Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Национальный университет «Львовская политехника»

Национальный университет & ldquo; Львовская политехника & rdquo;

На правах рукописи

Кулик Владимир Владимирович

УДК 621.311.161

разработка средств анализа и компенсации влияния неоднородности электроэнергетической системы на оптимальность ее режимов

Специальность 05.14.02 Электрические станции, сети и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Львов 2001

Актуальность темы

Работа выполнена в Винницком государственном техническом университете Министерства образования и науки Украины

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Лежнюк Петр Демьянович

заведующий кафедрой электрических станций и систем

Винницкого государственного технического университета

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент

Скрипник Алексей Иванович

профессор кафедры электрических сетей

Национального университета "Львовская политехника"

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Тугай Юрий Иванович

ведущий научный сотрудник

отдела оптимизации систем электроснабжения

Института электродинамики НАН Украины

Ведущая организация:

Донецкий государственный технический университет Министерства образования и науки Украины, кафедра электрических систем

Защита состоится 16 июня 2001 в 13 часов 00 мин.

на заседании ученого совета №Д35.052.02

в Национальном университете & ldquo; Львовская политехника & rdquo;

по адресу: 79013, г.. Львов, ул. Ст. Бандеры, 12, ауд. 114 г. к.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального университета & ldquo; Львовская политехника & rdquo; (Г.. Львов, ул. Профессорская, 1).

Автореферат разослан 14 мая 2001

Ученый секретарь

диссертационного совета

канд. техн. наук, доцент В. И. Коруд

Общая характеристика работы

Актуальность темы. По оценкам Национальной энергетической программы значительная часть электрооборудования электрических сетей Украины имеет высокий уровень изношенности или находится в состоянии, непригодном для дальнейшей эксплуатации. В связи с этим предусмотрено проведение широкомасштабных мероприятий по реконструкции и техническому перевооружению электроэнергетических систем (ЭЭС) с целью повышения надежности электроснабжения и снижения технологических потерь электроэнергии на ее транспортировку до экономически целесообразного уровня. Последнее, учитывая ограниченные капиталовложения невозможно без решения комплексной задачи совершенствования принципов рационального построения электрических сетей и их реконструкции, а также эксплуатации ЕЭС с оптимальными параметрами режима.

Электрические сети нашей страны имеют высокий уровень неоднородности поскольку этот конструктивный параметр практически не учитывался в существующих нормах проектирования. Именно неоднородность является первопричиной неоптимальности нормальных режимов ЭЭС и, как следствие, дополнительных потерь электроэнергии в них. Современный уровень развития вычислительной техники предоставил возможность комплексного решения задач компенсации негативного влияния неоднородности на оптимальность процессов передачи и распределения электроэнергии в ЕЭС на единых методологических принципах. Такой подход в сочетании с соответствующей алгоритмической реализацией при определенных условиях может иметь существенные преимущества по сравнению с существующими методами.

В настоящее время разработан ряд методов анализа и компенсации влияния неоднородности на экономичность режимов ЭЭС. Эти методы базируются, в основном, на использовании контурных уравнительных э Они разработаны для решения как проектных, так и эксплуатационных задач и могут использоваться для формирования и оценки оптимальных решений. Однако применение указанных методов не всегда удовлетворяет условиям однозначности принятия оптимальных решений в сложных ЭЭС. Таким образом возникает задача вдосконалення средств анализа неоднородности ЕЭС, а само определение общесистемных показателей и разработки алгоритмов их использования, а также формирование на этой основе средств компенсации неоднородности ЕЭС алгоритмов и программ корректировки степени неоднородности и определение законов управления регулирующих устройств.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертация выполнена по плану научных исследований, проведенных кафедрой электрических станций и систем Винницкого государственного технического университета по госбюджетным темам & ldquo; Разработка новых принципов создания системы автоматического управления потоками мощности и напряжением в электрических системах & rdquo; (Приказ Минобразования Украины №37 от 13.02.1997 г..) И & ldquo; Разработка принципов поэтапного формирования условий самооптимизации режимов электроэнергетических систем & rdquo; (№ госрегистрации 0199U003430).

Объектом исследования диссертационной работы является нормальные режимы электроэнергетических систем, а предметом исследования методы анализа и компенсации влияния неоднородности ЕЭС на оптимальность их режимов.

Цель и задачи диссертации. Целью данной диссертационной работы является разработка на основе моделирования неоднородности ЕЭС путей и средств повышения эффективности их функционирования в соответствии с установленным критерием оптимальности.

В соответствии с указанной целью основными задачами являются:

усовершенствования математической модели оценки неоднородности ЕЭС;

разработка метода и алгоритма определения общесистемного показателя неоднородности ЕЭС и его применение в целях обеспечения условий самооптимизации режимов ЭЭС;

разработка алгоритма формирования законов оптимального управления нормальными режимами ЕЭС для компенсации влияния неоднородности;

исследования влияния неоднородности ЕЭС на процесс расчета их установившихся режимов;

совершенствования методов и алгоритмов анализа режимов ЭЭС на основе метода Ньютона второго порядка с урахуванням неоднородности;

разработка метода и алгоритма формирования и оперативной коррекции элементов матрицы чувствительности (Якоби) и уточняющие матрицы вторых производных Гессе в итерационном процессе расчетов режимов ЭЭС.

Научная новизна полученных результатов. Основные результаты, представляющие научную новизну, следующие:

разработана математическая модель неоднородности электроэнергетической системы, которая используется для формирования показателей неоднородности, необходимых для решения задачи приближения ЕЭС к условиям ее самооптимизации;

разработан ряд общесистемных показателей неоднородности, что, в отличие от существующих, позволяют оценивать эффективность мероприятий по реконструкции электрических сетей, а также необходимость внедрения и использования систем автоматического управления нормальными режимами ЕЭС, благодаря чему достигается системность подхода к компенсации влияния неоднородности на оптимальность режимов энергосистем;

на основе метода узловых напpуг с итеpацийною схеме расчета за Hьютоном впервые pозpоблено математические модели уcталених pежимах электроэнергетической системы с учетом ее неоднородности в явном виде;

показана возможность и доказана целесообразность разделения матрицы чувствительности (Якоби) на постоянную и переменную составляющие, а также представление матрицы вторых производных Гессе как звенья переменной составляющей линеаризованной модели нормального режима ЭЭС.

Практическое значение полученных результатов. Практическая ценность работы состоит в том, что:

разработаны алгоритмы определения степени неоднородности ЕЭС и сравнения проектных решений по данному показателю для проведения реконструкции и развития ЕЭС с целью обеспечения условий ее самооптимизации;

разработана методика ранжирования элементов ЕЭС по мере их влияния на неоднородность системы и определения по данному показателю оптимального направления проведения реконструкции, а также алгоритмы определения оптимальных параметров элементев ЕЭС с целью снижения степени ее неоднородности;

разработан алгоритм формирования законов оптимального управления и управляющих воздействий локальной адаптивной САУ нормальными режимами ЕЭС;

разработан алгоритм анализа нормальных режимов ЭЭС, основанный на совместном использовании модификаций метода Ньютона первого и второго порядка, адаптированный к использованию в темпе процесса автоматического управления потокорозподилом в ЕЭС.

На основе разработанных методов и алгоритмов модифицировано программный комплекс анализа чувствительности и оптимизации потерь мощности (АЧП), который внедрен в Юго-Западной электроэнергетической системе.

Личный вклад соискателя. Все результаты, которые составляют основное содержание диссертационной работы, полученные автором самостоятельно. В работах, опубликованных в соавторстве автору принадлежат: [1] разработка математической модели установившихся режимов ЕЭС на основе метода узловых напряжений и метода Ньютона первого порядка; [2] разработка методики формирования системы линеаризованных уравнений метода Ньютона второго порядка с возможностью разделения матрицы коэффициентов на постоянную и переменную составляющие; [3] моделирование состояний и процессов программного комплекса оптимального управления нормальными режимами ЕЭС; [4] выполнения алгоритмической реализации модификаций метода Ньютона первого и второго порядка на основе объектно-ориентированной методологии; [5] разработка алгоритма анализа чувствительности математических моделей и критериев подобия, включающих в себя показатели неоднородности системы; [6] анализ эффективности применения модификаций метода Ньютона для определения нормальных режимов ЭЭС; [7] разработка схемы совместного использования различных модификаций метода Ньютона первого и второго порядка; [8] разработка метода формирования законов оптимального управления на основе моделирования неоднородности; [9, 10] формирование обобщенного показателя неоднородности и способов его использования.

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на:

Третьей международной научно-технической конференции & ldquo; Контроль и управление в технических системах & rdquo ;, (г.. Винница Кутса, 1997);

Международной научно-технической конференции & ldquo; Контроль и управление в сложных системах & rdquo; (Г.. Винница КУСС, 1999);

Третьей международной научно-технической конференции "Математическое моделирование в электротехнике, электронике и электроэнергетике" (г.. Львов, 1999);

Международной конференции по математическому моделированию (г.. Херсон, 2000);

Второй Всероссийской научно-технической конференции & ldquo; Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов & rdquo; (Г.. Благовещенск, 2000).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 статей в научных журналах, и 5 статей в сборниках материалов международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (114 наименований), пяти приложений. Основное содержание изложено на 136 страницах печатного текста, содержит 35 рисунков, 14 таблиц. Общий объем работы 186 страниц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи работы, определены научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, а также сведения о структуре работы и ее апробацию.

В первом разделе проанализированы причины низких технико-экономиче-ных показателей процесса транспортировки и распределения электроэнергии в ЕЭС Украины. По результатам анализа сформирована структура задач математического моделирования, направленных на оптимизацию нормальных режимов энергосистем путем компенсации негативного влияния их неоднородности, а также намечены пути решения указанных задач.

Показано, что снижение степени неоднородности как конструктивного параметра ЕЭС и принудительная смена потокораспределения в процессе эксплуатации с целью приближения его к потокораспределения в однородной ЕЭС взаимосвязаны направлениям решения проблемы компенсации негативного влияния неоднородности ЕЭС, которые необходимо использовать в комплексе.

Внедрение мероприятий по снижению степени неоднородности ЕЭС путем корректировки продольных параметров ее элементов требует наличия общесистемного критерия, который бы однозначно характеризовал уровень оптимальности системы.

Показано, что внедрение принудительной коррекции потокораспределения в ЕЭС за счет несбалансированных коэффициентов трансформации регулирующих устройств на современном уровне не эффективно без применения адаптивных систем автоматического управления. Функционирование последних базируется на законах оптимального управления

(1)

где относительные оптимальные уравнительные э.д.с .; матрица коэффициентов обратной связи, имеющих физический смысл критериев подобия и связывают текущее состояние с оптимальным, который принято за базисный для данной ЕЭС; относительные токи нагрузки в узлах ЕЭС; , соответственно, мощности и напряжения в узлах ЭЭС.

Внедрение таких систем управления предоставляет определенные преимущества, но связано с проблемами получения и адаптации управляющих воздействий в реальном времени, которые не могут быть эффективно решены без надлежащих средств расчета и анализа нормальных режимов ЭЭС. В соответствии с этим проанализированы имеющиеся средства моделирования и методы расчета нормальных режимов ЭЭС. Несмотря на то, что в настоящее время для подобных расчетов широко используются различные модификации метода Ньютона второго порядка, общие рекомендации по использованию матриц Якоби и Гессе в конкретных расчетных условиях не всегда эффективны, особенно, когда речь идет о расчетах в темпе процесса управления.

Показано, что учет влияния неоднородности ЕЭС на процесс расчетовв ее нормальных режимов предоставляет новые возможности в создании средств, при определенных условиях позволяют повысить эффективность процесса вычислений.

Во втором разделе проанализированы условия оптимальности нормальных режимов ЭЭС и разработаны средства обеспечения этих условий путем снижения степени неоднородности электрических сетей. Разработана математическая модель неоднородности ЕЭС с использованием метода узловых напряжений. На ее основании сформирован ряд общесистемных показателей неоднородности. Усовершенствован метод анализа нормальных режимов ЭЭС с применением модификаций метода Ньютона первого и второго порядков и разработан метод их совместного использования. Аналитически исследовано влияние неоднородности ЕЭС на процесс расчета их установившихся режимов.

В работе показано, что обеспечение однозначности оценки степени неоднородности ЭЭС в задачах формирования условий самооптимизации их режимов достигается путем использования узлового уравнения. Выполнено на этих принципах моделирования неоднородности позволило получить критерий эффективности корректировки конструктивных параметров ЕЭС в виде матрицы обобщенных показателей неоднородности g

(2)

где Mt первая матрица соединений; r и x активная и реактивная составляющие матрицы узловых сопротивлений, сформированные по заступни z-схеме ЕЭС; r в, xв диагональные матрицы сопротивлений веток.

Главным преимуществом данного критерия является то, что в отличие от существующих аналогов он не зависит от выбранной системы контуров и отражает топологию схемы ЕЭС и соотношение параметров их пассивных элементов.

Проблема многомерности критерия g решена путем формирования ряда общесистемных показателей неоднородности возведенных до численного значения средствами теории множеств. В табл. 1 приведены полученные показатели неоднородности и рекомендованы области их применения.

Определение оптимальных параметров элементов ЕЭС учитывая компенсацию ее неоднородности выполняется на основе зависимостей относительного значения общесистемного показника неоднородности dg от указанных параметров (рис. 1). За базовый состояние принимается исходная схема ЭЭС. Отсутствия влияния конкретного элемента ЕЭС на степень ее неоднородности соответствует единичная функция (рис. 1 б). При наличии влияния зависимость приобретает одноекстремального характера, причем значение экстремума меньше для более влиятельных элементов (рис. 1 а, 1 в). Минимум функции соответствует оптимальному значению параметра элемента ЕЭС.

Рис. 1. Зависимости dg от параметров элементов ЕЭС F

с незначительной (а), нулевой (б) и высокой (в) степени влияния

на неоднородность системы

Таблица 1

Краткая характеристика общесистемных показателей неоднородности

Математическое описание Практическое назначение

Вектор модулей неоднородности n количество узлов схемы ЕЭС; m количество веток схемы ЭЭС. Оценка величины влияния параметров отдельных веток схемы ЕЭС на уровень оптимальности системы в целом и ранжирование веток по приоритету их реконструкции.

Общесистемный показатель неоднородности; ; Оценка влияния изменения топологии и параметров схемы ЕЭС на оптимальность ее режимов (большее значение показателя соответствует ухудшению состояния ЭЭС).

Критериальная форма общесистемного показателя неоднородности; dg (б) значение dg для базовой схемы, то есть до внесения оптимизационных изменений Контроль качественных изменений состояния ЕЭС при оптимизации ее схемы за счет внедрения того или иного мероприятия.

Относительный показатель неоднородности; Оценка потенциальных возможностей оптимизационных мероприятий по реконструкции ЕЭС, а также сравнение ЕЭС с радикально разной топологией.

В работе рассматривается проблема оперативной корректировки режимов ЭЭС с применением локальных адаптивных САК, обеспечивающих оптимизацию потокораспределения путем введения в замкнутые контуры уравнительных э с помощью трансформаторов, автотрансформаторов и специальных ВДТ на основе законов оптимального управления (1). Последние используют критерии сходства, которые в свою очередь определяются неоднородностью ЕЭС

(3)

где, векторы активных и реактивных составляющих уравнительных э в базисном режиме; , векторы активных и реактивных составляющих токов нагрузки в базисном режиме; контурная матрица неоднородности; N матрица соединений веток в контуры; rк, xк диагональные матрицы контурных сопротивлений; a индекс соответствия матрицы дереву схемы.

Формирование законов оптимального управления требует наличия мощных средств анализа нормальных режимов ЭЭС. В соответствии с этим в работе усовершенствован метод Ньютона второго порядка с целью приспособления его к анализу режимов ЭЭС в темпе процесса управления. Показана возможность замены нелинейной системы уравнений нормального режима ЭЭС в методе узловых напряжений следующей линеаризованной системой

(4)

где NИИ матрица коэффициентов чувствительности, определяется через производные небалансов токов в узлах ЕЭС; U ', U' ' векторы активной и реактивной составляющих узловых напряжений; DUьп, DUь'п промежуточные значения поправок к узловых напряжений; F ',

Загрузка...

Страницы: 1 2 3