Введение к работе
Актуальность темы.
Высокий уровень приоритетности энергосбережения обусловлен рядом факторов. В условиях беспрецедентного спада производства за годы реформ в России добыча энергоресурсов и выработка электроэнергии сохранились на уровне 75% от 1990г. Это объясняется тем, что физическое потребление энергии в России продолжает оставаться достаточно высоким - 71% от уровня 1990г. Потребление наиболее качественных энергоносителей (газа и электроэнергии) в коммунально-бытовом секторе при этом не только не сократилось, но и несколько возросло. Все это привело к росту энергоемкости экономики России на 22%, которая оказалась в 2,5-3 раза выше, чем в промышленно развитых странах Америки и Европы. Свыше трети всех энергоресурсов в стране безвозвратно теряются или неэффективно расходуются.
В современных условиях перехода российской экономики к рыночным механизмам управления изменяются взаимоотношения между энергоснабжающими организациями и потребителями электроэнергии. Эти изменения выражаются не только в более жестком подходе к вопросам учета отпущенной энергии, обеспечения ее качества и надежности поставки, но и повышения качества функционирования электропитающих систем. Повышаются требования к достоверности и оперативности получения и обработки информации о состоянии и режимах работы этих сетей, а соответственно и к алгоритмам анализа и управления их режимами, что позволяет достигать рациональных структур электропитающих систем.
Этим и объясняется актуальность новых подходов к разработке вычислительных алгоритмов, обеспечивающих решение задач анализа режимной информации, расчета, снижения потерь энергии и управления режимами электропитающих систем этого класса с целью повышения качества их функционирования посредством выбора рациональной структуры.
Цель работы.
Целью настоящей работы является обоснование рациональной структуры электротехнологических комплексов электропитающих систем, разработка методики оценки прогнозирования для снижения потерь электроэнергии.
В соответствии с поставленной целью решены следующие задачи:
1. Систематизация и сравнительный анализ способов определения технических потерь электроэнергии современных электропитающих систем.
2. Анализ информационного обеспечения расчетов установившихся режимов электропитающих систем, и разработка новых подходов к расчетам с учетом их фактической обеспеченности средствами учета.
3. Проектирование банка данных и построение СУБД, которая служит информационной основой принятия решений при оптимизации структуры электропитающих сетей с целью повышения качества их функционирования.
4. Разработка методики расчета потерь электроэнергии в сети на основе генетических алгоритмов (искусственные нейронные сети) в условиях неполноты исходной информации.
5. Разработка математической модели формирования графиков нагрузки и графиков потерь мощности сети.
6. Классификация по видовым критериям множества подстанций ОАО «Мосэнерго» с целью выявления рационального положения мест точек учета электроэнергии.
7. Разработка и практическая реализация процедур формирования оптимальной структуры электропитающих сетей электротехнического комплекса.
Методы исследования.
В работе использовались положения теории систем, теории вероятности, теории случайных функций и методы математической статистики. Теоретические исследования сопровождались разработкой различных математических моделей, реализованных на ЭВМ и в виде программных средств. При выполнении работы использованы научные труды российских и зарубежных специалистов, материалы научно-технических конференций и семинаров.
Выводы и предложения основываются на анализе статистической отчетности сетевых организаций ОАО «Мосэнерго» (электрические Коломенские и Волоколамские сети): ситуационные планы, оперативные схемы, щитовые ведомости подстанций, графики нагрузок при различной конфигурации сетей (в частности, без учета транзитных перетоков мощности).
Научная новизна работы.
1. Доказана возможность использования неполной информации, полученной на основе существующих систем учета, для корректного моделирования нагрузок потребительских подстанций.
2. Разработан и реализован алгоритм оптимизации расчета параметров установившегося режима сети как минимиирующий небаланс активной мощности и напряжений узлов сети на основе применения аппарата нейронных сетей, стоящих обучающие выборке при современной степени оснащенности электрических сетей приборами учета.
3. Предложена декомпозиция методов расчета параметров режима для электропитающих систем с использованием топологии сети ВН и СН1 и безитерационный метод расчета режима для местных электрических сетей (МЭС) напряжением 6-10 кВ.
4. Разработана методика учета электроэнергии с классификацией объектов по видовым критериям, декомпозицией узлов нагрузок по режимным параметрам (статистическая отчетность или расчетная информация) на основе математического моделирования режима сети.
5. Проведена оптимизация режимов электропитающих сетей по различным критериям (минимизация потерь в различных условиях) для определения управляющих воздействий (положение коммутационных аппаратов, коэффициенты трансформации трансформаторов МЭС), обеспечивающая обоснование рациональной структуры электропитающей системы и модернизацию системы учета (оптимальное число и места установки датчиков) при существующих технических средствах учета для повышения качества функционирования электропитающих сетей.
Практическая ценность работы заключается в реализации разработанной математической модели и комплекса программ для расчета параметров режима сетей с любым количеством узлов и ветвей при оценке технической эффективности мероприятий, направленных на энергосбережение и повышения качества функционирования электропитающих систем с использованием восстановления недостающей информации методом нейросетевого моделирования.
Программные средства использованы для расчета режимов электропитающих систем для действующих и проектируемых электротехнических комплексов,где показана ограниченность применения стандартных программных средств расчета режима для современных сетевых компаний ввиду особенностей формирования сетей (наличие транзитных потоков мощности; несвязанных и несмежных участков сетей; сложнозамкнутые сети).
Реализация полученных результатов.
Комплекс программных средств, предназначенный для расчета параметров установившихся режимов, внедрен в учебный процесс кафедры «Электроснабжение» ГОУВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева» - используется в лабораторном практикуме ряда дисциплин кафедры. Методика оценки потерь принята в ООО «ПромЭнергоСбыт» (г.Новомосковск).
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались и получили положительную оценку на конференциях: VI научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов НИ РХТУ (Новомосковск, 2004г.); Международная научно-практическая Интернет-конференция «ЭЭПС-2005» (Казань, 2005г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (Томск, 2006г.); Двенадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006г.); Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием, посвященная 100-летию со дня рождения проф. А.А. Федорова (Москва, 2007г.); XXIX сессии Всероссийского семинара «Кибернетика энергетических систем». 14-15 ноября 2007г в ЮРГТУ (НПИ).
Публикации.
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в пяти печатных работах.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 132 страницах машинописного текста с 19 таблицами и 32 иллюстрациями. Список использованной литературы включает 118 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и 6 приложений. Приложения представлены на 43 страницах.
