Введение к работе
-. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕЩ. Одной из основных проблем элеятроэкерге- ' тики -является развитие единой электроэнергетической сястскы страны, повышение "надекностй и.качества.эиектроснабиеккя, ски-
. ^?.Hl^Te?b_^fиотоэнертгага^ ^ -_j. P^aemk"otzx '
реиешпг связала,: з частности, с оптшалыагл управление!.! устаковлз-пиштся 2 переходными резшламщ распределителышл йЛОІЗрЕЧвСІШХ CG— тей, состаЕяяндшс болннуо часть энергохозяйства страйк. При этба особое знга.:аншз заслуживают вопроси, спгзаняне с .говкеєеиєн качества ЕЕпржіенші у потребителей, укепьиешэ отїїїоеєнкй н колебаний паирязэякя щга случаГшш: кзігєеєшжс яагрузян, сто позволяет снпзіяь ущербы от не'гачестаепшЗ глевгрогпэргня у элевзроприем-
ЕЕКОБ. . " .
Вопроса опт2.'^льеого управление реллкаїя гяохтрпческих сетей рассіигріївазтся з работах З.А.. Ssrinrcosa, Н.А. Мельникова, Я.Д.ъар-капа, Е.С. Царкупевітга, В.К. Ійвгьнпза п др.
3 завпелгестл or скоромя лрдлогепгн упразгянЕГЕх воздейст-
егЗ раадг-г";-? автоіхтстеснс-б п аглтіатгзпроганноа управление реки-
кака злек-твич-оепп;: сетей.-- ...
^Автспаттаеско-з упраклазга ссу^-зстзллегся непрерывно, з реально." Epc"3sn„. л требует Тче~-а ддЕа-СТзестсіз: характеристик узлов нагрузи расзредолгзельгзЗ естг... Иазротзз, .атяоыатазирозаняое управление у-ггагает боякгзз лер-ггс-лН -обргценгя зї?оркацни и проезво-дется з ссоэЁэзствзя с і:сдігоії:іігл гзмгпенияги яатрузіоі - суточ-eu.m:% гесячяк.з, .годозкглг rpaj;nca.'.s. Разумеется, что здесь не учитывался ді:;.та\^гес:Е8 'нрэцэесн з здезетріисскгг сетях, а анали-злруптся л грэ::згеддтся управление. .установзнлЕкяся реяимаші.
. Б ~астог;зе гре^я калепзоя больной опыт да разработке л. Ездрекіа'Ст:схе:л'аЕТС7.етіяяропаїШОГо управлення релшами. распре-делглгельпіт cs^efl. Волглой вклад з этом направлении сиеели такие орган::эгз за:' Латзглазпкзрк) я Рззсівй политехнический институт, І'олхавсг-оз отделение "СзльгзергоЕроежт", Киевский политехнический институт, Самзрсіс:!ї. голптехіїлческлй институт, Челябинске по-лптєдпїчєскеі' пнетату? я др»
При зтог. ргзекігз 22го:.".атлзцроваз5юго. управления реяпмаші
идет го ігугл создазгя Лійормашібнно-Еьтоїсліітельннх комплексов,
авго^атпгпроЕгкзглс 6escob данник распределительных сетей, реали
зация которзх пролззодетея щшиендтелзво к той или иной вычисли
тельной сг.сте?'Э.. .. ..
.. Вопроса'ддєнтгЗгжадип и управления реяшяами регулируемых узлез нагрузки енергосистем тюевящепя работы В.А. Веяикова, \Г. Гусейнова, Н.И. Есрспая, D.S. Іуревета, -Л»Б. ЯвбовоД, Э.А. Хачат-
.- A -
рян и др... .
Решались задачи регулирования напряяенкя отдельных узлов электрической сети с учетом динамических характеристик и случаи- 4 ных колебания тока яагрузга. При этом полагалось, что. .комплексный узел, нагрузки состоит из синхронных,, асинхронных двигателей, сопротивлений и батарбй статических конденсаторов.
В узлах электрических систем, питающих предприятия шгатлур-гическоЗ, химической, легкой промышленности значительную) ДОЛИ -нагрузки составляет шгагодьпгаг елышп электропривод поточных лп- ній обработки материала. Ретулнрущкп зТ>5ект нагрузки пногодвпга-тельного электропривода отличается от характеристик отделышх электродвигателей, т.к. представляет собой многомассовую электромеханическую систему. При отой собственные частоти колебаний ико-годвнгателыюго аяектропривода могут совпадать с частотой колебания питащей электрической системы, .что г.:о.кет визвать резонанскке явления в узлах нагрузки, сопровождающиеся большак колебаниям: напряжения. Б згой связи возникает необходимость идентификации нагрузки шогодвлгательшх автоматизированных электрс,. л-людов непрерывных поточних лини;:, что приводит к новым уравнениям математической физики., ...
В распределительных электрических сетях 5-Ю кВ, например,
СеТЯХ НЄуЗТЄПрО;.НСЛОБ, определенную ДОЛЮ ИаГруЗКК СОСТаЗЛЯЮТ- СИНХ-
, ронные двигатели. При этом постоянные времени синхронных двигате
лей г (в пределах от десятых до .единиц секунд) соизмеримы С пос
тоянными времени, харастерныын для колебаний тока нагрузит в
узлах сети. .Зто позволяет использовать регулировочные, свойства
синхронных двигателей для уменьшения динамических-отклонении нап
ряжения у потребителей..Также найдут применение для регулирования
ианрязенкя' управляемые статические источники реактивной моцкостп
и трансформаторы с бесконтактным переключением .ответвлєш:":. в
этом случае встает вопрос о динамических подходах, к моделирования
и управлению режимами распределительных сетей. Здесь так.~е необ
ходимо учитывать статистический характер колебании нагрузки, что
характерно для большинства потребителей. Зри этоы распредели
тельная сеть представляет собой лшогомерный объект оптимального
стохастического управления. Следовательно, одним из главных нап
равлений научно-технического прогресса в области автс:.:-~:'леского
управления резимаыи распределпт.ельних сетей является р."-.-работка .
стохастических моделей сетей -.в динамических релизах к метода век
торного оптимального управления с учетом случайного характера изме
нения, возмущений. .." _
Работа выполнена на кафедре "Автоматизированных электроэнергетических систем" Самарского ; ; политехнического института и .. кафедре "Теории управления" Ленинградского государственного университета в процессе обучения в докторантуре.
Тема диссертации входит в план вакнейших работ по программам "Спстеш автоматизированного проектирования з энергетике", "На-: депностъ конструкції];", "Потери энергии и их компенсация.", координационный план работ по комплексной автоматизации отрасли. Одним из исполнителей этих работ является кафедга "Автоматизированных электроэнергетических систем" Самарского... < политехнического пін статута. Работа проводилась в рамках хозяйственных договоров, один.! из руководителей которых является автор, договоров на передачу научно-технических достихешй.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является решение научно-технической проблеми, -: оптимального .стохастического управления динамическими режимами распределительных электрических іетей, что..позволяет повисеть качество и экономичность злектроскабаения, улучшить эффективность . функционирования электроэнергетических систем.. Для достижения поставленной цели в работе решаются, слвдуадпе задачи:
разработка стохастических моделей, узлов- нагрузки распределительных сетей. При этом особое взимание уделено идентификации ІЛЗО-годЕИгдтельЕой нагрузки потных линии обработки материала, что приводит к постановке и решенкэ новых уравнений математической физики; . . - . -- .- -
построение . катематзческих моделей распределительных электрических сетей в динамических рекяыах с учетом случайных изменений нагрузки;
обоснование, .критерия качества при оптимальном -управлении резси-камп распределительных сетей при вероятностной характере возму-'лашц-іх воздействии; ' . - ,
разработке метода синтеза векторного оптимального управления регинами сетей при случайных изменениях нагрузки. Синтез оптимальных г.шогосвязных регулятороа напряжения и реактивной мощности;
анализ работы многомерных систем оптимального управления реян-какн распределительных сетей;
разработка способов и принципов.построения систем регулирования напряжения распределительных сетей, реализуемых в базовых ст-
руктурах систем управления рекимаки; ....,_
создание инйоркапдонно-внчЕСЛительных комплексов для управления рет-лгани и автоматизированного проектирования оатш.'злькцх
. - б -
регуляторов распределительных сетей.
МЕТОДИ ЛССЩОВАЮЯ. Для решения поставленных задач используются, метода георш случайных процессов, математической статистики, теории оптимального стохастического управления, синтеза оптимальных шогосбязных регуляторов. Численные метода анализа установившихся и переходных процессов электрических систем. Аппарат -передаточных функций . и дифференциальных уравнений систем с сосредоточенными е распределенными параметрами, теории функцій чувствительности. Частотные цетода .анализа динамических систем. Методы цифрового математического, лоделкрованзя, топологические основы решения штматических'задач энергетики, автоматизированного проектирования и др..
НАУЧНАЯ Е0ВІЗНЛ заключается .в разработке метода синтеза век
торного оптимального управления данакическюли реяпглаїлі распреде
лительных электрических сетей при случайных, изменениях нагрузки.
Методика синтеза оптимального управленая обеспэчнвает комплекс
требований предъявляемых к системе, основными из которых является
непосредственная, без "идеальных" дклЬеренцкруозпх с.-аньев,.реа
лизуемость регуляторов, сохранение, .устойчивости при вариациях па
раметров -' стабильность системы., Для ранения. поставленной задачи
разработаны динамические подели распределительных электрических
сетей при случайных колебашіях тока нагрузки, проведена идентифи
кация многодвпівдельноіі нагрузки поточшіх линей обработки материа
ла, что привело к постановке и решению новых уравнений штегатп-
ческой физики. Предавдены ноше способы и прикцшш построена сис
тем автоматического регулирования напряжения, электрические: .сетей,
разработана методика анализа многомерных систем управления дина-
ыическкш резшаш 'распределительных сетей. " ч
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ научных полояенш, изложенных в диссертации,, заключается в том,, что созданы хеорєтичесісие основы для оптимального- управления динамическими резпкаки распределительных сетей при случайных изменениях .нагрузки, что позволяет повысить качество. аапряяанЕя у потребителей, снизить ущербы от некачест-. венной электроэнергии и потери в евт-и; разработаны пнформациокко-вычислительные комплексы для синтеза оптимальных регуляторов,- которые внедрены в. системе, автоматизированного банка данинх электрических сетей; получены передаточные функции опгималыг- иного-связных регуляторов, которыми дополняются базовые структуры .систем регулирования: напряжения и-реактивной мощности распределитель-» них. сетей; показана практическая реализуемость оптимальных регуляторов в работоспособность системы управивші при неизбежных на
практшсо отіогопеяяй параметров сдегеглц, Показано, что оппкальнеэ стохастическое управленца является.-более обофзжтивнны со сравне- -( низ с традішхошшш способами регуяирсзкшп! ігзигряяаяиа п реактивной мощности з узлах распроделглеяьной сети: разработаны ноша ссособн и устройства для регулирования наврякеяшї электрическое сетсіі.
РЕАЛІЗАЦІЯ И ВІЕЩРЕНІЗ РЕЗУЛЬТАТОВ. По ходу віятолпешз: дес-сертацеошїоіі работы выполнено 6 научно-исследовательских работ., по которым оформлены отчетп. І!і^кірг.,.аії2оніго-іг!п-:слі;тель'ркй..7.0!ш- - лексы, автоматизированные баша: давних, предназначенные для унрав-лекхя psKi2.*,ai,a її автогатвзировадного проектирования овтлкалъпохх регуляторов распредєяхтельякх ажектряческтгх сетей 6-Ю чВ, реализованы на вычхеявтелышх системах EC-IG22, ідпсро ЗВМ "Электропп-ка ЛЗ-28", BK-S*.l, ГАЕ-34. ..
Указанные кошлэксы внедрены на- предприятиях электрических сетей РЗУ Куйбышевзнерго, Сара'іОнзнерго, Топскзнарго, Татэнерго, сетях яефтелрокнелов. Суммарный зховомячесшы Бфф'ект от вяедрешм составляет около І цей. рублей..
. Материалы диссертация сспользованн в учебном, .процессе при подготовке иіповероз-анектріпсоз в йуіійіаіевоЕОМ долхтехнвческом ЕЕСтшуте,. ряд результатов двесэртаодонвон. работы 31Ш0ЧЄНН .в дес-івіпліікн "йлектрпчеюспэ сестєі..'і a cera", "АдгорглгатзадЕї задач злехтроздергетхкл" (спецяальЕОСТд 10'02,.-10 04).
. !.'етод;жа синтеза оптимального утгрзаяеікїя реЕстагги распрєде-лктельпнх сетей -код руководством автора прорабатывалась прк хур-совом и дпшххлюм прооктцроваяЕп, каучхо-ЕсследовятальсхЕХ работах .студентов в й:-іл::алс СКВ института "Студенческой ваучно-вс-следэватолъехой вычкелптелвяой лабораторні", руководимой автором.
АПРОБ/ЛУЯ РАБОТУ. Но рззульгатам внполпеншх всследоваил:; сделагЗі! доклади на научных її паучхо-техЕхческкх конференциях, со-вєіпанкях, семіткарах, основная; из которых язляэтея: ваучно-тех-ппчеекке хоніерояцхп Самарского .> политехнического Нгстнтута, І97І-Ї9Е0 г; г*е,хстрасл-ЗЕка научно-технические ковзерзнцхЕ "Алво-рхткхзапдя з .автоматизация технологических процессов и проілвплея-шх установок", І97І-І937 г; .-Всесовзкое Езучко-:техш:чэсхое совещаний "Автоматическое упваатекЕЭ алегстропркводагп: і: .злектроие-хаивчеехплз схсте;.:а\:х", Тольятти, 1974г; наугао-кетодхчески/. семінар "Автоштпз&цкя проектирования в электротехнике к энергетике", Иваново, I960 г; Всееошноо совадапее "Автог'лткзхровапкие схетеш диспетчерского., упразленхя в эзергетпкз", І'осква, ISS-5 г;
.- є -
Всесоюзный семинар "Применения персональних микро ЭНЛ в электроэнергетике",- Клев, 1986 г;. Всесоюзное научно-техническое совещание "Эквиваяентированпе электроэнергетических систем для управления их режимами", Баку, 1987 г.. .па ВДНХ СССР IS83 г, Ш7р; Всесоюзное-совещание "Создание и внедрение нового электрооборудования к электроустановок для предприятий нефтяной и газовой прошп-ленностн", Москва, Отрадный 1988 г; Всесоюзный научный семинар 1 "Кибернетика электрических систем" по проблеме "Электроснабжение промышленных предприятий"., Новочеркасск, 1933г., Абакан 1059. .г; семинары факультета ."Прикладкой математики - процессов управления" Ленинградского государственного университета; семинары "Системы автоматизация"проектирования конструкторских, технологических и организационных систем", Куйбышев 1974-1990 г ^Всесоюзный науч-г ннй. .семинар "Кибернетика электрических систем" по проблеме "Управление и автоматизация проектирования в электроэнергетических системах", Челябинск I9SO г, .
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационно!! работы опубликовано 40 работ: имеются публикации, в Еурналах. Известия электротехнической промышленности серия "Электропривод", Извести АН УССР "Электронное моделирование", Известия Вузов СССР "Энергетика", в сборниках научных трудов, а така'е в трудах выиеуказашшх конференций, получено 9 авторских свидетельств СССР ва изобретения, опубликовано 6 научно-исследовательских отчетов.
.. ЛИЧНЬЙ ВКЛАД АВТОРА. Основные научные результаты, включенные в диссертацию," опубликованы в 9 статьях, написанных лично автором и 18, публикациях и изобретениях в соавторстве..
Все работы, выполненные в .соавторстве, подчинена об^ей проблеме и концепции .ее решения, сделанных соискателем, ш соорцулп---рованы основные..идеи динамической вдектификапии и управления ре-аимаші распределительных сетей при случайных изменениях нагрузки;
.. Соавторства относится к разработке конкретных программных "
средств,-.'.проведению машинных .экспериментов, внедрению икооркацпо-
нЕо-вычислительшос комплексов для управления реянмаїш распредели
тельных сетей. .
- динамические модели распределительных электрических г 7зй при
случайных изменениях нагрузки, как объекта шогосвязпиго управ
ления; ., ..'-.'
- математическое описание динамических ^^от^ссов^в^узлаЗсП энер-
го систем, питающих шоГодвигателыше электроприводы поточных-
.-" - 9-
швий обработки материала;- .." .. ..-..
теоретическое обоснование среднеквадратичного критерия качества управлення дпншличесіШ/Ш. режимами распределительных сетей; '
метод синтеза оптимального управления длнамическши режимами
сетей при случайных изменении: нагрузки;
методика анализа шогосачэных систем автоматического управления . многомерными объектам* электрических систем;
способы и принципа построения систем автоматического рагулирова-нгя напряжения и реактивной кощностн распределительных сетей;
іш^рглаїЕюішо-вітсяптелвше комплекса для управления..ре.таілаг,от и автоматизированного проектирования оптимальних регуляторов распределитатьных; сетей.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ.. Диссертация состоит из введе--; зіія, пяти разделов я заключения, изложенных ва 264 страницах ма-пенопесного текста, библиографического списка из 167 наименованы, приложения на 19 страницах,-содерЕнт 46 рисунков, 24 таблицы, эбщш объем работы 300 страниц сквозной нумерация.