Введение к работе
Актуальность проблемы. При эксплуатации электроэнергетических систем (ЭЭС) службами режимов районных энергетических и объединенных диспетчерских управлений производятся расчеты электромеханических переходных процессов для случаев внезапных изменений параметров системы (возмущений). По результатам этих расчетов осуществляется анализ динамической устойчивости ЭЭС с целью проверки адекватности работы устройств регулирования и противоаварийной автоматики, а также выработки рекомендаций диспетчерскому персоналу о мероприятиях, необходимых для локализации и ликвидации возможных аварийных ситуаций.
Правила выбора расчетных возмущений как составляющих сценариев (расчетных ситуаций) для анализа динамической устойчивости задаются руководящими указаниями по устойчивости ЭЭС. Однако, если буквально следовать этим правилам, список подлежащих расчету возмущений оказывается слишком длинным, учитывая необходимость малой заблаговременности производства расчетов, уровень вычислительных средств и, как правило, большую размерность исследуемых схем. Поэтому в каждой ЭЭС существуют свои инструкции по производству расчетов, конкретизирующие общие руководящие указания с учетом многолетнего опыта эксплуатации системы, а также - в том или ином виде - списки предположительно опасных расчетных возмущений, которые при необходимости корректируются для конкретных исходных режимов, исходя из опыта и интуиции персонала, производящего расчеты. Между тем, в связи с развитием ЭЭС, а также вследствие изменения экономических и социально-политических условий возникают "новые" расчетные ситуации/для которых отсутствуют статистика и отработанные способы противодействия.
При проектировании ЭЭС для прогнозируемых уровней генерации/нагрузки определяется топология электрической сети, которая, помимо экономичных обменов мощностью между ее узлами при нормальной эксплуатации, должна обеспечить и безопасные (т.е. не приводящие к фатальным последствиям) обмены в аварийных ситуациях. При этом время, которое допустимо затратить на проведение расчетов, существенно больше, а требования к точности результатов - ниже, чем в эксплуатации. Однако вариантность и меньшая конкретность исходных условий существенно снижает роль накопленного (в виде инструкций и знаний о функционировании существующей системы) опыта выбора расчетных ситуаций и увеличивает долю интуитивных решений.
Чем сложнее исследуемая при эксплуатации или проектировании ЭЭС, тем большие возникают проблемы обосновашюго выбора расчетных ситуаций (возмущений в эксплуатации или возмущений, исходных схем и режимов в проектировании) для анализа динамической устойчивости. Между тем, для обеспечения безопасного функционирования ЭЭС необходимо заблаговременно в условиях жестких временных ограничений оценить как можно большее число
возможных ситуаций с целью выбора из них опасных и выработки мероприятий, которые бы предотвратили их или, по крайней мере, облегчили последствия и- переход к нормальному функционированию.
Таким образом, задача выбора расчетных ситуаций в проектных и эксплуатационных расчетах динамической устойчивости ЭЭС становится все более актуальной.
Объект исследования: реакции электроэнергетических систем на возмущения в электромеханических переходных процессах.
Цель работы: разработка и апробирование методики автоматизированного выбора расчетных ситуаций для проектных и эксплуатационных расчетов динамической устойчивости ЭЭС.
Работа является развитием структурного анализа ЭЭС * применительно к исследованию их динамических свойств. Основная идея представляемой методики состоит в предварительной (до детальных расчетов) классификации и выборе представителей классов расчетных ситуаций - то есть составлении подъемного для детального исследования списка предположительно опасных ситуаций. Формирование набора расчетных ситуаций для исследований динамической устойчивости ЭЭС как представительной выборки из предварительно сгенерированного большого исходного набора расчетных ситуаций основьшается на следующих ключевых посылках:
Расчетная ситуация характеризуется реакцией ЭЭС на возмущение, которую наиболее информативно отражают движения (изменения во времени режимных параметров) синхронных машин (в первую очередь, генераторов) в переходном процессе.
Помимо интегральных кривых переходного процесса, реакция ЭЭС может быть описана матрицей мер когерентности или некогерентности (показателей сходства или различия) движения генераторов.
На основе матрицы показателей сходства или различия совокупность генераторов может быть представлена в виде вложенных кластеров, отражающих процесс пошаговой классификации (идентификации более или менее когерентных групп) генераторов и характеризующих расчетную ситуацию.
Сходство или различие расчетных ситуаций может быть измерено сходством или различием соответствующих этим ситуациям сходством или различием процессов классификации генераторов.
В соответствии с целью и посылками, задачами, которые необходимо решить в рамках разработки методики, являются:
Формирование показателей сходства или различия генераторов ЭЭС с точ
ки зрения их движения в переходном процессе, сопровождающем заданную
1 См.: Абраменкова Н.А., Воропай Н.И., Заславская Т.Б. Структурный анализ электроэнергетических систем (в задачах моделирования и синтеза). - Новосибирск: Наука, 1990,224 с.
расчетную ситуацию;
Разработка метода классификации генераторов на основе показателей их сходства или различия;
Формирование показателей сходства расчетных ситуаций и разработка методов классификации и выбора представительных ситуаций на основе этих показателей.
Автор защищает следующие положения:
Быстрое сканирование и выбор представительных ситуаций являются возможными для исследований не только установившихся режимов, но и динамической устойчивости ЭЭС.
Иерархическая нисходящая классификация более предпочтительна в задачах, связанных с классификацией генераторов, чем любой из методов иерархической восходящей классификации.
Расчетные ситуации (сценарии) могут быть описаны как процессы классификации генераторов и в таком виде сравниваться друг с другом для определения степени их сходства.
Классификация ситуаций на основе их сходства до процесса фильтрации (выявления наиболее опасных для ЭЭС ситуаций) существенно повышает возможности охвата детальными исследованиями наиболее типичных и опасных ситуаций.
Методы исследования: кластерный анализ, методы математического моделирования электромеханических переходных процессов и исследования динамической устойчивости ЭЭС.
Научная новизна работы заключается в самой постановке задачи и в следующих принципиальных положениях:
-
Впервые предложен способ классификации ситуаций не только с целью их фильтрации, а сначала для выявления более сходных из них.
-
Предложен не имеющий аналогов способ оценки сходства ситуаций как процессов классификации генераторов.
-
В качестве способа классификации генераторов ЭЭС предложена (взамен традиционно применявшейсяся для этой цели восходящей классификации) нисходящая классификация, для которой разработан алгоритм и обоснованы преимущества применения.
Практическая ценность работы: Применение предлагаемой методики бу-іет иметь результатом перечень наиболее типичных и наиболее опасных для ис-ліедуемой ЭЭС расчетных ситуаций, которые необходимо детально исследо-зать для выработки мероприятий по предотвращению или ликвидации послед-лвий аварий, связанных с нарушением динамической устойчивости. Это позво-гат рационально организовать проектные и эксплуатационные расчеты при эграниченных временных, вычислительных и человеческих ресурсах, повышая з то же время надежность охвата наиболее вероятных аварийных ситуаций.
Апробация результатов работы. Основные положения работы обсуждались на XEX-XXI конференциях научной молодежи СЭИ СО РАН (Иркутск, 1989-1991 гг.), на всесоюзных и международных семинарах и конференциях: "Современные проблемы системных исследований в энергетике" (Иркутск, 1990 г.), "Имитационный подход в системах поддержки решений и обучении персонала энергопредприятий" (Киев, 1990 г.), "Методы синтеза и планирования развития структур крупномасштабных систем" (Звенигород, 1990 г.), "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" (Иркутск, 1991 г.), "EPRI-SEI joint seminar on methods for solving the problems on energy, power system development and control" (Пекин, 1991 г.), "Моделирование электроэнергетических систем" (Каунас, 1991 г.), "Имитационный подход в энергетических исследованиях" (Иркутск, 1992 г.), "Applied modelling and simulation" (Львов, 1993 г.).
Личный вклад автора: Выносимые на защиту положения выдвинуты и доказаны автором лично или под его научным руководством.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 19 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 154 страницах печатного текста, списка литературы из 69 наименований и 2 приложений. Общий объем работы - 244 страницы, из них рисунков - 55 страниц, таблиц -10 страниц, приложений - 13 страниц.
