Введение к работе
Современная электрическая сеть представляет собой сложную неоднородную сеп. с большим числом трансформаторов, автотрансформаторов и линий различных номинальных напряжений. Такая сеп. характеризуется протеканием уравнительных токов, вызнанных неодинаковым отношением активного сопротивления к реактивному на различных элементах сети и действием в контуре уравнительной ЭДС, обусловленном контурными трансформаторами, разными напряжениями источников питания. Эти токи вызывают дополнительные потери активной мощности, что приводит к снижению эффективности работы энергосистемы в целом и увеличению себестоимости транспорта электроэнергии.
Компенсацию уравнительных токов можно обеспечить размыканием сетей разных номинальных напряжений, связывающих одни и те же объекты, а также изменением параметров режима электрической сети за счет вариации коэффициентов трансформации трансформаторов и мощностей источников реактивной мощности и другими способами.
Ввиду того, что первый из указанных способов приводит к снижению надежности электроснабжения потребителей, подобное мероприятие применяется редко, особенно в сети 220 кВ и выше. В этих условиях второй париапт остается единственным способом снижения потерь мощности в сети, вызванных протеканием уравнительных токов.
Известные методы оптимизации режима по напряжению и реактивной мощности, реализующие торой из указанных нише вариантов компенсации уравнительных токов, используют математические методы, не позволяющие учитывать дискретность изменения переменных. Так, например, коэффициенты трансформации автотрансформаторов не только изменяются ступенчато, но и с разным шагом. После оптимизации такими методами необходимо доуточнение переменных, после которого полученный режим может существенно отличаться от оптимального или может получиться не реализуемым.
Известный метод оптимизации режима энергосистемы по напряжению и реактивной мощности, учитывающий дискретность изменения переменных, - метод покоординатного спуска - обладает рядом недостатков, а именно, значительной продолжительностью счета, зависимостью результата от последовательности перебора компонентов, невозможностью оперативного контроля технических ограничений. Поэтому назрела необходимость разработки новых методов оптимизации режима энергосистемы по напряжению и реактивной мощности с учетом дискретности и связанности изменения переменных при обеспечении оперативного
контроля технических и организационных ограничений и приемлемого быстродействия. Здесь также необходима разработка как алгоритмов контроля различных режимных ограничений, гак и алгоритмов ввода режима в допустимую область.
Отмеченное позволяет считать тему диссертационной работы актуальной, направленной -в конечном итоге на повышение надежности и качества работы-энергосистемы и снижения стоимости передачи электроэнергии за счет отсутствия необходимости в дополнительных капиталовложениях.
Связь работы с крупными научными программами, темами
Работа выполнялась в соответствии с планом работ, координировавшимся Министерством образования Республики Беларусь по теме ГБ 91-20 «Разработка теоретических основ, методов, алгоритмов и промышленных проірамм для оптимизации режимов и параметров электрических систем и их элементов с целью экономии электроэнергии и повышения ее качества» и является составной частью исследований, проводившихся на кафедре «Электрические системы» Белорусской государственной политехнической академии.
Цель и задачи исследования
Цель диссертационной работы состоит в совершенствовании методов оптимизации режимов энергосистем по напряжению и реактивной мощности и разработке на их основе алгоритмов и проірамм, направленных на снижение себестоимости транспорта электроэнергии и сетях энергосистемы и повышении качества электроснабжения потребителей.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
выявление особенностей построения схем электрических сетей энергосистемы;
разработка методов, алгоріпмов и проірамм на ПЭВМ оптимизации режима энергосистемы по напряжению и реактивной мощности с учетом дискрет носі и изменения переменных, законов изменения коэффициентов трансформации и надежности устройств регулирования напряжения под нагрузкой и возможности оперативного контроля технических ограничений;
разработка алгоритмов и программ на ПЭВМ ввода режима в допустимую область.
Объект и предмет исследования
Электроэнергетическая система.
Гипотеза
Известный метод оптимизации режима энергосистемы но напряжению и реактивной мощности, а именно, метод покоординатного спуска,
обеспечивает учет дискретности изменения влияющих факторов. Тем не менее, расчеты по этому методу занимают много машинного времени, получаемый результат зависит от последовательности перебора переменных величин, в процессе расчета невозможно учесть технические ограничения задачи.
Следует разработать такие методы и алгоритмы решения задачи, которые позволяли бы получать результат вне зависимости от последовательности перебора переменных величин, а также учитывать в процессе расчета технические ограничения задачи. При этом затраты машинного времени на решение задачи в условиях применения современных быст-родейст вуюіцих ПЭВМ должны быть снижены.
АІетодологип и методы проведенного исследования
Применялась теория электрических систем и сетей, методика технико-экономических расчетов в энергетике, а также математические методы - метод Лагранжа, покоординатного спуска, градиентный и матричный методы.
Научная новизна и значимость полученных результатов
Разработан комплекс методов и программ на ПЭВМ оптимизации режима энергосистемы по напряжению и реактивной мощности, отличающийся не только возможностью учета дискретности изменения переменных и взаимосвязанности их изменения, но и обеспечением оперативного контроля технических ограничений в процессе решения задачи.
На основе применения аппарата матриц чувствительности разработаны алгоритмы и программа на ПЭВМ ввода режима в допустимую область с учетом дискретности изменения переменных.
Научная значимость результатов диссертации состоит в том. что использование разработанных методов и программ на ПЭВМ оптимизации режима энергосистемы по напряжению и реактивной мощности обеспечит большую эффективность работы энергосистемы за счет большего снижения потерь мощности в сети и повышения надежности ее работы.
Практическая (экономическая, социальная) значимость полученных результатов
Предлагаемые алгоритмы, методы и нроіраммьі на ПЭВМ возможны для применения в режимных подразделениях объединенных диспетчерских служб электрических сетей, центральных диспетчерских служб производственных объединений энергетики и электрификации, в ОДУ и проектных организациях для оптимизации режима сені напряжением 35кВ и выше.
Компьютерная программа, разработанная па основе предложенных и диссертации методов, полностью готова к использованию и используется в ОДУ при краткосрочном планировании режима энерюсистемы.
Полученные и диссертации результаты испольчоналы в учебном процессе кафедры ('Электрические системы» Белорусской государственной политехнической академии при чтении лекций по дисциплинам «Оптимизация режимов энергосистем», «Перспективные направления развития и новые технические решения в электроэнергетических системах», «Эксплуатация электрических систем», а также при дипломном проектировании студентами специальности «Электроэнергетика» специализации «Электроэнергетические системы».
Результаты работы представляют собой законченный коммерческий продукт, при использовании которого можно повысить надежность работы электрической сети и снизить расходы па передачу электроэнергии.
Основные положения диссертации, выносимые на зшцищу:
комплексный метод, алгоритм и проірамма на персональную ЭВМ оптимизации режима сложной сети энергосистемы по напряжению и реактивной мощности на основе дискретных методов, отличающихся возможностью учета дискретного характера изменения переменных, законов изменения коэффициентов трансформации трансформаторов, надежности устройств регулирования напряжения под нагрузкой, оперативного контроля величин напряжений в узлах схемы сети в процессе оптимизационного расчета и получения окончательного решения;
метод, алгоритм и программа на персональную ЭВМ оптимизации режима перспективных схем развития энергосистемы по напряжению и реактивной мощности пошаговым методом' последовательного анализа решений, отличающиеся от известных возможностью контроля технических ограничений в процессе решения задачи и независимостью результата от последовательности перебора переменных;
методы, алгоритмы и проірамма па персональную ЭВМ многошаговых методов оптимизации режима энергосистемы по напряжению и реактивной мощности, контроля напряжений в узлах схемы сети и ввода режима в допустимую область, отличающиеся возможностью большего снижения потерь мощности при одновременном резком снижении числа требуемых расчетов по сравнению с пошаговыми методами последовательного анализа решений и покоординашого спуска;
ашоригмы контроля напряжении узлов схемы сети в зависимосіи от изменения компонентов вектора независимых переменных, отличающийся от известных возможностью прогнозирования напряжений в узлах до выполнения расчета установившегося режима и меньшей затратой времени на выполнение оптимизационного расчета.
Личиьій_^шд_согіскдтюя
Научные и практические результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, разработаны и получены лично соискателем или При его основном участии.
Результаты работы доложены, обсуждены и получили положительные отзывы на:
Международном семинаре «Проблемы энергоресурсосбережепия -новые решения» (г. Минск, 1995 г.);
научно-технических конференциях профессорско-
преподавательского состава Белорусской государственной политехнической академии в 1996, 1999 годах.
Опувликоаапнпсть результатов'
Результаты диссертации опубликованы в одной статье п научно-техническом журнале, четырех тезисах докладов научно-технических конференций и одной депонированной статье. Общее количество опубликованных страниц - 52.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обшей характеристики работы, четырех глав, списка использованных источников и 7 приложений.
Полный объем диссертации составляет 157 сіраинц. Обьем, занимаемый 18 иллюстрациями, 24 таблицами. 7 приложениями и списком использованных источников из 108 наименовании, составляет 75 страниц.
