авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Оптимальное управление потоками реактивной мощности в распределительных электрических сетях в условиях неопределенности

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Казакул Алексей Александрович

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКАМИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

Специальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иркутск– 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Амурский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, декан

энергетического факультета ФГБОУ ВПО

«Амурский государственный университет»

Савина Наталья Викторовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, ведущий

научный сотрудник ИСЭМ СО РАН

Голуб Ирина Ивановна

кандидат технических наук, доцент кафедры электрических станций, сетей и систем «Национального Исследовательского Иркутского Государственного Технического Университета»

Мурашко Николай Андреевич

Ведущая организация: ОАО «Федеральная сетевая компания Единой

энергетической системы», г. Москва

Защита состоится « 29 » октября 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 003.017.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН) по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 130 к. 355.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСЭМ СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 130, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «27» сентября 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 003.017.01,

доктор технических наук,

профессор А.М. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Управление потоками реактивной мощности (РМ) является одним из аспектов управления электрическими режимами, которое направлено на оптимизацию сети по напряжению и реактивной мощности, что приводит к снижению потерь активной мощности и, соответственно, затрат электрической энергии на ее транспорт. Становление рыночных условий функционирования электроэнергетики в России и стремление в перспективе перейти к активно-адаптивному управлению требует повышения качества управления потоками РМ. Все это определяет необходимость поиска новых принципов и подходов к их управлению.

Проблема эффективного управления потоками РМ особенно сложно поддается решению в распределительных сетях напряжением 6-110 кВ, которые характеризуются значительной протяженностью, большим количеством линий и подстанций (ПС), высокой степенью схемно-режимной неопределенности. Неопределенность при решении задачи управления электрическими режимами обусловлена слабой обеспеченностью электрических сетей измерительными комплексами, стохастической природой электрических нагрузок, рыночными условиями функционирования электроэнергетических систем (ЭЭС), человеческим фактором, а также изменением конфигураций схем электрических сетей в процессе эксплуатации.



Управление потоками РМ возможно путем компенсации реактивной мощности (КРМ). Решению задачи КРМ посвящены работы Ю.С. Железко, В.А. Веникова, Г.Е. Поспелова, Д.А. Арзамасцева, Ф.Ф. Карпова, Н.А. Мельникова, И.Н. Ковалева, В. Д. Ариона, Б. И. Брянцева, В.В. Красника, K. Ellithy, J. Jerome, A. Pourshafie и многих других ученых. В своих трудах они раскрыли подходы, основанные как на детерминированном задании исходной информации, так и на вероятностном, обозначили проблему КРМ как многокритериальную, которую можно решить, оптимизируя целевую функцию либо по одному параметру, либо по нескольким. В работах последних лет при частных решениях задачи КРМ активно применяются эволюционные методы: генетические алгоритмы и искусственные нейронные сети. Однако использование КРМ как средства комплексного повышения технико-экономических показателей электрических сетей при исходной информации разного качества, в том числе и низкого, осуществляемое на основе системного анализа, до сих пор не рассматривалось.

На сегодняшний день максимально высокие технико-экономические показатели КРМ могут быть достигнуты лишь при использовании дуального подхода к управлению потоками РМ: сочетания технологического управления и системы менеджмента, что в принципе ранее не применялось.

Таким образом, задача разработки метода оптимального управления потоками реактивной мощности в условиях неопределенности для повышения технико-экономических показателей распределительных сетей на основе дуального подхода является актуальной.

Целью диссертационного исследования является разработка метода и алгоритма оптимизации потоков реактивной мощности в распределительных сетях в условиях неопределенности.

Задачи исследования:

  • анализ современного состояния управления потоками реактивной мощности и обзор технических средств, применяемых для его реализации;
  • моделирование параметров режима при различной степени полноты и достоверности исходной информации для управления потоками реактивной мощности;
  • разработка метода и алгоритма оптимальной КРМ в распределительных электрических сетях в условиях неопределенности;
  • формализация процесса решения разработанного метода;
  • управление эксплуатационными издержками путем КРМ в условиях неопределенности на основе системы менеджмента качества.

Методы исследования. Для реализации поставленных в диссертации задач используются: системный анализ, теория нечетких множеств, теория случайных процессов, вейвлет-анализ, методы оптимизации. В качестве программных инструментов для расчета электрических режимов применяются программно вычислительные комплексы SDO-6 и RastrWin, а также системы компьютерной математики MATLAB 7.0, Mathcad 14.0.

Объект исследования: электрические сети напряжением 6-110 кВ распределительных сетевых компаний.

Предмет исследования: потоки реактивной мощности на разных временных интервалах при эксплуатации распределительных электрических сетей.

Научную новизну диссертационной работы составляют следующие положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Расширена область применения моделей информационных потоков, предложенных Савиной Н.В., на управление реактивной мощностью в распределительных электрических сетях.

2. Разработана многоуровневая иерархическая модель компенсации реактивной мощности, основанная на системном подходе и позволяющая, в отличие от существующих подходов, обеспечить оптимальные потоки реактивной мощности в сетях 6-110 кВ распределительных сетевых компаний в условиях неопределенной режимной и схемной информации.

3. Разработан метод компенсации реактивной мощности, отличающийся возможностью получения оптимальных результатов при неполноте и недостоверности исходной информации, позволяющий эффективно управлять потоками реактивной мощности в распределительных электрических сетях напряжением 6-110 кВ, достигая максимального для эксплуатации эффекта.

4. Впервые предложен формализованный подход, с помощью которого разработанный метод КРМ в условиях неопределенности быстро реализуется для распределительных сетей любой конфигурации с помощью существующих программных продуктов.

5. Разработан алгоритм управления потоками реактивной мощности в распределительных сетях при использовании исходной информации любого качества, в том числе и низкого, обеспечивающий высокую эффективность управления на разных временных интервалах.

6. Впервые применен процессный подход для управления уровнем эксплуатационных издержек распределительных сетевых компаний путем компенсации реактивной мощности.

Практическая значимость и реализация исследования. Разработана инженерная методика управления потоками РМ в распределительных сетях в условиях неопределенности, которая позволяет с помощью широко распространенного сертифицированного программного обеспечения получить оптимальные мощности и места подключения компенсирующих устройств.

Реализация предложенной инженерной методики позволила определить места установки и мощности конденсаторных установок в структурном подразделении «Южные ЭС» филиала ОАО «Дальневосточная распределительная сетевая компания» «Приморские электрические сети» для эффективного управления потоками РМ. Ожидаемый комплексный эффект от внедрения всех рекомендуемых конденсаторных установок составит 26,2 млн. руб. в год, в том числе 8,5 млн. руб. за счет снижения потерь активной энергии. В результате внедрения конденсаторных установок суммарной мощностью 15,5 Мвар (25 шт.) из рекомендованных 46,8 Мвар (50 шт.) подтвержден экономический эффект в 2,6 млн. руб. только за счет снижения потерь электрической энергии.

Разработанные методы и алгоритмы применены при выполнении научно-исследовательской работы, реализуемой в ФГБОУ ВПО «Амурский государственный университет» в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ на оказание услуг № 7.2143.2011, номер государственной регистрации НИР 01201253224.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность энергоресурсов», Благовещенск, 2008, 2011 гг.; межвузовской XI региональной научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее», Благовещенск, 2010 г.; объединенном симпозиуме «Энергетика России в XXI веке: стратегии развития – восточный вектор», «Энергетическая кооперация в Азии: что после кризиса?», Иркутск, 2010 г.; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 2011 г.

Личный вклад автора. Все выносимые на защиту результаты получены автором совместно с научным руководителем.

Публикации. Результаты выполненных в диссертации исследований изложены в 11 печатных работах, в том числе в трех журналах, рекомендованных ВАК, в сборнике трудов международной конференции в Республике Польше, в рецензируемых изданиях, в трудах Всероссийских конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 8 приложений. Общий объем диссертационной работы (без приложений) 204 стр., в том числе 76 рис. и 20 таблиц. Библиографический список включает 158 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, показаны: цель, задачи, научная новизна, практическая значимость, результаты внедрения, описано основное содержание работы.

В первой главе дана характеристика существующих методов КРМ, программных продуктов и технических средств, используемых при ее реализации, приведено морфологическое описание сети, обозначены задачи управления потоками реактивной мощности.

Традиционно КРМ направлена на решение балансовой, экономической задачи и задачи регулирования напряжения. Классические подходы к КРМ рассматривают каждую из них отдельно, что в современных условиях может приводить к противоречивым результатам, перерасходу средств и несогласованной работе компенсирующих устройств.

Различия рассмотренных методик КРМ заключаются в постановке и условиях решаемой задачи, виде целевой функции, количестве критериев оптимизации, типа используемых исходных данных, способах поиска решения. Большая часть методов опирается на один или несколько характерных режимов и не позволяет получить оптимальный результат для всего множества складывающихся режимов при функционировании сети в условиях неопределенности.

Попытка снизить степень неопределенности путем расчета максимально возможного количества режимов не является выходом из сложившейся ситуации и приводит лишь к увеличению размерности решаемой задачи и трудоемкости получения результата. Методы, использующие для решения наиболее перспективные механизмы эволюционного исчисления, дают хорошие результаты лишь для частных моделей, а не для распределительных сетей произвольной конфигурации в целом.





Широко распространенные программы для расчетов электрических режимов, в которых имеются функции по оптимизации потоков РМ, также ориентированы на ретроспективные режимы. В современных и особенно в будущих условиях функционирования ЭЭС их применение не всегда позволит обеспечить желаемые результаты, и кроме того, может привести к противоречивым решениям не только в части мощности компенсирующего устройства, но и места его установки. Все это затрудняет получение мест подключения компенсирующих устройств, оптимальных для всех возможных режимов, существующими методами. Нужен иной подход к решению рассматриваемой задачи.

В существующих методиках КРМ в качестве целевой функции используются, как правило, приведенные затраты, составляющие которых не отвечают современным условиям функционирования Российской электроэнергетики.

Анализ опыта применения компенсирующих устройств в сетях различных классов напряжений и методик КРМ показал, что в распределительных сетях 35 кВ и ниже наиболее эффективными являются регулируемые и нерегулируемые конденсаторные установки (КУ), а в сетях 110 кВ – статические компенсирующие устройства индуктивно-емкостного типа. Это объясняется широкими диапазонами их мощностей, простотой эксплуатации, относительно небольшими потерями электроэнергии, что актуально для неравномерно загруженных распределительных сетей.

Обоснована целесообразность выполнения морфологического описания распределительной сети на первом этапе управления потоками РМ в условиях неопределенности, порядок которого заключается в последовательном выделении системы, надсистемы и подсистем, структуры потребителей, принадлежности и однолинейных схем подстанций, в обработке режимных параметров. Это позволяет на начальной стадии оценить необходимость КРМ, определить потенциально возможные места подключения компенсирующих устройств, сократить размерность решаемой задачи и обеспечить снижение ошибок при расчетах, исключая технически нереализуемые решения. Таким образом, морфологическое описание является средством качественного и количественного анализа объекта, рассматриваемого для дальнейшего проведения КРМ.

На основе выполненного анализа проблемы КРМ сформулированы задачи оптимального управления потоками РМ в условиях неопределенности.

Во второй главе показана информационная обеспеченность задачи управления режимами по реактивной мощности в распределительных электрических сетях, предложена и обоснована обобщенная модель реактивной нагрузки вводных присоединений ПС.

Из всех распределительных сетей неопределенность наиболее явно выражена в тех, которые обслуживают распределительные сетевые компании (РСК). В настоящее время оснащенность распределительных сетей РСК устройствами автоматизированного сбора информации явно недостаточна, а степень полноты и достоверности исходной информации, получаемой по результатам контрольных замеров, крайне низка. Это подтверждается статистическим анализом результатов контрольных замеров, который выявил наличие только 20-30% полных и достоверных данных.

Отсутствие требуемого объема информации для эффективного управления потоками реактивной мощности приводит к необходимости решения поставленной задачи в условиях неопределенности. Поэтому для получения гарантированного результата необходимо применение математических моделей, учитывающих свойства неопределенности. С целью снижения погрешности схемно-режимной информации и получения наиболее устойчивого к ней решения предложено использование обобщенной модели реактивной мощности узла нагрузки и алгоритм работы с ней.

Обобщенная математическая модель реактивной нагрузки вводного присоединения представлена в виде:

, (1)

где - среднее значение реактивной мощности, определяемое в зависимости от степени неопределенности информационного потока;

- стационарный эргодический случайный процесс с нулевым математическим ожиданием;

- шум, описывающий нестационарную случайную составляющую.

Компоненты данной модели не коррелированы, поскольку отражают различную природу случайного процесса РМ.

В развитие идеи моделирования информационных потоков в условиях неопределенности для расчета потерь электрической энергии, предложенной Н.В. Савиной, обоснована возможность ее использования при работе с моделью (1). Для снижения степени неопределенности необходимо разделить информацию на несколько типов информационных потоков, отличающихся по качеству, и смоделировать каждый из них в определенной последовательности, зависящей от типа информационного потока. При этом модель реактивной нагрузки целесообразно раскрывать различными математическими подходами. Рекомендуемая схема использования математических аппаратов в зависимости от качества информационных потоков приведена на рисунке 1.

  Рекомендации по использованию-4

Рисунок 1 – Рекомендации по использованию математических средств для обработки информационных потоков различного качества.

Предложенная технология моделирования заключается в адаптации и конкретном применении известных математических средств и программ: вейвлет-анализа, теорий случайных процессов и нечетких множеств, к анализу и синтезу информационных потоков разного качества.

Данная технология обеспечивает такую точность восстановления и прогнозирования информационных потоков РМ в условиях неопределенности, которая позволяет получить мощности компенсирующих устройств, оптимальные для всего множества складывающихся электрических режимов.

Алгоритм работы с моделью (1) приведен на рисунке 2.

  Алгоритм работы с моделью-5

Рисунок 2 – Алгоритм работы с моделью реактивной нагрузки вводного присоединения.

Основными этапами алгоритма являются: анализ качества информационных потоков, оценка характера изменения случайного процесса реактивной мощности, восстановление и достоверизация информационных потоков низкого качества, формирование полного достоверного информационного потока, определение параметров модели.

Поскольку электрическая сеть является неоднородной и неравнопрочной, степень влияния качества информации на результат оптимизации в каждом узле индивидуальна, поэтому и точность моделирования должна быть разной. Для узлов, являющихся слабыми местами, целесообразно обеспечить высокую точность моделирования, иначе решение задачи может выйти из оптимальной области, в то время как в других узлах такая точность не требуется. Для поиска слабых мест, можно применить сенсорный анализ.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.