Оптимальне керування потоками потужності в електричних мережах електроенергетичних систем



Сторінка2/8
Дата конвертації13.03.2017
Розмір1.69 Mb.
ТипПояснювальна записка
1   2   3   4   5   6   7   8

2.3 Адаптація законів оптимального керування потоками електроенергії в неоднорідних електричних мережах ЕЕС

На оптимальні значення незрівноважених е.р.с., а отже і на оптимальні керувальні впливи, крім контрольованої зміни активних параметрів ЕЕС, постійно діє «природна автоматика» у вигляді зміни інтенсивності коронування ЛЕП 330 кВ і вище, температурної нестабільності активних опорів ЛЕП та нестабільності потужностей навантаження під впливом режимних параметрів.

Тому далі, використовуючи формалізацію вказаного впливу, було уточнено закони оптимального керування потоками потужності та напругою в електричних мережах ЕЕС, а також адаптовано їх до типового переліку контрольованих параметрів та технічних можливостей засобів керування.

      1. 2.3.1 Врахування температурних залежностей активних опорів струмоведучих частин електричних мереж

На сьогодні в інформаційному забезпеченні систем технологічного керування України складається ситуація, коли системоутворювальні мережі майже повністю забезпечені інформацією про параметри елементів заступних схем ЕМ та їх режимів. Таким чином, стало можливим відмовитися від спрощених методик визначення параметрів заступних схем таких мереж.

Традиційно для розрахунку параметрів елементів ЕМ, що використовуються для визначення налагоджувальних параметрів САК базуються на використанні середньостатистичних та довідникових параметрів заступних схем, що за змінних умов навколишнього середовища призводить до неточності вхідної інформації, зниження ефективності оптимального керування режимами ЕЕС, а у контексті даного дослідження – до неврахування первинної самоорганізації ЕЕС під час визначення керувальних впливів.

Активний опір повітряних ліній електропередачі суттєво залежить від температури навколишнього середовища, швидкості вітру та струму навантаження ЛЕП. Значення питомого активного опору проводу, наведене у довідниках, розраховане за температури навколишнього середовища 20 ?С, хоча для умов України можливий температурний діапазон знаходиться в межах від –30 до +60 ?С. Виходячи з цього, активний опір ЛЕП можна подати:


(2.27)
де – опір провідника при температурі навколишнього середовища 20?С;

– додатковий опір провідника, що зумовлений впливом температури навколишнього середовища та струмового навантаження [78]:
. (2.28)
Представивши діагональну матрицю опорів віток у вигляді (2.28), маємо:

або після поділу на складові та перетворень:
. (2.29)
де – складова вектору оптимальних зрівнювальних е.р.с., що розраховані за каталожними параметрами опорів ЛЕП:
; (2.30)
– складова корекцій вектору оптимальних зрівнювальних е.р.с. за рахунок зміни опору провідників ЛЕП:
; (2.31)
– діагональна матриця поправок до опорів віток заступної схеми електричної мережі ЕЕС, кожен елемент якої визначається, як
.

З (2.30), (2.31) видно, що за зростання температури навколишнього середовища та (або) збільшення навантаження ЛЕП і, відповідно, зростання температури провідників понад 20?С значення . Отже, складова буде співпадати за напрямком з , зменшуючи значення , що має враховуватися під час визначення оптимальних коефіцієнтів трансформації ЕЕС.

Взявши за основу математичну модель оптимальних незрівноважених е.р.с. та використавши аналогічні перетворення, теоретично доведено, що зміна опорів ЛЕП під дією струмових навантажень та температури навколишнього середовища призводить до появи додаткових незрівноважених е.р.с., що скеровані зустрічно та зменшують результуючі:
, (2.32)
де – складова вектора оптимальних незрівноважених е. р. с., які розраховано з використанням каталожних параметрів проводів ЛЕП;

– поправки до вектора за рахунок нестабільності опорів ЛЕП:
,

, – поправки до контурних опорів та контурних е.р.с. :
;

.


Бачимо, що збільшення навантаження ЛЕП або зростання температури навколишнього середовища і, відповідно, температури провідників ЛЕП понад 20?С () спричиняє зменшення діапазону зміни за рахунок складової . Отже, зменшується інтенсивність впливів на трансформатори для оптимального керування режимами ЕЕС.

      1. 3.4.2 Врахування залежності навантаження ЕЕС від рівнів напруги


Статичні характеристики навантаження можна подати так [26]:
, (2.33)
де Р0, Q0 – потужності навантаження за номінальних умов;

U0 – номінальна напруга для заданого вузла навантаження;

NP, NQ – показники степеню, які визначають форму статичної характеристики.

З урахуванням (2.33) вектор задаючих струмів у вузлах ЕЕС можна подати у вигляді:


, (2.34)
де – задаючий струм і-го вузла, розрахований за поточними потужностями навантаження (генерування);

– поправка до задаючого струму і-го вузла, за рахунок статичної характеристики навантаження;

, – відповідно, поправки за активною та реактивною потужностіми для і-го вузла заступної схеми.

Підставивши вираз вектора задаючих струмів у вузлах ЕЕС у вигляді (2.34), у вираз оптимальних зрівнювальних е.р.с. (2.29), маємо:


. (2.35)
Після введення позначень вираз набув вигляду:
. (2.36)
У випадку, коли навантаження споживачів є стабілізованими (NP = 0, NQ = 0), вираз для визначення зрівнювальних е.р.с. набуває вигляду (2.37):

. (2.37)
Якщо показники степеню однакові, наприклад (NP = 1.3, NQ = 1.3) то кути векторів вузлових струмів та співпадають і природна автоматика (зміна навантажень за рахунок зміни напруг у узлах) впливає лише на модуль е.р.с., пропорційно змінюючи складові оптимальних коефіцієнтів трансформації.

У загальному випадку, коли NP <> NQ природна автоматика впливає як на модуль, так і на фазу е.р.с., а отже й на співвідношення складових оптимальних коефіцієнтів трансформації:



(2.38)

3 Алгоритмічна реалізація запропонованих методів компенсації впливу неоднорідності ЕС на оптимальність їх режимів
ЕС відносяться до категорії складних динамічних об’єктів, насичених різноманітними засобами оперативного та автоматичного керування. Складність задач керування режимами ЕС визначається, головним чином, випадковим характером факторів, які діють в системі, непостійними відносно часу параметрами енергетичних об’єктів, значним об’ємом параметрів об’єкта керування та його нелінійним характером.

Особливістю технологічного процесу транспортування та розподілу електроенергії є динамічність режиму роботи ЕС, яка викликається змінними графіками роботи джерел та споживачів електроенергії, зміною топології, введенням з ремонту та виведенням в ремонт електрообладнання, зміною погодних умов та ін. Часта зміна станів ЕС висуває досить жорсткі вимоги до засобів оптимального керування нормальними режимами ЕС. Керуючі впливи, які є результатом оцінки і аналізу неоднорідності ЕС і визначення відповідних оптимальних параметрів, повинні бути регулярними і своєчасними. Лише за таких умов досягається можливий ефект [56, 65].

У даному розділі розробляються алгоритми обчислювальних процесів, пов’язаних з аналізом неоднорідності ЕС та формування на цій підставі законів оптимального керування їх режимами. В рамках моделювання процесів компенсації впливу неоднорідності розробляються алгоритми розрахунку оптимальних режимів ЕС, засновані на одержаних у другому розділі математичних моделях, де отримані аналітичні залежності (2.55) та (2.59), які створюють необхідні передумови для розробки алгоритмів автоматизації оперативного керування режимами ЕС.

Виконується аналіз і визначаються умови формування законів керування САК.



3.1 Алгоритм визначення та оперативної корекції критеріїв подібності в системі керування
Розв’язання задачі оптимального керування впливом неоднорідності ЕС і корекції станів електричної системи включає два етапи: розрахунок оптимальних параметрів системи для заданих навантажень і реалізацію розрахованих оптимальних режимів за допомогою засобів оперативного диспетчерського керування.

Розрахунки та обчислення параметрів ЕС з використанням сучасних ЕОМ вимагає системного підходу до розробки математичних моделей, які покладені в основу алгоритмів, що використовуються [32, 33]. Дані алгоритми в сукупності повинні охоплювати всі сторони процесу керування і вони повинні бути орієнтовані на реальні умови одержання вихідної інформації для того щоб, адаптувати їх до реальних умов експлуатації регулюючих засобів.

Здійснення автоматизації оперативного диспетчерського керування вимагає дотримання таких основних умов:

– координація роботи регулюючих пристроїв з урахуванням чутливості втрат активної потужності в мережі до зміни їх регулювальних параметрів; ранжування їх за пріоритетом керування; виділення областей корекції;

– побудова розрахункової моделі мережі, зокрема дерева графу, таким чином, щоб виділити в якості хорд трансформаторні вітки з найбільшим регулюючим ефектом, тобто адаптацією розрахункової моделі до реальних умов експлуатації трансформаторів.

Загальним недоліком існуючих програмних комплексів (ПК) оптимального керування є те, що вони з різних причин не можуть в повній мірі забезпечити керування в темпі процесу. Відставання в часі з прийняттям і реалізацією оптимальних рішень зводить нанівець всі зусилля. Більше того, невчасно здійснені керуючі впливи, як правило, призводять до збільшення втрат в ЕС порівняно з природними [24]. В підході до реалізації ПК, здатного у повній мірі виконувати функції системи оптимального керування ЕС, повинні бути взяті за основу такі принципи:

– орієнтація на повну автоматизацію процесу оптимального керування нормальними режимами ЕС;

– децентралізація керування за рахунок створення адаптивних підсистем автоматичного керування, дія яких коригується для досягнення загальносистемного ефекту;

– врахування факторів, які впливають на результати оптимізації і ефективність їх практичної реалізації, на етапі розрахунків і формування законів керування на основі системного підходу;

– закладення в ПК можливості оцінки і використання реальних можливостей регулювання пристроїв в оптимальному керування;

– використання методів та засобів теорії подібності та критеріального моделювання.

Задача оптимального керування нормальними режимами ЕС формулюється як задача керування динамічними системами з квадратичним критерієм якості (втрати потужності) (див. п. 1.1).

Дана задача повинна розв'язуватись в темпі процесу. Існує два підходи до її розв'язання і практичної реалізації результатів. Керування нормальним режимом ЕС може здійснюватися диспетчером (оперативне керування) та автоматично. В першому випадку задача розв'язується за схемою: збір інформації - оцінка стану - визначення оптимальних значень u0 методами математичного програмування - аналіз оптимального рішення і його практична реалізація. При автоматичному керуванні розв'язок задачі оптимального керування зводиться до законів оптимального керування (див. п. 2.3.3).

3.1.1 Алгоритм процесу визначення матриці критеріїв подібності
Методика визначення критеріїв подібності розроблена в п. 2.3. Але дана методика, маючи за мету розкриття фізичної сутності критеріїв подібності та їх зв’язок з неоднорідністю ЕС, не пристосована для алгоритмічної реалізації. Це обумовлено тим, що отримання матриці системних показників неоднорідності ? пов’язане із значною кількістю операцій множення та обертання матриць контурних опорів, що для задач великої розмірності складно або навіть не можливо.

Таким чином, необхідно отримати вирази, які б дозволили спростити методику визначення матриці критеріїв подібності ?Е. З цією метою виконаємо ряд перетворень, взявши за основу вираз (2.4), який з урахуванням (2.3) може бути переписаний у вигляді


. (3.1)
Підставивши в (3.1) вирази, що пов’язують струми у вітках та з струмами навантаження , маємо
. (3.2)
Після нескладних перетворень виразу (3.2), враховуючи, що NMt= 0,
. (3.3)
Беручи до уваги те, що в даному виразі – матриця струморозподілу для r-схеми заміщення ЕЕС, маємо
.
Далі, використовуючи методику визначення критеріїв подібності, викладену в п. 2.3, отримаємо вирази для визначення складових матриці ?Е, які у більш повній мірі задовольняють вимогам алгоритмічної реалізації,
(3.4)
Відповідно до отриманих виразів (3.4) для визначення критеріїв подібності використовуються вихідні дані і результати розрахунку базисного режиму, а також елементи матриці коефіцієнтів розподілу струмів навантаження по вітках схеми ЕС за її заступною r-схемою.

Розглянемо алгоритм процесу визначення критеріїв подібності для формування керуючих впливів, що оптимізують режим ЕС. На рис. 3.1 приведено його структурно-логічну схему. Алгоритм складається власне з процесу формування матриці критеріїв подібності (рис. 3.1) та чотирьох самостійних допоміжних процесів (рис. 3.2): 1 – формування математичної моделі ЕС для розрахунків її нормальних режимів; 2 – визначення параметрів нормального режиму ЕС; 3 – розрахунок базисного оптимального режиму ЕС, параметри якого використовуються при визначенні критеріїв подібності оптимальних режимів; 4 – формування матриці струморозподілу за заступною r-схемою.

Алгоритм організований таким чином, що отримані результати розрахунків (кінцеві – у вигляді матриць критеріїв подібності або проміжні – матриця Сr, а також параметри базисного оптимального режиму) передаються в графічне середовище для аналізу [63] і утворюють файли, які можуть бути використані іншими програмами, що входять у програмний комплекс АЧП [41, 42] або сумісними з ним програмами.



Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал