Введение к работе
Задача исследования - теоретическая и практическая разработка методики и алгоритмов формирования последовательностей переключений (ПП) с целью снижения токовой перегрузки элементов электроэнергетических систем (ЭЭС), а также последующая реализация в виде программного модуля информационно-аналитической системы.
Рост потребления электроэнергии городов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных районов, а также существенное усложнение схем ЭЭС зачастую вызывают затруднения при попытке упрощенного решения поставленной задачи, и возникает необходимость построения и реализации новых цифровых алгоритмов применительно к использованию современной вычислительной техники.
Постоянное повышение производительности и удешевление современных вычислительных средств предоставляет новые возможности для реализации алгоритмов, позволяющих получить более точный результат при минимизации временных и материальных затрат и в значительной степени автоматизировать процесс принятия оптимального решения.
Актуальность. Задача снижения токовых перегрузок элементов ЭЭС возникла давно и, на сегодняшний день, разработаны различные методы снижения перегрузок. Большинство этих методов используют регулирование мощности генераторов (перераспределение активной мощности), мощности компенсирующих устройств (перераспределение реактивной мощности), а также, как экстренная мера, отключение нагрузок или их части. Они (кроме варианта с отключением потребителей) не всегда позволяют разгрузить перегруженный элемент. Как следствие - аварийное отключение потребителей или генерирующих мощностей.
В работе рассматривается иная возможность разгрузки элементов ЭЭС -при помощи проведения серии переключений в сетях, приводящей к снижению тока в перегруженном элементе без существенного изменения уровня тока короткого замыкания (КЗ), показателей надежности, а также сохранения в допустимом диапазоне токов в других ветвях. Этот вопрос исследовался еще в 70-80х годах прошлого века, но до сих пор не существовало универсального алгоритма формирования подобных ПП для схем сложных ЭЭС, состоящих из нескольких десятков или сотен тысяч элементов.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы является теоретическая и практическая разработка методик и алгоритмов формирования ПП для снижения перегрузок элементов ЭЭС, а также последующая практическая реализация в виде модуля информационно-аналитической системы. Как алгоритмы, так и их реализации должны быть рассчитаны на работу с реальными схемами ЭЭС, размер которых может достигать несколько десятков тысяч элементов. При этом время расчета должно оставаться в приемлемом диапазоне.
Для достижения указанных целей потребовалось решить следующие задачи:
разработать способы многофункционального моделирования электроэнергетической системы, а также методику преобразования электрической схемы в схему замещения и обратно;
разработать методику и алгоритмы, позволяющие осуществить структурно-функциональную декомпозицию сложных ЭЭС, для определения коммутационных аппаратов (КА), отключение которых приведет к снижению перегрузки рассматриваемой ветви;
разработать методику и алгоритмы поиска КА-кандидатов на отключение с отсечением заранее неперспективных кандидатов;
разработать методику и алгоритмы для структурной декомпозиции сложных ЭЭС И определения совокупности КА. включение которых приведет к снижению перегрузки рассматриваемой ветви;
разработать методику и алгоритмы поиска КА-кандидатов на включение с отсечением заранее неперспективных кандидатов;
разработать методик}' и алгоритмы формирования ПП с использованием выключателей-кандидатов на отключение и включение и с отсечением заранее неперспективных вариантов по сформулированным критериям;
разработать способы проверки ПП на допустимость по уровню токоз КЗ и надежности в ближайших узлах.
Методы и средства исследования. В работе активно используются методы вычислительных экспериментов (реализация различных видов алгоритмов с последующей оценкой их точности, производительности и применимости к решаемой задаче), комбинированный с теоретическим подходом для обоснования направления проведения эксперимента.
Полученные результаты проверялись с использованием существующих промышленных решений или собственных разработок.
Основные научные результаты и их новизна. Итогом работы стал модуль определения ПП в сложных ЭЭС для снижения токовой перегрузки, входящий в состав информационно-аналитической системы, готовый к использованию и проверенный на схемах различного размера и сложности и реализующий разработанные методики и алгоритмы. Данный модуль в рамках информационно-аналитической системы взаимодействует с модулями оценки токов установившегося режима, токов короткого замыкания и надежности.
Основные научные результаты:
предложены, теоретически и практически обоснованы методика и
алгоритмы декомпозиции сложных ЭЭС с использованием методов
структурного анализа для определения коммутационных аппаратов
(КА), кандидатов на включение и отключение, снижающих послеаварийные перегрузки элементов системы;
разработана методика отсечения неперспективных КА-кандидатов на основе понятия "приоритет" выключателя на включение и на отключение, приведены основные влияющие факторы и формулы вычисления приоритета выключателя на основе влияющих факторов;
разработана методика формирования ПП из найденных КА-кандидатов и отсечения заранее неперспективных вариантов на основе понятия "приоритет" ПП, разработаны методика и алгоритмы его вычисления на основе приоритета выключателей, входящих в данную последовательность;
разработаны принципиально новые методика и алгоритм формирования ПП, пригодный для работы с реальными схемами, насчитывающими десятки и сотни тысяч элементов, малочувствительный к параметрам схемы.
Предметом исследования является проблема диагностики и изменения коммутационного состояния ЭЭС для снятия токовой перегрузки. Ввиду большой сложности ЭЭС, даже с применением вычислительной техники самой большой производительности простой перебор коммутационных состояний всех коммутационных аппаратов ЭЭС невозможен. Поэтому необходимо ограничить область проведения коммутаций (осуществить структурную декомпозицию ЭЭС), осуществлять перебор возможных коммутационных состояний целенаправленно, а также определить критерий отбора выключателей и ПП на всех этапах формирования последовательностей.
Практическая ценность. В настоящее время существует необходимость дискретного управления потоками мощности в ЭЭС путем изменения коммутационного состояния. Основное направление - снятие перегрузок элементов сети (линий, автотрансформаторов и т.д.).
Задача формирования необходимых коммутаций в послеаварийных состояниях ЭЭС обычно целиком лежит на персонале. На практике полагаются на опыт сотрудников. Не отрицая необходимость подобного опыта, предлагается эффективный способ автоматизации процесса управления коммутациями в ЭЭС, который может быть позиционирован в качестве элемента советчика диспетчера.
Этот прием предназначен оказывать помощь при принятии решений, как по оперативным, так и по плановым переключениям, что поможет существенно сократить время принятия решения, и, следовательно, приведет к повышению надежности электроэнергетической системы.
Публикации. По теме работы опубликовано 8 печатных работ.
Апробация. Основные теоретические положения диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на Всероссийских научных семинарах с международным участием "Методические и практические задачи
надежности систем энергетики" им. Ю.Н. Руденко (Санкт-Петербург 1997 г., 2009г., Иркутск 1998 г., Сыктывкар 1999 г, Харьков 2006 г.), семинар на кафедре ЭЭС 1999 г., а также на тематическом семинаре в г. Москва 2001 г..
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, 5 приложений и содержит 219 страниц основного текста, включая 31 рисунок, 32 таблицы и 106 библиографических наименований.
Основные положения, выносимые на защиту:
методика и алгоритмы декомпозиции схем ЭЭС для выделения группы КА-кандидатов, переключение которых, могут оказать влияние на перегрузку исходного элемента;
методика и алгоритмы определения и отсечения заранее неперспективных КА-кандидатов;
методика и алгоритмы формирования ПП, определения и отсечения заранее неперспективных вариантов.
