Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ 10
1.1. Методы оценки надежности электрических систем 11
1.2. Существующие метода исследования процессов развития аварий . .17
1.3. Анализ каскадных аварий в электрических системах 28
1.4. Особенности выполнения в электрических системах устройств релейной защиты и автоматики, реагирующих на перегрузки 36
1.5. Вероятностно-статистэческие модели электрических нагрузок и определение их интегральных характеристик в элементах электрических систем 39
1.6. Методы расчетов характеристик выбросов электрической нагрузки 45
1.7. Постановка задачи исследований 50
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТНО- СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАГРУЗОК В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ 52
2.1. Вероятностно-статистическая модель электрической нагрузки и определение ее характеристик по экспериментальным данным 54
2.2. Результаты исследования электрических нагрузок элементов электрических систем 63
2.3. Статистическое исследование изменения вероят -ностных характеристик модели электрической нагрузки при изменении ее интервала квантования 69
2.4. Выводы и рекомендации по материалам второй главы . 83
3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОРРЕЛЯЦИИ ФУНКЦИЙ И ХАРАКТЕРИСТИК ВЫБРОСОВ НАГРУЗОК ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ 84
3.1. Метод расчета корреляционных функций нагрузок элементов электрических систем 85
3.2. Оценивание характеристик выбросов нестационарных случайных процессов электрических нагрузок 92
3.3. Приближенные методы расчетов характеристик выбросов электрических нагрузок 100
3.4. Выводы и рекомендации по материалам третьей главы 112
4. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ, ОСНОВАННАЯ НА
УЧЕТЕ ВЕРОЯТНОСТНОГО ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И ОГРАНИЧЕНИЙ РЕЖИМОВ 113
4.1. Метод построения вероятностной имитационной модели развития аварий 115
4.2. Оценка вероятности срабатывания устройств защиты и автоматики, реагирующих на перегрузки 127
4.3. Методика определения вероятностных характеристик модели развития аварии 138
4.4. Выбор местоположения и оптимальной мощности подключенной к САОН нагрузки для снижения вероятности глубокого развития аварий в электрической системе 144
Выводы и рекомендации по материалам четвертой главы 176
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 178
ЛИТЕРАТУРА 180
Приложение I. Исследование электрических нагрузок элементов электрических систем 195
Приложение 2. Расчет коррелщионных функций нагрузок ветвей сети 255
Приложение 3. Расчеты характеристик выбросов нестационарных процессов электрических нагрузок 264
Приложение 4. Акты внедрения 270
- Методы оценки надежности электрических систем
- Вероятностно-статистическая модель электрической нагрузки и определение ее характеристик по экспериментальным данным
- Метод расчета корреляционных функций нагрузок элементов электрических систем
- Метод построения вероятностной имитационной модели развития аварий
class1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ class1
Методы оценки надежности электрических систем
Характерной особенностью анализа надежности электрических систем является наличие большого количества элементов, входящих в эту систему. Для удобства анализа реальная схема преобразуется в структурную [96-98, 129-133, 136-139] , т.е. представляется условным графическим изображением элементов схемы и связей между ними в виде частично ориентированного графа. Каждому элементу структурной схемы (вершине или ребру графа) присваиваются вероятностные характеристики показателей надежности, соответствующие тем же элементам реальной схемы. Такое преобразование позволяет отделить объект исследования от всего вторичного, рассмотреть лишь его наиболее характерные признаки.
Структурная схема может быть записана в виде структуры смежности, либо в виде матрицы непосредственных путей, либо в виде списка ребер [76,77] . Все эти представления достаточно однозначны и инвариантны.
По составленной структурной схеме определяется надежность исследуемых узлов нагрузки. Эта операция может быть выполнена различными способами. В настоящее время разработаны и используются следующие методы расчетов надежности .
1. Методы структурного анализа [8,33,41,76,77,96-98,109, I22,I29-I33,I36,I38,I44,I45,I50] .
2. Метод анализа состояний системы [21,51,62,75,83,87,142, 147] .
3. Метод статистического моделирования [l7,146,148] .
4. Схема гибели и размножения [29,49,123] .
5. Табличный способ [30,32] .
6. Метод с использованием функций алгебры логики (А1) [46,47,89,90] .
Одним из наиболее разработанных и перспективных является метод структурного анализа. Расчет надежности с его использованием можно условно разделить на два этапа.
На первом этапе выделяются все минимальные сечения до заданного Г1 -го порядка включительно относительно рассматриваемого узла. Под минимальным сечением И, -го порядка понимается такая совокупность из ҐІ элементов, при исключении которых из схемы питание исследуемого узла становится невозможным. По существу это означает, что реальный граф электрической сети заменяется эквивалентным параллельно-последовательным (сечение), или последовательно-параллельным (пути), определить показатели надежности которого достаточно просто. В практических расчетах , как правило, необходимо определять только одно-, двух- и реже трехэлементные сечения [129] .
На втором этапе по известным минимальным сечениям и параметрам отказов элементов, входящих в эти сечения, рассчитываются собственно характеристики надежности рассматриваемого узла [41,96-98, 129-133, 136,138,144] . Алгоритм расчета характеристик надежности по известным минимальным сечениям достаточно хорошо разработан и реализован на ЭЦШ, время расчета невелико (даже для весьма сложных схем это время составляет минуты).
Вероятностно-статистическая модель электрической нагрузки и определение ее характеристик по экспериментальным данным
Основной задачей, как уже указывалось, являлось математическое описание процесса изменения нагрузки на длительных интервалах времени, т.е. формирование вероятностной (т.к. процесс изменения нагрузки имеет вероятностный характер) математической модели электрической нагрузки. Используемая математическая модель должна отвечать следующим требованиям.
1. Достоверность. Отражать с необходимой точностью все основные существенные характеристики реального процесса.
2. Простота. Использовать математический аппарат достаточно простой для возможности применения в практических расчетах.
3. Универсальность. Возможность описания данной моделью различных по составу и величине электрических нагрузок на различных интервалах времени.
4. Доступность. Максимальная простота определения характеристик модели по статистическим данным и необходимость возможно меньшего количества таких данных.
Исходя из учета изложенных выше требований, в качестве модели нагрузки рассматриваемых элементов системы была выбрана суперпозиция гармонического процесса Рг(і), случайного rQ(t) я постоянной составляющей соответственно амплитуда, частота, угол фазового сдвига t - й гармоники ; Pjt)- стационарный случайный процесс с нулевым математическим ожиданием, среднеквадратическим отклонением 60 и экспоненциальной корреляционной функцией (периодические изменения случайных процессов отражены в гармонической составляющей); Р - математическое ожидание нагрузки за рассматриваемый интервал времени (постоянная составляющая). Выделение из процесса нагрузки гармонических составляющих объясняется необходимостью отражения цикличности электропотребления (суточная, недельная, годовая периодичности).
Следует отметить, что принятая модель нагрузки является достаточно сложной, т.к. ее многопараметричность может служить серьезным препятствием в практических расчетах. Однако, как показывает опыт, упрощение модели не дает возможности исследовать внутренние характеристики случайных процессов на длительных интервалах времени.
Метод расчета корреляционных функций нагрузок элементов электрических систем
Если известны интегральные характеристики нагрузок узлов, то по обобщенным параметрам схемы [7,117-119, І25І (матрицы коэффициентов распределения С и собственных и взаимных проводимости !& ) могут быть определены интегральные характеристики нагрузок элементов схемы. Однако вычисление корреляционных функций ветвей схемы непосредственно по корреляционным функциям узлов вызывает определенные трудности. Пусть случайный процесс нагрузки в і -й ветви сложной схемы является линейной комбинацией (считаем, что схема замещения линейна) случайных процессов нагрузок узлов IUw (ДДя простоты принимаем отсутствие свободных э,д.с. ветвей)
Тогда корреляционная функция процесса - соответственно автокорреляционная функ-ция процесса нагрузки j - го узла и взаимная корреляционная функция нагрузок j - го и К -го узлов ; П - число узлов в схеме. Однако получить статистическую информацию о взаимных корреляционных функциях нагрузок узлов практически невозможно, поэтому, несмотря на простоту (3.2), оно не применяется в практических расчетах.
В [II7J предложен способ определения параметров корреляционных функций (экспоненциальных и экспоненциально-косинусных) в ветвях сложной ехемы посредством представления корреляционных функций нагрузок узлов их спектральной плотностью. Получены достаточно простые аналитические выражения в предположении неизменности характера корреляционной функции при линейных преобразованиях, независимости изменения случайных процессов нагрузок узлов во времени и их стационарности. Но, как показано во второй главе, при рассмотрении нагрузки на достаточно длительных интервалах времени (сутки, неделя, сезон, год) процессы изменения нагрузок различных узлов уже нельзя считать независимыми, т.к. периодичность их изменения в течение суток, недели, сезона, присущая большей части узлов системы, обуславливает наличие взаимных корреляционных связей. В этом случае спектральный анализ случайных процессов также позволяет решить поставленную задачу не вычисляя взаимные корреляционные функции. Как показано раньше, случайный процесс нагрузки І - го узла может быть представлен в виде аддитивного нестационарного случайного процесса.
class4 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ, ОСНОВАННАЯ НА
УЧЕТЕ ВЕРОЯТНОСТНОГО ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И ОГРАНИЧЕНИЙ РЕЖИМОВ class4
Метод построения вероятностной имитационной модели развития аварий
Вероятностная имитационная модель развития аварии должна отвечать следующим требованиям.
1. Правильно отображать динамику перехода системы из одного состояния в другое, учитывая возможность наличия нескольких переходов и путей развития аварии.
2. Позволять исследовать достаточно сложные реальные электрические системы с учетом возможностей существующей в настоящее время вычислительной техники.
3. Давать возможность определять наиболее опасные, с точки зрения возможности развития аварии, состояния системы с целью определения необходимых мероприятий, препятствующих процессу (выбор уставок защиты, установка и настройка автоматики, изменение конфигурации схемы и т.д.)»
Рассмотрим более подробно процесс возникновения и развития каскадных аварий в рассматриваемых реальных электрических системах. Они могут возникать как в период максимума нагрузок, когда загрузка большинства элементов системы близка к максимальной, так и в другое время, когда часть оборудования выводится из работы для профилактики и ремонта [40] . Развитию аварии обычно предшествует инициирующее возмущение. Им может быть [22,39,73,79,82, 86,93Д40Д4і] одновременное отключение нескольких (или одной) нагруженных линий вследствие плохих погодных условий или неправильной работы защиты; отключение значительной генерирующей мощности в одной из частей системы; короткое замыкание на одной из линий, переходящее вследствие отказа в срабатывании выключателя на шины подстанции и вызывающее возникновение так называемой инициирующей зоны [І2ІІ и т.д. На рис.4.1 показаны две возможные инициирующие зоны на примере фрагмента схемы электрической сети. При возникновении повреждения на любой из линий или смежных им элементов , входящих в инициирующую зоны и одновременном отказе в срабатывании линейного выключателя, или при повреждении секции шин, входящей в эту зону, отключаются все элементы, входящие в инициирующую зону. В любом случае вследствие взаимного резервирования элементов системы инициирующее воздействие приводит к значительному увеличению загрузки оставшихся в работе элементов. Нагрузка этих элементов может превысить максимально допустимое значение и тогда, если не будут своевременно приняты меры по их разгрузке (например, оперативные переключения, срабатывание САОН и т.п.), эти перегруженные элементы могут отключиться либо вследствие срабатывания защиты от перегрузки, либо в результате их повреждения (обрыв и падение проводов; их сильный провис , приводящий к короткому замыканию [39,7Э] и т.д.).
