Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие сведения о стране Алжир и её электроэнергетической системе 12
1.1. Постановка задачи 12
1.2. Обще сведения об Алжире 12
1.3. Энергетическая система страны
1.3.1. Основные тенденции развития системы электроэнергетики ... 17
1.3.2. Анализ электропотребления 17
1.4. Электрические сети страны 19
1.4.1. Экспорт и объединение электросетей Алжира и Европы 21
1.4.2. Развитие электроэнергетики Алжира до 2015 г 21
1.4.3. Факторы, влияющие на прогноз электропотребления 22
1.4.4. Возобновляемые энергоресурсы 25
1.5. Общая характеристика электрических сетей Алжира 25
1.5.1. Структура электрических сетей ВН / СН 25
1.5.2. Анализ электрической сети Алжира ВН / СН 26
1.5.3. Характеристика электрических сетей СН / НН. 30
1.5.4. Анализ типовых схем распределительных сетей СН/НН Алжира 32
1.6. Выводы 37
Глава 2. Исследование режимов работы распределительной электрической сети 30 кВ города Борж Бу Арреридж (Алжир) и разработка мероприятий по снижению в ней потерь активной мощности 38
2.1. Постановка задачи 38
2.2. Общая характеристика современных систем электрических городов
2.2.1. Источники питания (Внешняя сеть) 40
2.2.2. Питающая сеть 40
2.2.3. Городские подстанции 41
2.2.4. Распределительная сеть СН 41
2.2.5. Распределительная сетьНН 41
2.3. Представление основных элементов ЭС схемы города ББА при расчетах
установившихся режимов 45
2.3.1. Линии электропередачи 45
2.3.2. Силовые трансформаторы 46
2.3.3. Представление нагрузок при расчетах УР 48
2.3.4. Выбор балансирующего узла 49
2.4. Расчет установившихся режимов электрических сетей города 51
2.4.1 .Уравнения баланса токов (УБТ) 51
2.4.2. Учет коэффициентов трансформации в уравнениях баланса токов 53
2.4.3. Уравнения баланса мощностей (УБМ) : 55
2.4.4. Линеаризация уравнений баланса токов и баланса мощностей 2.5. Анализ аварийных режимов городской электрической сети 61
2.6. Мероприятия по снижению потерь активной мощности городских электрических сетей 30 кВ 2.6.1. Оптимизация режимов по реактивной мощности 66
2.6.2. Оптимизация мест размыкания сетей 70
2.7. Выводы 75
Глава 3. Методика многокритериальной оптимизации параметров ГРЭС при неопределенности исходной количественной информации
3.1. Оптимизация параметров распределительных электрических сетей как многокритериальная задача 77
3.2. Методика многокритериальной оптимизации параметров городских электрических сетей 0,4 — 30 кВ при неопределенной информации 78
3.2.1. Определения состава оптимизируемых параметров 79
3.2.2. Определения множества исходных условий (состояния природы) развития электрических сетей 0,4 — 30 кВ городов 81
3.2.3. Формирования состава множества частных критериев 82
3.2.4. Метод формирования скалярного функционала принятия решения в условиях неопределенности исходной информации 84
3.2.5. Использование платежной матрицы для определения оптимального решения 88
3.3. Математические модели частных критериев в задаче оптимизации параметров городских распределительных сетей 89
3.3.1.Топологическая модель систем электроснабжения города и ее характеристики 90
3.3.2. Математические модели параметра капиталовложений распределительных электросетей жилых районов города 93
3.3.3. Параметр потерь электроэнергии 95
3.3.4. Критерии нарушения территории города и учета количества трансформаторных подстанций 98
3.4. Прогнозирование максимальных нагрузок ЭС города 100
3.4.1. Определение возможных диапазонов неопределенных факторов 100
3.4.2: Обзор методов прогнозирования 103
3.4.3. Анализ максимальной нагрузки 107
3.5. Выводы 113
Глава 4. Анализ состояния и повышение надежности электрической сети городов (Алжир) 115
4.1. Анализ надежности городских электрических сетей .116
4.2. Оценка точности и достоверности показателей надежности 118
4.3. Критерии надежности восстанавливаемых систем 119
4.4. Классификация методов расчета надежности схем электрических сетей 123
4.5. Представление основных элементов РЭС схемы города ББА 125
4.5.1. Городские ТП30/0,4 кВ... 125
4.5.2. Линии электропередачи 126
4.5.3. Питающая подстанция города 126
4.6. Оценка надежности распределительной сети 127
Анализ риска системы 130
4.7. Математическая модель расчета показателей надежности на основе Марковских процессов 130
4.7.1. Математическая модель расчета показателей надежности системы однотрансформаторной подстанции 131
4.7.2. Математическая модель расчета показателей надежности системы двухтрансформаторной подстанции 135
4.7.3. Последовательное состояние элементов 145
4.7.4. Математическая модель расчета показателей надежности секции питающей линии обобщенного элемента ЭС 147
4.7.5. Оценка эффективности функционирования системы 152
4.8. Выводы 155
Заключение 157
Литература 159
- Основные тенденции развития системы электроэнергетики
- Источники питания (Внешняя сеть)
- Методика многокритериальной оптимизации параметров городских электрических сетей 0,4 — 30 кВ при неопределенной информации
- Критерии надежности восстанавливаемых систем
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Для большинства
развивающихся стран, в том числе для республики Алжир, характерным для электроэнергетики является наличие электрических сетей (ЭС), в которых используется изношенное оборудование и устаревшие схемы, оставшиеся в стране после- получения независимости. Типичным для постколониального периода республики Алжир является значительное увеличение городского населения, вследствие чего претерпели существенные, полустихийные изменения городских электрических сетей, подключение к которым новых городских объектов и целых районов производилось без соответствующего научно-технического обоснования.
В настоящее время развитию электрических сетей городов республики препятствуют старение оборудования, объективные трудности комплексного анализа и синтеза структуры и параметров сетей, недостаточный потенциал в развитии электротехнической отрасли, слабый уровень организационного обеспечения электрических сетей (ЭС), проблема их надежности и рационального сооружения.
Важным фактором, замедляющим развитие ЭС городов Алжира, является отсутствие в практике проектирования и эксплуатации городских сетей научно-обоснованных методик и рекомендаций по рациональному формированию их структуры и выбору параметров. Необходимо разработать методы, обеспечивающие оптимизацию структуры и параметров ЭС, а также методы оценок надежности этих сетей.
Все сказанное выше предопределяет актуальность данной работы и востребованность ее результатов в практической деятельности проектных структур и в перспективе развития электрических сетей городов республики Алжир.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование структуры, оптимизация параметров и повышение надежности электрических сетей городов Алжира (на примере г. Борж Бу Арреридж).
Для достижения указанной цели решаются следующие задачи:
1. Анализ состава, характеристик и тенденций развития
электроэнергетической системы республики Алжир.
2. Исследование режимов работы распределительной электрической
сети города Борж Бу Арреридж и разработка мероприятий по
снижению потерь мощности в ЭС городов Алжира.
3. Разработка концепции оптимизации параметров
распределительных электрических сетей и прогнозирования
максимальных нагрузок ЭС городов Алжира.
4. Исследование и анализ надежности ЭС города и разработка
математической модели и методики расчета показателей ее
надежности.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач применены следующие методы: методы расчета установившихся режимов (УР) электрических сетей с использованием системы уравнений узловых напряжений (УУН), метод Ньютона для решения нелинейных уравнений, метод перебора и теории графов, метод наименьших квадратов, методы математической статистики и теории вероятности.
Научная новизна
1. Предложена методика совершенствования структуры
распределительных сетей по критерию минимизации потерь активной
мощности.
2. Предложена модель прогнозирования максимальных нагрузок и
модели параметров ЭС, зависимых от поверхностной плотности
нагрузки и мощности трансформаторной подстанции для
рационального выполнения городских распределительных сетей.
3. Разработана математическая модель и методика расчета
показателей надежности городских электрических сетей на основе
теории Марковских процессов.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью выполненных расчетов на основе фундаментальных положений электротехники с использованием математических моделей и программ на ЭВМ, применяющихся при выполнении аналогичных исследований в других задачах.
Практическая ценность результатов
Проведены исследования режимов работы распределительной сети 30 кВ города и разработаны рекомендации для эффективного функционирования сети в послеаварийных режимах.
Предложены эффективные способы снижения потерь активной мощности в распределительной сети, основанные на определении точек потокораздела между питающими фидерами сети города, получаемых на основе предложенного алгоритма; и на компенсации реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов.
Предложено формирование состава оптимизируемых параметров, частных критериев для отражения закономерности выбора
рационального варианта выполнения городских распределительных сетей, актуальные для решения задач проектирования.
4. Предложена методика определения показателей надежности петлевых схем городских электрических сетей, позволяющая для существующих сетей получить расчетным путем количественную оценку их надежности, а при проектировании выполнить обоснованный выбор структурно-элементного варианта электрической схемы.
Реализация результатов работы
Материал диссертации используется в учебном процессе кафедры электрических систем ИГЭУ.
Результаты работы рекомендованы для реализации в проектной национальной организации по распределительным электрическим сетям города Борж Бу Арреридж (Алжир).
Основные положения, выносимые на защиту
1. Методика совершенствования структуры городских
электрических сетей республики Алжир.
Математические модели прогнозирования и параметров ЭС городов для рационализации городских распределительных сетей.
Метод оценки надежности городских электрических сетей с использованием Марковских моделей.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались:
на региональных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Энергия 2007» и «Энергия 2008» (г. Иваново, ИГЭУ, 2007,2008 гг.).
И-й и Ш-й молодёжных международных научных конференциях «Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 2007, 2008 гг.).
XIV-й и XV-й международных научно-технических конференциях «Бенардосовские чтения »(г. Иваново, ИГЭУ, 2007,2009 гг.),
XIV-й и XV-й международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов (г. Москва, МЭИ, 2008,2009 гг.),
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, библиографического списка из 102 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 174 страницы, в том числе рисунков - 61, таблиц в тексте - 17.
Основные тенденции развития системы электроэнергетики
Алжирская Народная Демократическая Республика (АНДР) — государство в северной Африке. На арабском языке звучит как аль-Джазаир (острова). Это название своим возникновением обязано небольшим островам близи столицы, портового города Алжира.
Алжир одна из наиболее крупных и развитых стран Африки, расположена на севере материка. Площадь территории её составляет 2381741 км2, с севера омывается Средиземным морем (протяженность 1200 км), на востоке граничит с Тунисом (граница составляет 965 км) и Ливией (982 км), на юге с Мали (1376 км) и Нигером (956 км), на западе с Марокко (1559 км), Западной Сахарой (42 км) и Мавританией (463 км).
Территория страны занимает центральную часть горной системы Атлас и север пустыни Сахара. Рельеф северного Алжира представлен двумя основными хребтами - береговым (или Телль-Атласом) и Сахарским Атласом, а также межгорными равнинами. Высшая точка - гора Тахат (3003 м) в горной массиве Ахагтар. Около 4/5 территории страны занимает пустыня Сахара, в которой имеются каменистые участки. — Гамада и песчаные - Эрг. Речная сеть развита слабо, в Алжире всего несколько рек имеют постоянный сток, остальные питаются за счет осадков. Источниками, водоснабжения служат колодцы, во многих местах используются подземные воды и загражденные воды. Растительный, мир Алжира довольно беден, площадь пашни составляет 4%, территория, пастбищ представляет 13%, а площадь лесов всего 2%. Сохранились лишь отдельные участки лесов на севере (дуб, олива, сосна, туя). В пустыне Сахара растительность, кроме малочисленных оазисов, практически отсутствует. Животный мир также не отличается большим разнообразием, в последние двадцатилетия почти полностью исчезли львы, леопарды, газели, страусы.
Климат Алжира в северной части субтропический. Здесь средняя годовая температура составляет +16 С, количество осадков до 1200 мм. Центральная и южная части страны с тропическим климатом заняты пустыней Сахара, где среднесуточные колебания температуры достигают +30 С, а осадков выпадает менее 50 мм в год. Часто бывают пыльные бури и дуют сухие ветры из пустынных районов.
Алжир принадлежит к странам Магриба «Арабского Запада», страна разделена на 4 основных физических региона. Крупнейшие города: столица Алжир находится в среднем регионе, Оран представляет западный регион, Константина — столица восточного региона. Четвертый регион занимает алжирская сахара. Имеются 48 вилайи (вилайя — это административная единица Алжира), государственный язык — арабский, широко распространен французский язык, 99% населения исповедуют мусульманскую религию — ислам. Численность населения по переписи 2003 г. достигла уже 32,82 млн человек, что определило величину средней плотности населения 13,8 чел/км2, уровень рождаемости составлял 21,94%, а уровень смертности 5,09%, около 63% населения - от 15 до 64 года, 32,8% - младше 15-ти лет, средняя продолжительность жизни - 69,14 лет у мужчин и 72,01 лет у женщин. Рост населения ежегодно 1,53%, более 80% населения сосредоточено на севере страны, городское население 60% и менее 7 миллионов человек проживают в пустыне Сахара, уровень грамотности 70%. В стране отмечается высокая безработица — 22%, а также большинство населения находится на грани бедности.
Историческая справка
Первое государственное образование на территории современного Алжира появилось около 1100 года до н.э. где проживали древнеливийские племена, на побережье — финикийские колонии. В III — II вв. до н.э. — образовалось первое королевство — Нумидия, в I веке до н.э. покорена Римом и в 47 до н.э. превращена в римскую провинцию. В VII веке — вторжение арабов. Арабский халифат. Исламинизания, а в последующем и арабизация страны. В 1518 г., опасаясь колониальной экспансии испанцев, захвативших прибрежные города, местные правители обращаются за помощью к туркам. Алжир в его современных границах становится провинцией Османской империи, разделенной на 3 бейлика (региона), в 1711 г. - достигнута фактическая независимости от Турции, в 1830 г. началась французская колонизация. Вооруженная борьба длилась чуть ли не до конца XIX века, а в 1848 г. Алжир объявлен территорией Франции, разделен на департаменты во главе с префектами и возглавляется французским генерал-губернатором. 1 ноября 1954 г. Фронт Национального Освобождения (ФНО) начинает войну за независимость, приведшую к многомиллионным жертвам. 5 июля 1962 года Алжир получил независимость.
Основные отрасли промышленности страны — нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая, пищевая и другие базируются на её энергетическом потенциале, страна обладает значительными минеральными и другими ресурсами, в том числе богата нефтью и природным газом. В настоящее время большое значение для развития национальной энергетической системы приобретает все увеличивающаяся добыча газа. Алжир занимает 4-е место по экспорту природного газа. В среднем страна экспортирует 63,6 млрд/м газа в год. Около 97% — в страны Европе (Испания, Италия и Франция — три плавных клиента), обладает резервом 4580 млрд/м3.
Наличие богатых природных энергоресурсов создало хорошую основу для дальнейшего развития электроэнергетического хозяйства страны. Особое внимание уделяется интенсификации промышленности на базе опережающего развития электроэнергетики. Рассмотрим перспективы развития электроэнергетической системы.
В Алжирском производстве электроэнергии главным образом используется природный газ. Соответственно данным производительного парка национальной организации электросетей и газа (SONELGAZ) от 05.11.2008: производительный парк суммирует установленную мощность 8406 МВт в 2007 году, эта мощность подразделяется на 2 электроэнергетические системы: 7225 МВт для северной части электроэнергетической системы. 1181 МВт для южной части электроэнергетической системы. Установленная мощность распределена по производству (рис. 1-1) таким образом: Фильера паровых турбин: 2740 МВт, составляется 20 генераторных агрегатов единой мощностью от 50 МВт до 196 МВт. Фильера газотурбин: 3152 МВт, составляется 84 генераторных агрегатов единой мощностью от 20 МВт до 210 МВт. Фильера гидротурбин: 278 МВт, составляется 34 генераторных агрегатов единой мощностью от 1 МВт до 5 МВт для низкого падения, а от 12 МВт до 50 МВт для высокого падения. Фильера дизельных турбин: 175 МВт, составляется 183 генераторных агрегатов единой мощностью от 0,35 МВт до 3 МВт, генераторы этой фильеры установлены на юге страны, обеспечивают питание отдельных сетей. В 2007 г. 96% населения страны пользовалось электроэнергией, больше чем 4 миллиона подключенных абонентов к сети SONELGAZa. На рис. 1-2 показано изменение установленной мощности электрических станций страны с 1998 по 2007 гг.
Источники питания (Внешняя сеть)
Расчетная схема замещения трансформатора, используемая в расчетах УР на ПК, определяется с учетом его номинальной мощности, числа обмоток, особенностей регулирования напряжения, конструкции и т.п. Двухобмоточные трансформаторы представляются схемой замещения, показанной на рис. 2-5, б. Активные и реактивные сопротивления трансформаторов могут быть определены расчетным путем [23, 24] или по данным [76].
Алгоритм расчетах УР выполнен таким образом, что ПК автоматически приводит сопротивления обмоток трансформаторов к той ступени номинального напряжения, номер узла которой указывается в исходных данных трансформатора первым. Например, если в массиве исходных, данных для ветвей сети в схеме замещения трансформатора (рис. 2-5, в) первым будет указан узел 1, соответствующий первичной обмотке трансформатора, то сопротивления будут приводиться в ходе расчета к ступени напряжения UHi- При этом значение коэффициента трансформации должно определяется по выражению Кт21=и fiSsAV (2 2) "{ 100 J где UHI, UH2 - номинальные напряжения обмоток трансформатора; Л/ч% — ступень регулирования первичной обмотки (с РПН или ПБВ); rij — номер включенного ответвления регулировочной обмотки.
Тогда величина напряжения \J2 (рис. 5,6) рассчитывается в этом случае в соответствии с алгоритмом по выражению U2=U 2-KI2l, (2.3) где ІІ2 — фактическое значение напряжения в узле 2 схемы замещения; 1/г — напряжение СІ2, приведенное к первичной ступени трансформации. K-rei j идеальный трансформатор (ИТ), отображающий этот коэффициент, расположен в схеме замещения за сопротивлением трансформатора (между фиктивным узлом 2 и узлом 2, рис. 5,6), такое представление трансформатора в расчетах УР не позволяет определять изменение потерь мощности в сопротивлениях трансформатора при изменении его коэффициента трансформации, т.к. напряжение U2 не зависит от величины К-ггь Для того чтобы определить изменение потерь мощности в обмотках, необходимо трансформатор представить схемой (рис. 5, в), в которой сопротивления приведены ко вторичной стороне, а коэффициент трансформации кгп = 1.
Для этой схемы в исходных данных первым будет указан узел 2, а идеальный трансформатор будет расположен до сопротивлений (рис. 2-5, в).
В этом случае соотношение между величинами напряжений Ui и U2 можно представить в виде
При расчетах УР на, ПК можно применять схему замещения трансформаторов с приведением сопротивлений к любым ступеням напряжений (первичной, вторичной, третичной и т.д., а также — к «своим» ступеням напряжений), при этом результаты расчета УР не изменяется.
Выбор варианта приведения определяется конкретными целями расчета УР и особенностями схемы сети.
Расчеты УР по программе «Энергия», как и по большинству промышленных программ подобного назначения, выполняются при условии обеспечения баланса активных и реактивных мощностей практически при любых по величине нагрузках потребителей [32]. Это означает, что в любом из рассматриваемых режимов поддерживается стандартная частота 50 Гц, а возникающие в результате расчета УР небалансы активных и реактивных мощностей РБУ , ОБУ воспринимаются «универсальным» узлом сети, режим которого по мощностям не задан и который может генерировать или потреблять эти мощности без мощности без каких-либо ограничений.
Оборудования), ЄСЛИ Рву 0, Qjjy 0. В целях обеспечения лучших условий сходимости итерационного процесса желательно, чтобы балансирующий узел имел хорошие электрические связи с остальной частью системы, т.е. был связан с ней несколькими ветвями, имеющими сравнительно небольшие активные и реактивные сопротивления.
При расчетах УР наравне с режимными параметрами сети определяются параметры балансирующего узла РБУ , QBy , характеризующие баланс сети по активной и реактивной мощностям. Эти параметры используются при расчетах УР ЭЭС, с которой связан балансирующий узел (ЭЭС Б на рис. 2-6). При этом балансирующий узел может принадлежать ЭЭС А, УР которой рассчитывается, как и ЭЭС Б. При расчетах УР реальных электрических сетей в качестве балансирующего узла необходимо принять узел в схеме сети, который в действительности обеспечивает баланс мощностей в расчетах режимов. В электрической сети может быть несколько балансирующих узлов, каждый их которых задается величиной и фазой вектора напряжения иьу.
Для расчета установившегося режима электрической сети используется метод Ньютона [87]. Метод представляет собой обобщение на многомерный случай метода касательных, универсален и пригоден для решения обширного класса нелинейных уравнений. Идея метода Ньютона состоит в последовательной замене на каждой итерации нелинейной системы уравнений линейной, их решение дает значения неизвестных, более близкие к решению нелинейной системы, чем исходное приближение [32, 50, 71].
Для линеаризации используется разложение нелинейных функций в ряд Тейлора с использованием только линейных членов разложения. [73]
Можно выделить следующие основные этапы реализации метода Ньютона при расчете установившегося режима [1].
1. Получение матрицы узловых проводимостей. При этом используется исходные данные узлов и ветвей. В матрице узловых проводимостей отражается схема электрической сети, продольные и поперечные- связи, параметры ее элементов, в том числе и значения коэффициентов трансформации.
2. Задание начальных приближений напряжений узлов (искомых переменных). На первой итерации в качестве начальных приближений обычно используются номинальные напряжения узлов электрической сети и фазовые углы, равные нулю, т.е. «нулевые » начальные приближения.
3. Определение величины небалансов мощностей. При этом следует учитывать, что величина, небаланса реактивной мощности для узлов с заданным модулем напряжения является, той самой расчетной генерируемой в- узле мощностью, которая необходима для поддержания заданного модуля напряжения.
Методика многокритериальной оптимизации параметров городских электрических сетей 0,4 — 30 кВ при неопределенной информации
В задачи, которая будет далее рассмотрена понятие состояния природы включается специальный набор неопределенных факторов.
Большинство оптимизационных электроэнергетических задач приходится решать в условиях неполной информации. Как правило, неопределенность информации порождается двумя основными причинами. Первая из них связана с тем, что последствия выбора решения в оптимизационных задачах энергетики в большинстве случаев невозможно оценить однозначно с помощью одного показателя (критерия). Действительно, эти последствия сами по себе качественно различные, кроме того, они всегда связаны с затратами качественно различных ресурсов — финансовых, материальных и трудовых, отражаемых различными критериями, входящими в комплексный функционал оценки (3.1). Неизбежность оценки - решений на основе нескольких критериев обычно связывают с неопределенностью предпочтений лица, принимающего решения (ЛПР), и с возможностями вариантности указанных предпочтений. Последствие может приводить к изменением конечных оценок оптимальных решений в зависимости от данной вариантности. В технических задачах в роли ЛПР обычно выступает группа квалифицированных специалистов. Неопределенность предпочтений ЛПР в общем случае расширяет область многокритериальности оптимизационных задач, необходимость оценки решений по векторному критерию.
Вторая основная причина неопределенности исходной информации вытекает из самой, сущности сложных систем, к которым относится энергетика, и заключается в объективно существующей неполноте наших знаний о будущих, состояниях систем. Так, в работе дается достаточная характеристика информации с точки зрения ее природы существования, которая может иметь,следующие виды: а) детерминированный, б) вероятностный, в) частично-неопределенный, г) неопределенный.
Как известно, детерминированная информация однозначно характеризуется и может быть представлена в виде конкретной величины на соответствующей оси координат. Вероятностная (статистическая) информация характеризуется заданием функции распределения или другими вероятностными характеристиками (математическое ожидание, дисперсия...). Частично-неопределенная информация имеет только некоторые сведения о законе распределения, однако недостаточные для однозначного суждения, и задается в виде серий функций распределения диапазонами значений частных характеристик распределения. Неопределенная информация представляется в виде некоторого диапазона возможных значений, без указания каких либо значений числовых характеристик распределения внутри него.
Весьма рельефно указанная неоднозначность проявляется при решении задач выбора оптимальных параметров городских распределительных электрических сетей. Применительно к рассматриваемым задачам оптимизации параметров городских распределительных сетей будем учитывать неопределенность следующих характеристик: 1. Поверхностные плотности электрической нагрузки жилых районов городов на расчетный проектный период а, мВт/км. 2. Стоимость оборудования и сооружения сетей НН, СН, ТП. 3. Вероятность аварийных отказов линий СН, НН. 4. Характеристики, графиков нагрузки в форме времени использования наибольшей нагрузки (Т„б), ч/год. 3.23. Формирование состава множества частных критериев При подходе к решению задач оптимизации, как многокритериальной основным моментом является формирование состава критериев, которые отражают цели исследования. Общие требования, которым должен удовлетворять набор критериев при решении любой проблемы выбора, заключается в следующем: - система критериев должна количественно оценивать все поставленные цели, т.е. быть полной; - система критериев должна обеспечивать принятие единственного решения; - система критериев не должна содержать дублирующих оценок одних и тех же влияющих факторов; - она должна включать по возможности минимальное число критериев, отражающих лишь важнейшие аспекты решаемой задачи.
Применительно к системам электроснабжения городов в качестве такого состава целей рассматриваются: экономическая эффективность; обеспечение требуемой надежности электроснабжения; обеспечение качественной электроэнергии по напряжению, а так же охрана окружающей среды.
В задачах электроснабжения городов необходимо также учитывать специфические требования и ограничения, связанные с требованиями градостроительства, планировки территории города, а также современного городского технического хозяйства. Влияние этих факторов, в дальнейшем учитывается в соответствующих стоимостных показателях. В составе проводимого в данной работе анализа многокритериальный функционал формируется в следующем составе. Первый критерий - капиталовложения на сооружение распределительных сетей СН и НН и на сооружение ТП 30/0,4 кВ. Второй критерий - потери электроэнергии в исследуемых сетях (ДЭ, кВт-ч/год). Третий критерий — показатель надежности электроснабжения, которым является недоопуск электроэнергии, от перерывов электроснабжения потребителей при аварийных отключения элементов (AW, кВт-ч/год).
В качестве специфических критериев для территории города должны учитываться отчуждения площадок под сетевые сооружения (подстанции, разъединительные пункты) и временные раскопки трасс для прокладки и ремонтов кабельных линий. Поэтому в состав многокритериальной оценки в данном исследовании вводится количественный показатель необходимого количества ТП в рассматриваемых районах (Nrn) и критерии нарушения территории города (ТР, км), связанные с прокладкой кабельных линий.
Метод формирования скалярного функционала принятия решения в условиях неопределенности исходной информации
В результате формирования нескольких критериев оптимизации возникает проблема однозначного выбора решения, на основе какого из критериев будет выбираться оптимальное решение, если при сравнении вариантов по всем показателям один из них оказывается предпочтительнее другого. Отсюда возникает возможность получения единого скалярного критерия, с помощью которого можно было бы оценить возможные решения и выбрать одно из них.
Для решения задач приведения множества векторных частных критериев к скалярным критериям рассматривается принцип справедливого компромисса, или уступки, в случае, например, двух стратегии или решений, когда оба решения принадлежат области компромисса, т.е. увеличение одного из частных критериев может быть достигнуто лишь за счет уменьшения других. Тогда можно считать такой компромисс, при котором абсолютная величина уменьшения (увеличения) нормированного значения одного критерия не превышает суммарного значения увеличения (уменьшения) других. Наилучшему решению соответствует максимизация суммы нормированных значений частных критериев, т.е. максимизация минимизации аддитивного функционала где f - нормализованный векторный критерий, q=l,2,...n.
Определение cij зависит от результатов оценок частных критериев экспертами, учитывающие конкретные условия той или иной страны, системы электроснабжения и т.п.
Последовательность и сложность решения задачи выбора существенно зависят от характера информации, являющей исходной в рассматриваемой задаче. Принятие решений в условиях неопределенности основано на понятии информационной ситуации. Предложено различать семь информационных ситуаций.
В первый информационной ситуации известны вероятности всех состояний исходной информации, т.е. она имеет вероятностный вид. Например, в задачах выбора наилучшего варианта развития системы электроснабжения это означает, что при оценке каждого из вариантов считается известной вероятность того или иного закона изменения нагрузки в течение расчетного периода, причем совокупность всех рассматриваемых ситуаций составляет полную систему событий.
Во второй информационной ситуации считается известным вид распределений вероятностей неопределенного фактора, однако параметры этого распределения точно неизвестны.
Критерии надежности восстанавливаемых систем
Воздушными и кабельными линиями являются линии электропередачи РЭСГ, протяженность которых 72,58 км, 87,5% протяженности составляет кабельные линии (ЮГ). Протяженность участков линий между ТП составляет в среднем 0,4 — 0,6 км. ТП питаются от 4-х фидеров, протяженность которых достигает до 2,25 км. Со стороны каждого участка линий находятся 2 разъединителя 30 кВ. В сети города существуют 7 участков отключенных линий, которые размыкают сеть в нормальном режиме. Показатели надежности элементов ЛЭП приведены в табл. 4-1 4.53. Питающая подстанция города
РЭС города питается одной питающей подстанцией, где установлены 2 автотрансформатора напряжением 220/60/30 кВ, мощность каждого трансформатора 40 МВ-А (рис.4.2). Питающая подстанция обеспечивает питание города, промышленной зоны и других потребителей области.
Обычно при выборе схем распределительных сетей, включающих линии электропередачи, подстанции, распределительные устройства, на основании опыта проектирования и эксплуатации, а также общих инженерных соображений намечается ряд вариантов, сопоставляемых затем по экономическим показателям. Все сопоставляемые варианты должны удовлетворять требованиям Правил Устройства Электроустановок (ПУЭ) как в отношении качества доставляемой потребителям электроэнергии, так и по степени надежности электроснабжения [63].
Расчет показателей надежности по структурной схеме проводится путем ряда преобразований последовательно или параллельно включенных блоков. Для п последовательно включенных блоков показатели надежности эквивалентного блока приближенно определяются по формулам следующим [63]:
Для двух параллельно включенных элементов 1 и 2 эквивалентный блок характеризуется только показателями надежностями, так как одновременные плановые простои элементов предполагаются недопустимыми. Показатели надежности эквивалентного блока определяются по формулам [63, 68]:
Анализ риска системы. Отказ технической системы неизбежно ведет к потерям. Риском называется возможность потерь внутренних аномалий в системе или аномалий среды. Он является одним из важнейших показателей безотказности. Риск, возникающий в результате отказов техники, называется техногенным. Значение фактических потерь представляет собой случайную величину, которая может принимать два значения: 0 или г с вероятностями р и q соответственно [64]. Тогда произведение
Основными составляющими предлагаемой методики расчета вероятностей qi(t) и других критериев надежности являются: разбивка системы на подмножество модулей, соответствующих отдельным категориям потребителей и различающихся способом резервирования; применение метода декомпозиции структуры для преобразования схемы по надежности к последовательно-параллельному соединению.
Хорошей математической моделью, описывающей случайный процесс переходов из рабочего состояния в аварийное и позволяющей представить работу элементов во времени, может явиться такая модель, которая отражает процессы Маркова (или поток без последействия). Реальные процессы возникновения потока аварий и восстановления элементов являются процессами Маркова, поскольку система переходит от одного состояния к другому, такие процессы могут быть описаны уравнениями Маркова, которые позволяют определять надежность аналитически. Данный метод построен на использовании теорем теории вероятностей и использованием структурно-функционального представления системы в виде графа состояний и переходив, метод является аналитическим.
