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 | 4 |

Развитие методов оценивания состояния ээс на основе интеграции данных scada и pmu

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОРКИНА Елена Сергеевна

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНИВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ЭЭС

НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЦИИ ДАННЫХ SCADA И PMU

Специальность: 05.14.02.

Электрические станции и энергетические системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иркутск – 2009

Работа выполнена в Институте систем энергетики им. Л.А.Мелентьева

(ИСЭМ) СО РАН, г. Иркутск.

Научный руководитель - доктор технических наук, старший научный сотрудник, Колосок Ирина Николаевна
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Ковалев Геннадий Федорович кандидат технических наук, доцент Шепилов Олег Николаевич
Ведущая организация - ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ им.первого Президента России Б.Н.Ельцина »

Защита состоится «01» декабря 2009 года в 9-00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.017.01 при Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН по адресу: 664033, г.Иркутск, ул.Лермонтова, 130, конференцзал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу диссертационного совета: 664033, г.Иркутск, ул.Лермонтова, 130.

Автореферат разослан « ____» октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 003.017.01, доктор технических наук, профессор А.М. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для эффективного управления электроэнергетической системой (ЭЭС) требуется полная и точная информация о параметрах режима, которая характеризует текущее состояние ЭЭС. В оперативно-информационный комплекс (ОИК) диспетчерского центра, далее именуемый системой сбора и управления данными SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), такая информация поступает с помощью средств телемеханики в виде телесигналов (ТС) о состоянии коммутационного оборудования и телеизмерений (ТИ) параметров режима.

Оценивание Состояния (ОС) – одна из основных задач подсистемы оперативного управления режимами ЭЭС. Она состоит в расчете установившегося режима (УР) ЭЭС по ТИ для текущей расчетной схемы сети, сформированной по ТС, и осуществляет фильтрацию ошибок в ТИ, диагностику измерительных трактов, позволяет производить оперативный прогноз режима ЭЭС.

Методы ОС ЭЭС начали разрабатываться с 70-х годов ХХв. Основы теории оценивания состояния были заложены в трудах А.З.Гамма, F.C.Schweppe, E.J.Handschin и др.

Большой вклад в развитие методов и решение задачи ОС внесли Б.И.Аюев, П.И.Бартоломей, Л.А.Богатырев, В.В.Володин, А.З.Гамм, Л.Н.Герасимов, И.И.Голуб, Ю.А.Гришин, И.Н.Колосок, А.М.Конторович, В.Г.Курбацкий, В.З.Манусов, К.Г.Митюшкин, А.А.Окин, В.Г.Орнов, А.В.Паздерин, С.И.Паламарчук, В.Л.Прихно, А.А.Тараканов, М.В.Хохлов, А.В.Челпанов, П.А.Черненко, Ю.Я.Чукреев, О.Н.Шепилов, Т.С.Яковлева. Хорошо известны труды таких зарубежных авторов, как A.Abur, K.A.Clements, D.Dopazo, R.Larson, A.Monticelli, L.Mili и др.



Для решения задачи ОС в ИСЭМ СО РАН разработан метод контрольных уравнений (КУ). Увеличение размеров расчетной схемы и рост объемов измерений, используемых при решении задачи ОС, обуславливают актуальность и востребованность этой задачи в современных условиях.

В последние два десятилетия на систему диспетчерского управления ЕЭС России огромное влияние оказали социально-экономические преобразования в стране, реформирование и реструктуризация электроэнергетики, а также ряд серьезных аварий. Развитие систем спутниковой связи GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) и других привело к созданию WAMS (Wide Area Measurement System) – широкомасштабной системы сбора информации нового поколения от измерительного оборудования PMU (Phasor Measurement Unit). PMU, установленное в узле, измеряет модуль и фазу узлового напряжения, модули токов в инцидентных линиях и углов между током и напряжением. Объединенные в систему сбора измерений – WAMS, датчики PMU дают реальную динамическую картину состояния энергосистемы: WAMS-технология состоит в организации с помощью PMU вычисления взаимных углов векторов напряжения в однозначно определенные моменты времени благодаря синхронизации с точностью до 1 мкс выполняемых ими измерений. Анализ такой информации поможет предотвращению аварийных ситуаций в ЭЭС. Российским аналогом WAMS является система мониторинга переходных режимов (СМПР) создание которой началось в 2005 г.

Задача ОС включена в основной состав задач СМПР. Поэтому необходимо наряду с традиционными SCADA-измерениями рассмотреть возможность включения новых векторных измерений электрических величин (данных PMU, далее называемых PMU-измерениями) в состав измерений, используемых при ОС. Совместное использование ТИ SCADA и PMU-измерений ведет к необходимости развития известных и создания новых быстрых алгоритмов обработки информации. В современных условиях, при использовании PMU, требуется дальнейшее развитие методов ОС, а также методов расстановки PMU для улучшения свойств решения задачи ОС ЭЭС.

Цель диссертационной работы: разработка методических подходов к использованию данных PMU при ОС ЭЭС и реализация этих подходов при ОС методом КУ.

Для этого поставлены следующие задачи, определяющие основные направления исследований:

  1. Изучение современных подходов к решению задачи ОС с использованием векторных измерений электрических величин (PMU-измерений).
  2. Исследование точности PMU-измерений для повышения качества результатов ОС.
  3. Выбор оптимального способа задания PMU-измерений в задачу ОС.
  4. Разработка критериев и методов расстановки PMU при ОС ЭЭС.
  5. Развитие метода КУ при совместном использовании измерений от PMU и ТИ SCADA.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теория и методы оценивания состояния ЭЭС, методы теории вероятности и математической статистики, теории графов, методы решения систем нелинейных уравнений, численные и эвристические методы оптимизации. Рассматриваемые в диссертационной работе методы оценивания состояния ЭЭС базируются на разработанном в ИСЭМ СО РАН методе контрольных уравнений (КУ).

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований:

  1. Проанализированы существующие в настоящее время подходы к решению задачи ОС с использованием PMU-измерений. На основе анализа точности этих измерений подтверждена эффективность применения их в задаче ОС.
  2. Выбран оптимальный способ задания измерений PMU в задачу ОС и проанализирована точность псевдоизмерений, вычисленных на их основе.
  3. Выбраны критерии и методы расстановки PMU при ОС, разработаны базирующиеся на теории графов алгоритмы расстановки PMU, применены эвристические методы (генетический алгоритм, метод имитационного отжига) для реализации этих алгоритмов.
  4. Исследована возможность совместного использования измерений от PMU и ТИ SCADA при ОС методом КУ, для этого:
  • Предложены топологический и алгебраический методы формирования КУ при совместном использовании данных SCADA и PMU.
  • Подтверждена правомочность применения методики достоверизации исходной информации на основе КУ к нелинейным контрольным уравнениям электрических цепей, получаемым при использовании данных PMU.
  • Исследованы алгоритмы выбора базисных измерений при ОС. Показано, что результаты ОС более устойчивы к погрешностям в исходных данных при наличии измерений фаз напряжений в векторе измерений.
  • На основе метода Краута для расчета вектора состояния модифицирован алгоритм выбора базисного состава измерений с учетом данных PMU.
  • Выбраны критерии оценки качества ОС при использовании измерений PMU. Подтверждено результатами расчетов на тестовых схемах, что качество ОС может быть существенно повышено при включении данных PMU в вектор измерений.

На защиту выносятся положения:

  1. Методика использования данных PMU при ОС ЭЭС, включающая исследование точности PMU-измерений для повышения качества результатов ОС, подходы к использованию PMU-измерений в задаче ОС, выбор оптимального способа задания PMU-измерений в задачу ОС.
  2. Развитие метода КУ для ОС при совместном использовании данных SCADA и PMU: разработка новых алгоритмов формирования КУ, достоверизации измерений, выбора базисных измерений и расчета оценок на основе КУ.
  3. Критерии и методы расстановки PMU при ОС и алгоритмы решения задачи расстановки PMU.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Предложенные в работе методические подходы к применению данных PMU в алгоритмах оценивания состояния и к расстановке устройств PMU могут быть использованы при функционировании отечественной СМПР как для определения мест установки PMU на расчетной схеме, так и для повышения качества решения задачи ОС.

Результаты исследований использовались при выполнении проектов:

  • Интеграционный проект № 120 СО РАН «Обеспечение живучести электроэнергетических систем» (Интеграционный проект СО РАН на 2006-2008 гг.)
  • Гос.контракт №02.527.11.0004  «Разработка оборудования и систем управления крупных энергетических систем» шифр "2008-0-2.7-31-01-007". (2008-2011 гг.)
  • Проект в рамках 7-й рамочной программы научных исследований и технологических разработок Европейского Союза по направлению «Энергия»: FP7-ENERGY-2008-Russia – Intelligent Coordination of Operation and Emergency Control of EU and Russia Power Grids (ICOEUR) (№ 227122) (2009-2011 гг.).

Апробация работы. Основные научные результаты докладывались на международных и всероссийских конференциях и научно-практических семинарах:

  1. Семинар «Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики» КГЭУ, Казань, 2001г.
  2. The International Conference «PowerTech 1999», Budapest 1999, «PowerTech 2007», Lausanne, 2007, «PowerTech 2009» Buсharest 2009.
  3. Международные конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе», Гурзуф, 2002, 2009.
  4. The International Workshop «Liberalization and modernization of power systems: operation and control problems», Irkutsk, ESI, 2000, 2006, 2009.
  5. 6-й Всероссийский семинар «Информационные технологии в энергетике, экономике, экологии», Иркутск, 1-8 июля, 2002г.
  6. Международный научно-практический семинар «Современные программные средства для расчётов нормальных и аварийных режимов, анализа надежности, оценивания состояния, проектирования и автоматизации оперативно-диспетчерского управления электроэнергетических систем». – Иркутск: ИДУЭС. 2002, 2003, 2005, 2006, 2007, 2008гг.
  7. Conference DRPT 2008 6-9 April, Nanjing, China.
  8. Международная конференция «Monitoring of Power System Dynamics Performance». Russia, Saint-Petersburg, 28-30 April, 2008.
  9. XIV Байкальская международная школа-семинар «Методы оптимизации и их приложения». Иркутск-Северобайкальск, 2-8 июля 2008г.

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работa.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (99 наименований). Объем работы составляет 147 страниц основного текста, 20 таблиц, 18 рисунков и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность задачи ОС ЭЭС в современных условиях, показано, что в России к настоящему моменту созданы объективные условия возможности работы с векторными измерениями, синхронизированными с помощью GPS/ГЛОНАСС, и их использования в электроэнергетических задачах.

В первой главе представлены основные методические положения задачи ОС, использующей традиционные источники данных (SCADA-измерения), перечислены причины расхождения физической и расчетной моделей ЭЭС, включающие, в том числе, и неодновременность снятия данных, особенно ощутимую при решении ОС по подсистемам. Рассмотрены функции новой глобальной системы сбора синхронизированных данных WAMS и проанализированы точности измерений от PMU разных производителей. Приведен обзор зарубежных публикаций по использованию PMU-измерений при ОС ЭЭС и по расстановке устройств PMU на схемах ЭЭС.





Вектор SCADA-измерений, используемых при традиционной постановке ОС ЭЭС, имеет вид:

,

где - активная и реактивная узловые мощности, -активный и реактивный перетоки мощности в линиях, -модуль напряжения в узле, -токи в узле и линии. Совокупность всех режимных переменных ЭЭС считаем вектором переменных.

Задача ОС ЭЭС состоит в поиске таких расчетных значений измеренных переменных, которые наиболее близки самим измерениям в смысле критерия:

(1)

при соблюдении уравнений электрической цепи

, (2)

связывающих измеренные и неизмеренные переменные режима (-ковариационная матрица ошибок измерений).

При решении задачи ОС вводится вектор состояния размерностью (2n-1), где n- количество узлов, включающий модули и углы узловых напряжений для всех узлов ЭЭС кроме фазы базисного узла. Такой вектор состояния однозначно определяет все остальные переменные режима и дает возможность использовать в качестве уравнений электрической цепи (2) явные зависимости измеренных и неизмеренных переменных от :

(3)

(4)

Уравнения (3) используются для определения компонент вектора состояния по измеренным переменным. При этом задача ОС сводится к минимизации критерия

. (5)

Затем, используя (4), ищутся оценки неизмеренных переменных. Минимальный набор измерений, позволяющий однозначно определить все компоненты по (3), называется базисным.

Вследствие нелинейной зависимости , задача решается итеративно с поиском на каждой i-той итерации поправок

, (6)

где - матрица Якоби, вычисленная на i–той итерации.

Процедура ОС включает в себя решение следующих основных задач:

  • формирование текущей расчетной схемы по данным ТС,
  • анализ наблюдаемости,
  • выявление грубых ошибок в ТИ или обнаружение плохих данных (ОПД),
  • фильтрация случайных погрешностей ТИ (получение их оценок),
  • дорасчет неизмеренных переменных.

Основные проблемы, возникающие при решении задачи ОС, связаны с низким качеством измерительной информации, поступающей от системы SCADA, в результате чего полученные оценки имеют низкую точность, и невысокой избыточностью измерений, приводящей к тому, что часть схемы может оказаться ненаблюдаемой. При условии избыточности измерений, то есть, когда m>2n-1 (где m - число измерений), при решении задачи ОС могут быть применены контрольные уравнения.

Метод контрольных уравнений (КУ) разработан в ИСЭМ СО РАН. Контрольные Уравнения – это уравнения электрической цепи (2), в которые входят только измеренные переменные режима:

. (7)

При решении задачи ОС с помощью КУ последние выступают в качестве ограничений в виде равенств при минимизации целевой функции (1). В этом случае задача ОС решается непосредственно в координатах вектора измеренных переменных , что дает ряд преимуществ по сравнению с постановкой (5): позволяет снизить искажение результатов ОС, вызванное эффектом «размазывания» ошибок, алгоритмы ОС по КУ менее трудоемки и имеют высокое быстродействие, так как порядок системы КУ как правило существенно ниже, чем порядок исходной системы (2). Полученные КУ позволяют априори обнаружить плохие данные перед выполнением процедуры ОС, при этом одновременно выявляются все идентифицируемые ошибочные измерения без повторения процедуры ОС.

КУ, предложенные первоначально для выявления грубых ошибок в ТИ, в дальнейшем нашли свое применение для решения практически всех задач, решаемых при ОС. Но при использовании метода КУ сохраняются проблемы, связанные с низкой избыточностью ТИ и невысокой точностью оценок.

Использование измерений комплексных электрических величин, поступающих от PMU, позволяет существенно улучшить свойства решения задачи ОС – решить ряд проблем, связанных с невысокой избыточностью и низкой точностью измерений, а также существенно повысить эффективность решения задачи ОС как в классической постановке, так и при использовании КУ.

Современная система сбора синхронизированных измерений переменных режима в ЭЭС и основанная на этих измерениях технология управления большими энергообъединениями – Wide Area Measurement&Control System (WAMS/WACS) – находит все более широкое применение в различных странах: в США установлено 140 PMU, в Италии – 30 PMU, в Китае – несколько сотен PMU и т.д. В России установлены 26 PMU (данные 2008г.).

Система WAMS (в России – СМПР) представляет собой комплекс устройств PMU, распределенных по объектам энергосистемы (подстанции, крупные узлы) и связанных Internet-каналами передачи данных с пунктами сбора информации – Phasor Data Concentrator (PDC) – (уровень «СО-РДУ» или «СО-ОДУ»), в свою очередь передающих ее в центр управления данными («СО-ЦДУ»). Самым важным из приложений WAMS-платформы является мониторинг ЭЭС, открывающий новые возможности при управлении ЭЭС, в частности, в тех областях, которые функционируют под разными SCADA\EMS-системами внутри взаимодействующих ЭЭС.

  • С помощью SMART-WAMS (российский аналог PMU) производится точная синхронная регистрация фаз и амплитуд токов и напряжений в ЭЭС с периодом 20 мс, присвоение каждому измерению метки времени с дискретностью 1 мс. В табл.1 представлено сравнение точностей измерений, получаемых от PMU разных производителей.

Таблица 1

Точности измерений устройств PMU



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

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.