Введение к работе
Актуальность темы. Управление потоками реактивной мощности (РМ) является одним из аспектов управления электрическими режимами, которое направлено на оптимизацию сети по напряжению и реактивной мощности, что приводит к снижению потерь активной мощности и, соответственно, затрат электрической энергии на ее транспорт. Становление рыночных условий функционирования электроэнергетики в России и стремление в перспективе перейти к активно-адаптивному управлению требует повышения качества управления потоками РМ. Все это определяет необходимость поиска новых принципов и подходов к их управлению.
Проблема эффективного управления потоками РМ особенно сложно поддается решению в распределительных сетях напряжением 6-110 кВ, которые характеризуются значительной протяженностью, большим количеством линий и подстанций (ПС), высокой степенью схемно-режимной неопределенности. Неопределенность при решении задачи управления электрическими режимами обусловлена слабой обеспеченностью электрических сетей измерительными комплексами, стохастической природой электрических нагрузок, рыночными условиями функционирования электроэнергетических систем (ЭЭС), человеческим фактором, а также изменением конфигураций схем электрических сетей в процессе эксплуатации.
Управление потоками РМ возможно путем компенсации реактивной мощности (КРМ). Решению задачи КРМ посвящены работы Ю.С. Железко, В.А. Веникова, Г.Е. Поспелова, Д.А. Арзамасцева, Ф.Ф. Карпова, Н.А. Мельникова, И.Н. Ковалева, В. Д. Ариона, Б. И. Брянцева, В.В. Красника, K. Ellithy, J. Jerome, A. Pourshafie и многих других ученых. В своих трудах они раскрыли подходы, основанные как на детерминированном задании исходной информации, так и на вероятностном, обозначили проблему КРМ как многокритериальную, которую можно решить, оптимизируя целевую функцию либо по одному параметру, либо по нескольким. В работах последних лет при частных решениях задачи КРМ активно применяются эволюционные методы: генетические алгоритмы и искусственные нейронные сети. Однако использование КРМ как средства комплексного повышения технико-экономических показателей электрических сетей при исходной информации разного качества, в том числе и низкого, осуществляемое на основе системного анализа, до сих пор не рассматривалось.
На сегодняшний день максимально высокие технико-экономические показатели КРМ могут быть достигнуты лишь при использовании дуального подхода к управлению потоками РМ: сочетания технологического управления и системы менеджмента, что в принципе ранее не применялось.
Таким образом, задача разработки метода оптимального управления потоками реактивной мощности в условиях неопределенности для повышения технико-экономических показателей распределительных сетей на основе дуального подхода является актуальной.
Целью диссертационного исследования является разработка метода и алгоритма оптимизации потоков реактивной мощности в распределительных сетях в условиях неопределенности.
Задачи исследования:
анализ современного состояния управления потоками реактивной мощности и обзор технических средств, применяемых для его реализации;
моделирование параметров режима при различной степени полноты и достоверности исходной информации для управления потоками реактивной мощности;
разработка метода и алгоритма оптимальной КРМ в распределительных электрических сетях в условиях неопределенности;
формализация процесса решения разработанного метода;
управление эксплуатационными издержками путем КРМ в условиях неопределенности на основе системы менеджмента качества.
Методы исследования. Для реализации поставленных в диссертации задач используются: системный анализ, теория нечетких множеств, теория случайных процессов, вейвлет-анализ, методы оптимизации. В качестве программных инструментов для расчета электрических режимов применяются программно вычислительные комплексы SDO-6 и RastrWin, а также системы компьютерной математики MATLAB 7.0, Mathcad 14.0.
Объект исследования: электрические сети напряжением 6-110 кВ распределительных сетевых компаний.
Предмет исследования: потоки реактивной мощности на разных временных интервалах при эксплуатации распределительных электрических сетей.
Научную новизну диссертационной работы составляют следующие положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Расширена область применения моделей информационных потоков, предложенных Савиной Н.В., на управление реактивной мощностью в распределительных электрических сетях.
2. Разработана многоуровневая иерархическая модель компенсации реактивной мощности, основанная на системном подходе и позволяющая, в отличие от существующих подходов, обеспечить оптимальные потоки реактивной мощности в сетях 6-110 кВ распределительных сетевых компаний в условиях неопределенной режимной и схемной информации.
3. Разработан метод компенсации реактивной мощности, отличающийся возможностью получения оптимальных результатов при неполноте и недостоверности исходной информации, позволяющий эффективно управлять потоками реактивной мощности в распределительных электрических сетях напряжением 6-110 кВ, достигая максимального для эксплуатации эффекта.
4. Впервые предложен формализованный подход, с помощью которого разработанный метод КРМ в условиях неопределенности быстро реализуется для распределительных сетей любой конфигурации с помощью существующих программных продуктов.
5. Разработан алгоритм управления потоками реактивной мощности в распределительных сетях при использовании исходной информации любого качества, в том числе и низкого, обеспечивающий высокую эффективность управления на разных временных интервалах.
6. Впервые применен процессный подход для управления уровнем эксплуатационных издержек распределительных сетевых компаний путем компенсации реактивной мощности.
Практическая значимость и реализация исследования. Разработана инженерная методика управления потоками РМ в распределительных сетях в условиях неопределенности, которая позволяет с помощью широко распространенного сертифицированного программного обеспечения получить оптимальные мощности и места подключения компенсирующих устройств.
Реализация предложенной инженерной методики позволила определить места установки и мощности конденсаторных установок в структурном подразделении «Южные ЭС» филиала ОАО «Дальневосточная распределительная сетевая компания» «Приморские электрические сети» для эффективного управления потоками РМ. Ожидаемый комплексный эффект от внедрения всех рекомендуемых конденсаторных установок составит 26,2 млн. руб. в год, в том числе 8,5 млн. руб. за счет снижения потерь активной энергии. В результате внедрения конденсаторных установок суммарной мощностью 15,5 Мвар (25 шт.) из рекомендованных 46,8 Мвар (50 шт.) подтвержден экономический эффект в 2,6 млн. руб. только за счет снижения потерь электрической энергии.
Разработанные методы и алгоритмы применены при выполнении научно-исследовательской работы, реализуемой в ФГБОУ ВПО «Амурский государственный университет» в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ на оказание услуг № 7.2143.2011, номер государственной регистрации НИР 01201253224.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность энергоресурсов», Благовещенск, 2008, 2011 гг.; межвузовской XI региональной научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее», Благовещенск, 2010 г.; объединенном симпозиуме «Энергетика России в XXI веке: стратегии развития – восточный вектор», «Энергетическая кооперация в Азии: что после кризиса?», Иркутск, 2010 г.; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 2011 г.
Личный вклад автора. Все выносимые на защиту результаты получены автором совместно с научным руководителем.
Публикации. Результаты выполненных в диссертации исследований изложены в 11 печатных работах, в том числе в трех журналах, рекомендованных ВАК, в сборнике трудов международной конференции в Республике Польше, в рецензируемых изданиях, в трудах Всероссийских конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 8 приложений. Общий объем диссертационной работы (без приложений) 204 стр., в том числе 76 рис. и 20 таблиц. Библиографический список включает 158 наименований.
