Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Совершенствование конщпции имитационного моделирования систем электроснабжения
1.1. Современное состояние вопросов имитационного графоаналитического динамического моделирования топологических структур СЭС на основе табличного представления 10
1.2. Построение единого информационно-топологического пространства.. 11
1.3. Теоретико-множественный подход к ИМ в СЭС 14
1.4. Формирование виртуальных имитационных моделей для задач анализа электрических режимов СЭС 21
1.5. Методы построения табличных аналогов матричных операций при
расчете режимов СЭС 27
1.6. Метод условных потенциалов решения топологических задач в СЭС... 31
ГЛАВА 2. Анализ электрических режимов сэс на основе табличного представления
2.1. Табличные модификации методов анализа установившихся режимов СЭС 35
2.1.1. Табличная модификация метода Гаусса-Зейделя 35
2.1.2. Табличная модификация метода Ньютона-Рафсона 44
2.1.3. Табличная модификация градиентного метода 48
2.2. Алгоритмы расчета режимов СЭС табличными модификациями 55
2.3. Сравнительный анализ табличных модификаций методов анализа СЭС. 58
2.4. Построение виртуальной имитационной модели режима КЗ СЭС с помощью метода сопряжённых градиентов 59
2.5. Анализ численной устойчивости метода МСГ при анализе режимов КЗ СЭС 69
ГЛАВА 3. Расчет подрежимов коротких замыканий СЭС
3.1. Использование метода наложения в расчетах подрежимов КЗ 76
3.2. Разработка методики расчета подрежимов КЗ с неизменной матрицей узловых проводимостей 78
3.3. Методика расчета подрежимов КЗ при перемещении точки КЗ по ветви. 91
3.4. Методика замены режима КЗ в произвольной точке линии двумя режимами КЗ в узловых точках по концам линии (эквивалентирование) 95
3.5. Расчет токов КЗ при каскадном отключении ветвей схемы 98
3.6. Методика формирования и выбора коммутационных моделей СЭС для анализа подрежимов КЗ 101
3.7. Эквивалентирование в задачах анализа подрежимов КЗ 103
ГЛАВА 4. Восстановление параметров режима сэс по данным телеизмерений
4.1. Формирование виртуальной имитационной модели для задач оценивания параметров режима СЭС 106
4.2. Построение алгоритмов восстановления портрета режима СЭС по данным избыточных ТИ на основе таблично-топологического узлового метода.. 114
4.3. Оценка режимных параметров СЭС в условиях с различной степенью полноты исходной информации 118
4.4. Анализ правдоподобия и достоверности телеметрической информации по портрету режима СЭС 122
Заключение. Выводы по работе 133
Список литературы
- Современное состояние вопросов имитационного графоаналитического динамического моделирования топологических структур СЭС на основе табличного представления
- Табличные модификации методов анализа установившихся режимов СЭС
- Использование метода наложения в расчетах подрежимов КЗ
- Формирование виртуальной имитационной модели для задач оценивания параметров режима СЭС
Введение к работе
Актуальность темы. В процессе современного развития систем электроснабжения (СЭС) возникает необходимость в пересмотре традиционных подходов к решению ряда задач таких, как проектирование электрических схем энергообъектов и анализ их надежности, организация диспетчерского управления (отслеживание текущего состояния схемы) и эксплуатации, получение объективной информации об измеренных и расчетных параметрах режимов, расчет и анализ топологически близких режимов, подготовка персонала и проведение тренировок посредством тренажеров и аниматоров, диагностика оборудования. Для эффективного решения этих задач необходима гибкая схемная графика, при применении которой возникает специфичная ситуация, когда диспетчерские (ДС) и коммутационные (КС) схемы содержат до нескольких тысяч элементов, что значительно превышает топологические размеры традиционных расчетных схем.
Даже для современных вычислительных устройств решение режимных задач при этом усложняется. Хотя эти схемы содержат наиболее полную информацию, для анализа режимов все-таки необходимы расчетные схемы замещения, а его результаты должны возвращаться на ДС (КС). Кроме этого текущие изменения в реальной сети на расчетной схеме своевременно не отражаются.
Можно констатировать актуальность возникающих при этом проблем:
создание модели, которая наиболее полно отражает реальное состояние сети;
гибкий учет всех происходящих в ней изменений;
реализация ее преобразования в расчетную схему замещения и выполнение на ней расчета режима;
переход и отражение результатов анализа режима на исходную схему для их оперативного использования в процессах управления, в тренажерах и др.
Проведенный анализ показал возможность коррекции традиционных подходов к проблемам анализа, оценки и контроля состояния СЭС на основе совмест-
ного применения положений теории «распознавания образов» (ТРО) и виртуальной имитационной модели (ВИМ) на основе табличного представления, которые являются в этом направлении одними из наиболее эффективных методологических инструментов.
В диссертационной работе системный научный подход к этим задачам с учётом технических, методологических, организационных и информационных аспектов опирается на современные принципы ИМ СЭС. Важность решения задач совершенствования методов и средств управления состоянием СЭС неоднократно отмечалась на международных и отечественных семинарах, конференциях, форумах, посвященных проблемам эксплуатации ЭТКС, в правительственных и отраслевых решениях. Сказанное выше позволяет констатировать, что разработка и совершенствование методологии ИМ на базе ТРО и единого информационно-топологического пространства (ЕИТП) является важным элементом эксплуатации и существенным аспектом проектирования СЭС, что подтверждает актуальность проблемы и темы диссертации.
Диссертационная работа поддерживается грантом Ученого Совета СамГТУ № 5 от 2008 г.
Цель работы заключается в повышении эффективности и оперативности решения эксплуатационных задач управления СЭС в части анализа режимов, оценки, контроля состояния и реализации процессов тренажирования на основе совершенствования табличных методов.
Для реализации этой цели в настоящей работе решаются следующие задачи. Научные задачи
1. Научное обоснование развития возможностей тренажеров и имитаторов для СЭС на основе табличных методов (ТМ).
Разработка методов моделирования режимов и подрежимов СЭС большого топологического объема на основе применения табличных операторов, адекватных системам уравнений режимов СЭС.
Оценка состояния СЭС по данным телеизмерений (ТИ) и систем учета электроэнергии с учетом различий и наличия дефектов в составе ТИ с помощью ТМ.
Практические задачи
Практическая реализация методов анализа установившихся (УР), аварийных режимов и подрежимов КЗ в тренажерах и имитаторах СЭС.
Создание программного модуля для выполнения многовариантных расчетов режимов в тренажерах и оценки состояния СЭС.
Построение алгоритма и разработка программного модуля для определения параметров состояния СЭС по данным ТИ и систем учета электроэнергии с различной полнотой и достоверностью информации с помощью таблично топологических методов.
Основные методы научных исследований. Научные исследования в диссертационной работе основаны на ТРО, топологического анализа, множеств, многомерных пространств и направленных графов, теории ИМ и графоаналитического моделирования режимов для изменяющихся квазистационарных состояний СЭС и др. Оценка корректности моделирования проведена путем сравнения с результатами, полученными по данным эксплуатации СЭС, с помощью измерений, экспериментов и комплексных тестов работы моделей.
Основные положения, выносимые на защиту. 1. Научное обоснование и реализация взаимных переходов от реальной схемы к виртуальным имитационным моделям, построенным на основе их графических представлений.
Совершенствование систем управления и тренажирования режимами и подрежимами с помощью табличных модификаций методов анализа УР и аварийных режимов СЭС на базе метода наложения.
Инвариантная оценка состояния СЭС с поиском и устранением дефектов телеинформации.
Научная новизна работы определяется следующими результатами выполненных исследований.
Развитие систем тренажирования по технологическим режимам СЭС с помощью виртуальных имитационных моделей и теории распознавания образов в рамках единого информационно-топологического пространства.
Совершенствование методов моделирования режимов и подрежимов для оперативного управления эксплуатацией СЭС непосредственно по табличным структурам, являющимися их виртуальными отображениями.
Методика оперативного восстановления параметров режимов СЭС при наличии полной, избыточной и недостаточной информации по данным ТИ с досто-веризацией «портрета» этих режимов на основе отбраковки ошибочных данных в исходной и расчетной информации.
Практическая ценность работы определяется результатами следующих разработок.
Практическая реализация в режимных и коммутационных тренажерах и проверка работоспособности методов анализа УР, аварийных режимов и подрежимов КЗ СЭС различного объема.
Реализация программного комплекса для оценки параметров режимов СЭС по данным ТИ и систем учета электроэнергии с различной степенью полноты исходной информации.
Применение предложенных методов и программных средств в производственных, учебных и научно-исследовательских организациях.
Реализация в промышленности, проектной практике, учебном процессе и внедрение результатов.
Результаты представленной диссертационной работы реализованы в ряде проектов для предприятий СЭС. В частности, за 2006-2008 г.г. они внедрены в ряде структурных предприятий МРСК Волги (Чапаевском производственном отделении, Оренбургэнерго, Пензаэнерго, Самарском производственном отделении), Новокуйбышевском нефтеперерабатывающем заводе.
Материалы, изложенные в диссертационной работе и публикациях [1-12], выполненных автором лично и в соавторстве, используются в учебном процессе Самарского, Ульяновского государственных технических университетов, Толь-яттинского государственного университета, Самарского университета путей сообщения, а также в работе научно-производственной фирмы «МОДУС».
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, а также практических выводов и программных продуктов базируется на корректном применении математических методов топологии, теории графов и подтверждается адекватным поведением моделей по сравнению с процессами на реальных энергообъектах, а также результатами измерений и внедрения в составе ИАК "ПЕГАС" и программном комплексе «МОДУС».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 1-ой международной научно-технической конференции «Современные средства защиты электрических сетей предприятий нефти и газа от перенапряжений» (г. Самара, 2007 г.), на 2 молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2007 г.), на IV всероссийской научной конференции с международным участием «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2007 г.), на международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии (г. Липецк, 2007 г.), на 27 сессии Всероссийского научного семинара РАН «Кибернетика электрических систем» по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий" (г. Ново-
черкасск, 2007 г.), на всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург, 2007 г.), на ХШ всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (г. Томск, 2007 г.), на всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2007 г.), на 14-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2008 г.).
Кроме этого, материалы диссертации обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» ГО-УВПО Самарский государственный технический университет за период с 2007 по 2008 годы.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ (2 работы в журнале по списку ВАК).
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 144 страницы. Библиография включает 110 наименований.
Современное состояние вопросов имитационного графоаналитического динамического моделирования топологических структур СЭС на основе табличного представления
Системы электроснабжения (СЭС) являются сложными многокомпонентными технологическими комплексами, ориентированными на транспорт, распределение и потребление электрической энергии. Реализация этих основных функциональных назначений производится при проектировании и эксплуатации на основе упорядоченного и целенаправленного взаимодействия отдельных элементов и частей СЭС в рамках решения разнообразных производственных задач [1, 2, 3, 4, 5]. Их основными направлениями можно назвать следующие:
1. Паспортизация оборудования - сбор, обработка и накопление разнообразных паспортных данных, характеристик и других сведений об элементах, комплексах и других составляющих СЭС.
2. Составление строительных, рабочих, диспетчерских и других схем СЭС -топологических представлений об объединениях технологических элементов СЭС в комплексы, реализующие основные функциональные направления, названные выше.
3. Получение информации о технологических параметрах СЭС, учет и контроль электроэнергии с помощью измерений и различных видов расчетов и моделирования.
4. Оценка параметров режима на основе таблично-топологических методов и реализация мероприятий, позволяющих повысить достоверность и оперативность получения информации от системы учета электроэнергии, в частности, АСКУЭ, и каналов телемеханики для обеспечения надежной работы диспетчерского управления СЭС.
5. Своевременное и качественное отслеживание и устранение сбоев ошибок в измеряемой и анализируемой информации о режимах СЭС.
6. Подготовка, повышение квалификации, тестирование персонала и другие способы подъема технического уровня, эффективности принимаемых текущих и перспективных технологических решений в условиях оперативного управления СЭС - на базе совершенствования и использования разнообразных тренажеров [6].
Характерным для названных направлений является то, что они определены на общем технологическом и информационном пространстве и опираются на взаимосвязанные результаты технико-экономических задач.
С методической точки зрения наиболее удобным для реализации данной классификации и этих функций является аппарат ТРО, теории множеств, а для задач, связанных со схемными представлениями СЭС — графоаналитическое имитационное моделирование и табличные методы [7, 8, 9].
Основным в работе современного диспетчера СЭС и функциями тренажера является: наблюдение за состоянием объекта; диагностика и анализ различных ситуаций; планирование и выполнение действий по нормализации ситуации и принятие решений. Причем вся информация об операциях накапливается в соответствующих журналах и базах данных.
Развитие в решении этих задач в диссертации основано на имитационном моделировании (ИМ) и ТМ. Суть ИМ заключается в создании объектов, физических, информационных процессов, документов, аудио и видеоизображений и др., которые, отражая реальные объекты, приводят в соответствие им конкретное отображение или имитацию. ИМ представляет собой один из наиболее эффективных подходов в формировании методологии и принципов оценки состояния ЭТКС. Условиями обеспечения необходимой эффективно сти новых разработок в этой области является реализация основополагающего принципа ИМ - построения ЕИТП.
Идея ЕИТП в сочетании с применением широко распространенных в настоящее время в эксплуатации СЭС графических редакторов основана на концепции табличных методов ИМ. Эта концепция включает в себя методологию, информационное и алгоритмическое обеспечение решения широкого круга технологических задач качественного и количественного анализа оценки состояния и режимов СЭС, которые выполняются с помощью графоаналитического моделирования в информационно - аналитических и графиче-ских программных комплексах. Основным инструментом здесь служат табличные структуры в виде топологических списков, связанных с графическим отображением разнообразных по назначению и технологическому содержанию схем, моделирующих СЭС.
Отметим положительные свойства табличных списочных структур.
Исчерпывающее математическое описание стандартизованного представления графических схем соединений СЭС, с необходимой полнотой описывающее топологию схем замещения.
Однозначный переход от графического представления схемы к ее математическому списочному описанию.
Связь табличных списков с базами данных и паспортами оборудования, обеспечивающая, соответственно, каждый элемент топологического описания значениями необходимых параметров.
Отображение в неявном виде основных законов электротехники, используемых в качестве математической основы для расчетов режимов. Иначе говоря, таблицы соединений дают возможность получения решений уравнений состояния СЭС без их составления и подготовки. Они являются важнейшим положением и составной частью ИМ.
Табличные модификации методов анализа установившихся режимов СЭС
В этой главе предлагаются табличные модификации основных методов анализа и расчета УР и токов КЗ СЭС, в частности, с помощью метода сопряженных градиентов (МСГ). При использовании тренажеров в промышленных масштабах объем данных, которые необходимо моделировать и анализировать, очень большой. Так, например, при моделировании городской сети в КС число ТП и РП вместе с коммутационными аппаратами составляет несколько тысяч. Управление нормальными и аварийными режимами в этом случае ограничивается тем, оперативно-диспетчерский персонал (ОДП) не сможет использовать большинство собираемой информации из-за ее разнообразия, огромного количества и отсутствия ЕИТП, что делает бессмысленным само внедрение АСУ-систем. Фактически они выполняют только функции измерения и хранения данных. В работе показано, что результаты расчета УР для СЭС, имеющих несколько ступеней номинальных напряжений, могут быть получены с использованием итерационных процедур метода Гаусса-Зейделя, Ньютона-Рафсона и градиентного метода с помощью ТМ без формирования соответствующих уравнений [35].
Достоинством табличного описания, изложенного в первой главе, является то, что оно по своему принципу содержит только ненулевую информацию. Благодаря этому, достигается оперативность расчетов итерационными методами. Рассмотрим особенности реализации этих методов при табличном описании в расчетах УР СЭС [19, 20].
Сущность расчета УР по методу Гаусса-Зейделя состоит в использовании узловых уравнений, которые могут быть записаны в следующем виде:
Итерационный процесс по методу Гаусса-Зейделя заключается в последовательном уточнении значений узловых напряжений для всех независимых узлов схемы. Причем найденное приближение узлового напряжения сразу же используется для определения напряжений других узлов: и(;+,)=/Ди ), (2.1.6) где / — нелинейная функция, описывающая итерационный процесс метода.
Каждому типу исходных данных соответствует определенный алгоритм решения. Для нагрузочных (генераторных узлов), в которых заданы активная и реактивная мощности, расчет производится по формуле (2.1.5).
Для узлов, балансирующих по реактивной мощности, в которых заданы активная мощность и модуль напряжения U , на каждой (г + і)-й итерации определяется вырабатываемая реактивная мощность
Ор =U2P)3 А2рр +U1? Ъ2р -U2« -В1,, (2.1.7) а затем новое приближение узлового напряжения Up1 = Ul +1 + y U2 + по формуле (2.1.5). Поскольку задан модуль напряжения U , то величины Uv +l и U2p должны быть такими, чтобы удовлетворялось условие (Ulj + Hr0)2 .- (2-1.8) Поэтому, в случае выполнения условия после вычисления ui(;+1) и U2(;+l) их необходимо скорректировать: и 0+0 i2 р
Если вычисленное Qp Qp min или Qp Ор тах, то принимают соответственно QP = Qp min или Qp = Qp max и, напряжение в данной итерации не корректируется.
При вычислениях Qp всегда используются скорректированные значения напряжений. Поэтому, если в предыдущей итерации не было выполнено условие (2.1.9) и напряжение не корректировалось, то в данной итерации для вычисления Qp корректируются напряжение, найденное в предыдущей итерации.
Расчет УР по методу Гаусса-Зейделя считается законченным, если выполняются следующие условия [21]:
1) значение разности рассчитываемых напряжений в смежных итерациях меньше некоторой заданной величины (по действительной и мнимой частям): uip-uip 0) i0+0. є є; p = l,...,n-U (2.1.12) Г2(, +,) - U2(/) p P
2) небалансы мощности в каждом узле, определяемые по выражению ASp=APp+jAQp=V2p- AP-Vp- BP-Sp, (2.1.13) меньше некоторой заданной величины (как по Р, так и по Q): ; АР, АЄр Г; JP = 1 «-І- (2.1.14)
При выполнении первого условия (2.1.12) заканчивается итерационный расчет напряжений и производится расчет узловых небалансов мощности. Если проверка по небалансам (2.1.14) дает отрицательный результат, это означает, что погрешность по напряжению є завышена. Ее необходимо уменьшить и продолжить итерационный расчет напряжений, после окончания, которого снова проверяется выполнение условий (2.1.14). Так повторяется до тех пор, пока не будут выполнены оба условия (2.1.12) и (2.1.14).
Использование метода наложения в расчетах подрежимов КЗ
В технических расчетах выполняемых при анализе токов КЗ в СЭС, обычно принимается допущение о независимости параметров электрической сети (R; х; z; q; b; Y) от параметров режима (U, I, S). Поэтому эквивалентную схему сети, в этих случаях, можно считать линейной и использовать для исследований методы наложения и симметричных составляющих [34].
При определении токов КЗ в произвольной ветви расчетной схемы в ряде случаев целесообразно ток в этой ветви получить путем суммирования (наложения) токов разных режимов, каждый из которых определяется действием одной или нескольких э.д.с, когда все остальные э.д.с. принимаются равными нулю, а все элементы схемы остаются включенными [34]. Таким образом, согласно МН, действительный режим КЗ можно рассматривать как результат наложения собственно аварийного режима на предшествующий доаварий-ный. Условия КЗ, очевидно не изменятся, если представить, что в точке КЗ приложены две равные, но взаимно противоположные э.д.с. Величина их может быть произвольной; в частности её можно принять равной значению напряжения, которое было в этой точке до возникновения КЗ. Предшествующий режим обеспечивают все э.д.с. генераторов и дополнительно введенная в схему э.д.с. ± U" .
Одновременное действие этих э.д.с. обеспечивает предшествующий нагрузочный режим в данной сети. Такое напряжение э.д.с. справедливо для трехфазных КЗ.
Применительно к несимметричному к.з. э.д.с. ± U" должны быть приложены в точке К фиктивного КЗ отделенной на сопротивление от действительного места КЗ.
Э.Д.С. генераторов в сочетании с напряжением + U" в точке К обеспечивает условие предшествующего нагрузочного режима. Приложенное в точке
К напряжение - II" обеспечивает условие аварийного режима. Действительные токи и напряжения режима к.з. определяются исходя из следующего.
В схемах обратной и нулевой последовательностей токи и напряжения в месте КЗ и на других участках равны параметрам аварийного режима. В схеме прямой последовательности токи в месте КЗ равны аварийным токам, а напряжение в месте КЗ. И токи, и напряжение на других участках в этой схеме получаются суммированием параметров обоих режимов.
Применение МН может оказаться особенно эффективным для упрощения расчетов токов КЗ в случае, когда токи предшествующего нагрузочного режима примерно известны или хотя бы могут быть грубо оценены для элементов схемы, для которых требуется знание распределения токов прямой последовательности и полных фазных токов, а также когда требуется знание только величин, характеризующих собственно аварийный режим.
Поскольку напряжения на шинах отдельных подстанций в нагрузочном режиме, как правило, мало отличается от нормального напряжения, то в первом приближении оно может быть принято в качестве расчетного в упрощенных расчетах, когда действительные напряжения шин в предшествующем нагрузочном режиме неизвестны.
В качестве предельных случаев топологически близких режимов являются отключение существующих и подключение новых ветвей схемы, причем и те и другие могут иметь взаимные индуктивные связи с остальными ветвями.
В качестве математического описания режимов КЗ обычно используются уравнения узловых напряжений и контурных токов, составленные для независимых узлов и контуров [37]: VUy=Jy (3.2.1) Z,-K=tK (3.2.2) где Yy , ZK - комплексные матрицы узловых проводимостей и контурных сопротивлений; U , Ік - комплексные вектора-столбцы неизвестных узловых напряжений и контурных токов; Ёк jy - комплексные вектора контурных э.д.с. и узловых задающих токов, которые определяются параметрами режима, предшествующего КЗ.
Учитывая тот факт, что при анализе подрежимов изменяются основные матрицы систем уравнений (3.2.1) и (3.2.2) или их изображения в памяти ЭВМ в виде списков, разработана методика расчета подрежимов без изменения комплексных матриц ZK и Yy основного режима, фиксируя физические условия подрежимов в правых частях систем уравнений [36, 38].
При допущении независимости параметров эквивалентной схемы от параметров режима СЭС, уравнения (3.2.1) и (3.2.2) представляют собой системы линейных алгебраических уравнений. Их порядок определяется соответственно числами независимых узлов и контуров, которые для современных ЭС достигают значений 103-10 [92].
Характерной особенностью систем (3.2.1) и (3.2.2) является то, что комплексные несимметричные матрицы ZK и Y слабо заполнены, т. е. имеют большое число нулевых элементов [16, 98]. Для работы только с ненулевыми элементами и минимизации появления новых ненулевых элементов, используется, так называемое LUразложение, для симметричных вещественных матриц по Холецкому и несимметричных комплексных - по Гауссу [27, 39, 40].
Формирование виртуальной имитационной модели для задач оценивания параметров режима СЭС
На сегодняшний момент измерительные датчики и преобразователи, устройства сбора телеинформации, средства связи и пр. имеют большой физический износ и морально устарели. Кроме того, на подстанциях, вторичные цепи нередко работают с перегрузкой. Все это приводит к тому, что ОДП довольно часто не имеет всей необходимой информации о текущем режиме СЭС, или она неточна или недостоверна. В результате на ОДП значительно увеличивается аналитическая нагрузка, т.к. необходимо не только анализировать сам режим и, но также оценивать и учитывать возможную неточность имеющейся у него информации. При этом ОДП может принимать неверные решения, приводящие даже к аварийным ситуациям.
Поэтому задача оценивания состояния занимает особое место в комплексе оперативного диспетчерского управления СЭС: формируемая в результате ее решения модель УР создает основу для выполнения других расчетов. Наиболее часто модель режима используется для проведения имитационных расчетов, связанных с проверкой различных прогнозируемых ситуаций, для оптимизации режимов, контроля надежности [35, 45, 46, 47, 48]. Очевидно, что от качества оценивания во многом зависит эффективность решения других задач, использующих его результаты. В связи с этим возникают высокие требования к алгоритмам оценивания по надежности и точности.
Целью этой главы является разработка, реализация методик и алгоритмов восстановления параметров режима СЭС по данным телеизмерений (ТИ) на основе таблично-топологического узлового метода (ТТУМ), обеспечивающих максимальную привязку к существующим способам графического задания информации и реализованных в ЕИТП. Термин «восстановление» означает получение в результате построения портрета режима с использованием критериальных оценок соответствия параметров режима, отражающих действительные или близкие к действительным параметрам реальной сети.
Задача восстановления по сравнению с задачами анализа различных режимов, изложенных в предыдущих главах, имеет ряд особенностей [19, 49]: при оценке параметров, рассчитанных и измеренных, используется более широкий спектр оценок - критериев правдоподобия; состав исходных данных носит случайный характер. Набор этих данных может в значительной степени варьироваться; число измеренных параметров режима может быть больше или меньше 2п, где п — число узлов, в то время как в задаче потокораспределения оно всегда равно 2щ полученные результаты могут содержать не только параметры режима, но и сведения о точности их значений, позволяющие делать прогноз на заданный интервал упреждения [50]; в процессе восстановления возможно обнаружение и устранение ошибок и сбоев в исходных данных за счет достоверизации и балансирования.
В рамках оценки состояния необходимо решать ряд задач, таких как: обнаружение источников плохих данных, в том числе от неисправных приборов; расчёт УР по данным ТИ (по «снимку» системы), включая дорасчёт неизмеренных параметров; определять точность получаемых исходных данных, выделяя в них случайные и систематические погрешности; восполнение недостающей информации, поступающей от системы ТИ; повышение точности исходной информации и оценки за счёт использования избыточности и полноты данных и др. [51, 52, 53, 54].
Для успешного решения указанных задач восстановления необходимо построение, наполнение данными и поддержание в работоспособном состоянии обобщённой ВИМ СЭС, соответствующих исследуемому состоянию и графическим представлениям и связанной с ними технической документацией. [55, 56].
Из существующих методов исследования режимов СЭС широко распространены методы, основанные на применении матричного анализа [57, 58, 59]. В частности, в одной из первых работ [60], посвященной этой проблеме, матричный анализ используется для определения текущего режима на базе модели, сформированной в памяти ЭВМ автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) по данным ТИ. Основным моментом в этом случае является построение матриц инциденций и операции с ними. При реализации алгоритмов на базе матричного анализа необходимо применять специальные меры по формированию, упаковке и обработке матриц инциденций.
Анализ матричного метода приводит к выводу, что в данном случае он весьма громоздкий и требует большого количества операций с матрицами. В работе [60] приведен показательный пример расчета фрагмента схемы, взятой для сравнения в данной работе, и на которой наглядно можно продемонстрировать достоинства использования ТТУМ по сравнению с матричным аналогом.
Современные устройства телемеханики, используемые в создании ВИМ, могут измерять модули напряжений и токов, а также значение потоков Р и О. Устройства ТИ устанавливаются в схеме в узловых точках, причем расстановка их должна обеспечивать однозначный расчет режима. Здесь и далее эти узловые точки называются контролируемыми узлами (КУ).
Из теории линейных электрических цепей [37, 61, 62] известно, что режим электрической цепи полностью определен, если известны комплексы напряжений в узлах этой цепи.
