Введение к работе
Актуальность проблемы: Эффективность использования электроэнергии является одним из важнейших факторов обеспечения научно-технического прогресса в народном хозяйстве. Сложность, значительные средства, расходуемые на создание и эксплуатацию электроэнергетических систем, а также предъявляемые потребителями энергии высокие требования к качеству электроснабжения обусловили необходимость оптимизации решений, реализуемых на разных уровнях территориально-временной иерархии управления.
Расширение хозяйственной самостоятельности предприятий и их объединений обусловило необходимость создания эффективных систем технико-экономической поддержки решений по обеспечению надежного функционирования, формируемых на низших уровнях управления отраслью, к которым относятся системы электроснабжения (СЭС) различного назначения и другие энергопредприятия. Важной проблемой при этом является исследование и обеспечение режимной надежности систем электроснабжения, существенный вклад в решение которой внесли Руденко Ю.Н., Воропай Н.И., Ушаков И.А., Розанов М.Н., Синчу-гов Ф.И., Гук Ю.Б., Манов Н.А., Китушин В.Г., Фокин В.А., Ковалев Г.Ф., Ко-роткевич М.А., Непомнящий В.А., Папков Б.В., Старжинский А.Л., Endreniy J., Billinton R., Allan R.N., Alvehag K., Soder L., Mao Y., Мій K. N., Heyde CO., Styczynski Z. A., Rudion K., Muller U., Strunz K, Celli G., Ghiani E., Goel L., и многие другие.
В настоящее время для удовлетворения роста потребления электроэнергии, а также обеспечения качества и надежности электроснабжения, большинство стран подключают распределенную генерацию (РГ) к СЭС как источник энергии местного значения. Подключение распределенных источников генерации к электрической сети позволяет создавать решения, отвечающие требованиям конкретных потребителей.
Появление распределенной генерации в распределительной электрической сети придает ей новые свойства, но и создает новые проблемы, в том числе режимной надежности. Будучи одной из важнейших, СЭС с РГ характеризуется значительным количеством эксплуатируемого оборудования и находится под воздействием множества возмущающих факторов внешнего и внутреннего происхождения, существенно влияющих на эффективность управленческих решений. В этих условиях необходимо своевременное реагирование на текущие изменения параметров СЭС с РГ, обусловленные в процессе эксплуатации ненадежностью энергооборудования и другими возмущающими факторами. Требуется более гибкое использование и своевременная корректировка регламентирующих условий, составляющих содержание системы схемно-режимных мероприятий в условиях использования современных устройств защиты и управления, придающих свойства «активности» распределительным электрическим сетям.
Обоснованный выбор решений по обеспечению режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией в этих условиях возможен на основе концепции риска, как на этапе подготовки соответствующих решений, так и в ходе их реализации. Сложившиеся подходы не позволяет эффективно реализовать технико-экономический анализ управленческих и плановых решений в
указанной постановке применительно к сложным СЭС с РГ и их подсистемам. Поэтому разработка методов, моделей, алгоритмов, а также соответствующего программного и информационного обеспечения, рассчитанного на реализацию технико-экономического анализа режимной надежности вариантов функционирования СЭС с РГ при обосновании решений по управлению ими, представляется важным и актуальным.
Цель и основные задачи исследований. Основной целью исследований, выполненных в диссертации, является разработка и развитие методов исследования режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией при моделировании каскадных отказов с использованием концепции риска и применении современных систем защиты и управления. В соответствии с этой целью в диссертации рассматриваются следующие задачи:
-
Разработка методики исследования режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией при моделировании каскадных отказов с использованием концепции риска и учетом реконфигурации электрической сети в послеаварийных режимах.
-
Разработка и исследование особенностей модели режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией и обоснование учета влияющих факторов.
-
Анализ и учет процесса отказов защиты или/и выключателей с соответствующими вероятностями и каскадного развития отказов при учете схемно-режимных мероприятий по реконфигурации сети в послеаварийных состояниях.
-
Разработка и обоснование показателей режимной надежности с учетом требований к электроснабжению потребителей.
-
Исследование и обоснование мероприятий по обеспечению режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией.
-
Исследование разработанных методов и алгоритмов на схеме системы электроснабжения района провинции Куанг Нам Вьетнама и мероприятий по повышению режимной надежности.
Методы исследований. При выполнении исследований, результаты которых обобщены в диссертации, использовались методы системного анализа, исследования операций, моделирование процессов развития отказов в системах электроснабжения с распределенной генерацией, методы расчета режимов систем электроснабжения (итерационный метод Ньютона-Рафсона), информационные технологии, теория вероятностей, основы концепции риска.
Объект исследования. Система электроснабжения с распределенной генерацией.
Предмет исследования. Отказы элементов систем электроснабжения и средств управления.
Научная новизна. Разработана методика оценки и обеспечения режимной надежности СЭС с распределенной генерацией при каскадном развитии отказов на основе концепции риска. Разработана модель оценки режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией с учетом каскадного развития отказов. Предлагается модификация оценки риска при исследовании режимной надежности. Выполнено исследование и разработан метод обоснования
мероприятий по обеспечению режимной надежности СЭС с распределенной генерацией.
Научные результаты. В диссертации получены и выносятся на защиту следующие научные результаты:
Методика анализа режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией при моделировании каскадного развития отказов с использованием концепции риска и применением современных средств управления для реконфигурации сети в послеаварийных режимах.
Модель режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией и результаты исследования особенностей модели с учетом каскадного развития отказов и реконфигурации сети в послеаварийных режимах.
Новый показатель режимной надежности на основе концепции риска с учетом требований к электроснабжению потребителей.
Метод обоснования мероприятий по обеспечению режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией в многокритериальных условиях на основе выделения множества Парето.
Результаты исследований режимной надежности и обоснования мероприятий по ее повышению для системы электроснабжения района провинции Куанг Нам Вьетнама.
Разработанный метод оценки режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией развивает существовавшие до настоящего времени подходы. Численные исследования, проведенные для достаточно сложной схемы системы электроснабжения, включающей установки распределенной генерации, показали эффективность разработанного метода, позволяющего путем оценки риска различных состояний системы рекомендовать наиболее предпочтительные мероприятия по повышению режимной надежности систем электроснабжения.
Все перечисленные результаты диссертационной работы, представляющие научную новизну, получены впервые.
Теоретическая значимость исследования. Определяется получением нового оригинального подхода к анализу режимной надежности современных систем электроснабжения.
Практическая значимость исследования.
Основные результаты исследований использованы при выполнении гранта по Постановлению Правительства РФ от 9 апреля 2010 г. № 220 о привлечении ведущих ученых в российские организации высшего образования.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедр Электроснабжения и электротехники ИрГТУ и Электрификации горных предприятий Ханойского горно-геологического университета Вьетнама при проведении лекций, выполнении курсового и дипломного проектирования.
Ожидаемые результаты внедрения разработок возможны в виде исследований режимной надежности систем электроснабжения по заказам компаний.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее части докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции "Повышение эффективности производства и использование энергии в ус-
ловиях Сибири", Иркутск, 2012 г., 2013 г.; Всероссийской научно-практической конференции "Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов", Томск, 2012 г., 2013 г.; Международной научно-практической конференции «Технические науки - основа современной инновационной системы», Йошкар-Ола, 2012 г.; Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки: свежий взгляд и новые подходы», Йошкар-Ола, 2012 г.; Международном научном семинаре им. Ю.Н.Руденко «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики», Иркутск, 2013 г.; The Power System of the Future - Baikal II Conference, Irkutsk, 19 - 20th September, 2013.
Личный вклад автора. Результаты, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.
Разработана методика исследования режимной надежности систем электроснабжения с распределенной генерацией и современными системами защиты и управления с оценкой надежности на основе концепции риска при каскадном развитии отказов.
Сформирована и обоснована модель режимной надежности СЭС с РГ с учетом возможности ее реконфигурации, режимных факторов и работы защит.
Разработан новый показатель режимной надежности с учетом требований к электроснабжению потребителей на основе концепции риска.
Разработан программно-вычислительный комплекс оценки режимной надежности СЭС с РГ на основе концепции риска с использованием алгоритма, позволяющего определить показатели надежности.
Выполнено обоснование мероприятий по повышению режимной надежности в многокритериальных условиях с выделением множества Парето для сопоставления мероприятий.
Проведены исследования режимной надежности и обоснования мероприятий по ее повышению для схемы электроснабжения района провинции Куанг Нам Вьетнама.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе четыре работы в рекомендуемых изданиях из списка ВАК, одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, 2 приложений, списка научных трудов, списка литературы общим объёмом 193 страниц. Работа представлена на 138 страницах машинописного текста, включает 36 рисунков, 15 таблиц. Библиографический список включает 181 наименование.
