР метод, по в1дношенню до в1домих, п1двищуе ступень використання наявних джерел реактивно1 потужност1, що призводить до додаткоЕОГС зниження втрат 1 електроспоживання, зменьшення завантаження мереж1, вир1внювання проф1ля напруги. А використання сум1сно ; централ1зованим управл1нням БК оптимального регулювання напрут поряд з покращенням економ1чних показник1в розширюе можливост1 пс управд1нню якютю електроенергП.

8. Розроблено метод комплексно! оптим1зац11 РЕМ. На в1да1ну в1д традиЩйних п1дход1в, в1н дозволяе зм1нювати конф1гурац1ю розпод1льчо! мереж! таким чином, цоб оптимально перерозпод1ляти не лише навантаження, а 1 джерела реактивно1 потужност1.

9.На основ! запропонованих метод1в 1 алгоритм1в розроблено программ, як!. ув1йшш до комплексу анал1зу 1 оптим!зац11 рэжим1в РЕМ "ЕКСПЕРТ". Вони впроваджен! на ряд! енергетичних п!дприемств Укра1ни 1 колишнього CPCP. 1 показали високу над1Ян!сть, ефективн!сть 1 швидкод1ю при розрахунках реальних схем.

Основн! публ!кац1Гпо тем! дисерташТ;

1. Анализ режимов электрических сетей 6-20 кВ в реальном времени/ Ройтельман И.Г., Томапкевич М.Г., Чешенков А.Г., ¡¡¡Полянский О.Г.// Электрические сети и системы: Респ. межвед. науч.-техн. сб.- Львов: Вшца школа, 1989.- N25. -С.51-56.

2. Ройтельман И.Г., Чешенков А.Г., Шполянский О.Г. Оценивание состояния в электросетях напряжением 6-20 кВ// электричество. -1990, -N10. -С.60-63.

3. Олянишин В.О., Джима О.Н., Шполянский О.Г. Планирование оптимальных реазаюв городских электрических сетей// Преобразование и стабилизации параметров электроэнергии: Сб. науч. трудов. -Киев: Наукова думка, 1990. -С. 30-33.

4. Кузнецов В.Г., Тугай Ю.И., Шполянский О.Г. Автоматизированная система управления распределением электроэнергии ЭКСПЕРТ.// Проблемы и опыт внедре1тя автоматизированных систем управления в энергетике на основе вычислительной' техники: Сб. докладов научно-технической конференции (Ташкент, 29-31 мая 1991г.),Ташкент: Ин-т энергетики и автоматики УзССР, 1991, С. 3-5.

5. Кузнецов В.Г., Тугай Ю.И., Шполянский О.Г. Новое поколение автоматизированных систем диспетчерского управления распределительными электросетями. Automatizace а rlzeni dlstrlbucnich soustav III: Sbornlk prednasek celoatatnl konierence (Табор, Чехословакия, 23-25 апреля 1989г.). -Ceske Budejovlce, 1989, С.210-215.

6. Шполянский О.Г. Централизованное управление батареями конденсаторов в распределительных электрических сетях.// Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий. Сборник трудов III Международной конф. (Украина, Мариуполь 15-17 сен. 1994. г.), Мариуполь, 1994, С. 305-307.

7. Шполянский О.Г. Уточнение нагрузок распределительной электрической сети по результатам оценивания состояния ее режима. Senlnarlim Folsko-ülcralnsltle "Problem? ElektroenergetyKl". Сборник

te

докладов( Лодзь, 5-7 декабря). liodz: Politechnlka Lodzka Inatytut Elektroenergetykl 1995, C. 83-88.

Особистий внесок автора в роботах, написаних у сп1вавторств1 полягае у наступному: розробка ыодел1 режиму [1,2,3,4,5]; розробка алгоритму 1 программ оц1нювання стану [2,51; розробка бази даних 13,4,5].

ABSTRACT

Shpolyanskyy O.G. Distribution electrical networks control In rate of the process. A thesis, as manuscript, for obtaining or a scientific degree of the candidate of engineering sciences on a speciality 05.14.02 - Electric power station (electrical part), networks, electric power systems and control by them. Institute of electrodynamics of National Academy of . Sciences of Ukraine, Kylv, 1997.

In this thesis the existing models and methods of control of distribution electrical networks are analysed. Improvements of a model, raising its adequacy, are made. It is offered to represent a load by fuzzy number, and telemeasurement by (L-R) fuzzy number. Method of a state estimation is developed. It Is based on the fuzzy sets theories and topological analysis of the scheme. The thesis represents methods of co-ordinatlve control by batteries of capacitor, reactive power and voltage optimization, general state optimization. They are more effective on a comparison with known. The methods and algorithms, which are represented in this thesis, have become a basis of the industrial programs. They are introduced on power systems firms.

АННОТАЦИЯ

ШполянскиЙ О.Г. Управление режимами распределительных электрических сетей в темпе процесса. Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и . управление ими. Институт электродинамики НДН Украины, Киев,-1997-.

В диссертации проведен анализ существующих моделей й методов управления распредсетями. Сделаны уточнения модели, повышающие ее адекватность. Предложено представлять нагрузку нечетким числом, а телеизмерение нечетким числом (L-R)-rana. на основе теории нечетких множеств и топологическом анализе схемы разработан метод оценивания состояния режима. В диссертации представлены методы централизованого управления батареями конденсаторов, оптимизации реактивной мощности и напряжения, комплексной оптимизации режимов, они показали большую эффективность по сравнению с известными. Метода и алгоритмы, которые описаны в работе, легли в основу промышленных программ. Они внедрены на ряде энергопредприятий.

Ключов! слова: розпод1льча електрична мережа, модель режиму, теор1я неч1тких множин, оц1нювання стану, оптим1зац1я, управл1ння в темп! проЦесу.