Разработка и реализация алгоритмов для управления послеаварийными режимами в электрических сетях 6-10 кВ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Скорняков, Александр Юрьевич

• Скорняков, Александр Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Скорняков, Александр Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПОСЛЕАВАРИЙНЫМИ РЕЖИМАМИ

1.1. Распределительные электрические сети как объект управления и 7 автоматизации.

1.2. Структура автоматизированных систем управления РЭС и 13 решаемые ими задачи.

1.3. Современное состояние проблемы автоматизированного 24 управления послеаварийными режимами и постановка задачи исследования.

2. АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОСЛЕАВАРИЙНЫМИ РЕЖИМАМИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6-10 кВ

2.1. Деятельность оперативно-диспетчерского персонала и стратегия 38 принятия решений при ликвидации послеаварийных режимов.

2.2. Стратегии и методы поиска решений в пространстве состояний

2.3. Оценка возможности существования допустимого режима при 54 заданных аварийных возмущениях.

2.4. Алгоритм определения состава необходимых оперативных 61 переключений для выхода из послеаварийных режимов.

3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПОСЛЕАВАРИЙНЫМИ РЕЖИМАМИ НА ПЛАТФОРМЕ СУБД

3.1. Формирование структуры и описание параметров расчетного 69 графа сети.

3.2. Топологический анализ расчетного графа сети

3.3. Программная реализация алгоритма оценки возможности существования допустимого режима при заданных аварийных возмущениях.

3.4. Программная реализация алгоритма определения состава 89 оперативных переключений для выхода из послеаварийных режимов.

4. ФОРМИРОВАНИЕ РАСЧЕТНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ РЭС

4.1. Информационное пространство описания параметров 100 электрической сети и параметров её режимов.

4.2. Интеграция информационных, графических и расчетных 107 подсистем в единую расчетно-информационную систему.

4.3. Формирование структуры и определение параметров расчетного 114 графа сети.

4.4. Практическая реализация расчетно-информационной системы на 120 примере системы ЭРИС

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПОСЛЕАВАРИЙНЫМИ РЕЖИМАМИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6-10 кВ

5.1. Формирование и отображение результатов работы алгоритмов.

5.2. Исследование работоспособности разработанных алгоритмов на 133 примере сети района крупного города

5.3. Исследование работоспособности разработанных алгоритмов на 144 примере тестовой схемы кабельной сети

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и реализация алгоритмов для управления послеаварийными режимами в электрических сетях 6-10 кВ»

В нашей стране в практике эксплуатации распределительных электрических сетей (РЭС) исторически сложился достаточно низкий уровень обеспеченности средствами автоматизации. Традиционно, автоматизации РЭС уделялось гораздо меньше внимания, чем автоматизации сетей более высоких классов напряжений. Ситуация усугубилась с учетом кризисных явлений в экономике РФ в 90-е годы.

В последнее время в связи с удешевлением и повсеместным распространением компьютерной техники появилась возможность подойти к решению вопросов автоматизации РЭС на новом технологическом уровне.

Таким образом, одним из направлений повышения эффективности управления городскими и сельскими распределительными электрическими сетями 6-10 кВ является внедрение в практику эксплуатации таких сетей интегрированных автоматизированных систем управления. Непременной составной частью таких систем являются автоматизированные системы диспетчерского управления РЭС (АСДУ). Одной из важнейших задач диспетчера РЭС является ликвидация нарушений нормальной работы электрических сетей, которые могут быть вызваны повреждением различных элементов сети, перегрузками отдельных ее участков, неправильными действиями персонала. Средством решения данной задачи является проведение в электрической сети оперативных переключений (ОП). Работа диспетчера при ликвидации аварийных ситуаций носит стрессовый характер вследствие временных ограничений на процесс принятия решения и большого уровня ответственности за результаты работы. В сложных радиально-магистральных автоматизированных распределительных сетях 610 кВ с резервированием линий и трансформаторов, какой, например, является Московская кабельная сеть, достаточно трудно определить сразу всю совокупность необходимых ОП (неочевидность ОП), решение

Введение

В нашей стране в практике эксплуатации распределительных электрических сетей (РЭС) исторически сложился достаточно низкий уровень обеспеченности средствами автоматизации. Традиционно, автоматизации РЭС уделялось гораздо меньше внимания, чем автоматизации сетей более высоких классов напряжений. Ситуация усугубилась с учетом кризисных явлений в экономике РФ в 90-е годы.

В последнее время в связи с удешевлением и повсеместным распространением компьютерной техники появилась возможность подойти к решению вопросов автоматизации РЭС на новом технологическом уровне.

Таким образом, одним из направлений повышения эффективности управления городскими и сельскими распределительными электрическими сетями 6-10 кВ является внедрение в практику эксплуатации таких сетей интегрированных автоматизированных систем управления. Непременной составной частью таких систем являются автоматизированные системы диспетчерского управления РЭС (АСДУ). Одной из важнейших задач диспетчера РЭС является ликвидация нарушений нормальной работы электрических сетей, которые могут быть вызваны повреждением различных элементов сети, перегрузками отдельных ее участков, неправильными действиями персонала. Средством решения данной задачи является проведение в электрической сети оперативных переключений (ОП). Работа диспетчера при ликвидации аварийных ситуаций носит стрессовый характер вследствие временных ограничений на процесс принятия решения и большого уровня ответственности за результаты работы. В сложных радиально-магистральных автоматизированных распределительных сетях 610 кВ с резервированием линий и трансформаторов, какой, например, является Московская кабельная сеть, достаточно трудно определить сразу всю совокупность необходимых ОП (неочевидность ОП), решение поставленной задачи можно получить с помощью различных комбинаций ОП (многовариантность ОП). Таким образом, становится очевидной необходимость автоматизации диспетчерского управления послеаварийными режимами в распределительных электрических сетях.

Анализ существующих в настоящее время программ и алгоритмов управления послеаварийными режимами в РЭС показал, что с увеличением сложности возникающих в сети аварийных ситуаций (количество отключенных линий и потребителей) часто наблюдаются затруднения с поиском решения. Программа часто безуспешно пытается найти решение там, где оно в принципе не может существовать, например, при послеаварийных состояниях, когда суммарная пропускная способность питающих линий оказывается меньше суммарной нагрузки всей сети.

Другой важной причиной, вследствие которой разработанные ранее программы не нашли широкого распространения в практике эксплуатации РЭС, является то, что они зачастую реализовывались «изолированно», т.е. не были гармонично интегрированы в единую расчетно-информационную систему автоматизации эксплуатации РЭС. Это существенно затрудняло их использование в практической деятельности оперативного персонала распределительных сетей.

На основе вышеизложенного, можно сделать вывод об актуальности темы настоящей работы.

Целью работы является разработка и программная реализация алгоритмов для автоматизированной системы управления послеаварийными режимами в электрических сетях 6-10 кВ. На основе анализа стратегий и методов принятия решений и существующих алгоритмов управления послеаварийными режимами в РЭС необходимо решить следующие задачи:

• разработать алгоритм оценки возможности существования допустимого режима при заданных аварийных возмущениях.

• разработать алгоритм определения состава ОП для выхода из послеаварийных режимов.

• реализовать указанные алгоритмы в составе расчетно-информационного комплекса управления РЭС.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• разработана методика и алгоритм оценки возможности существования допустимого режима при заданных аварийных возмущениях.

• разработан алгоритм определения состава ОП для выхода из послеаварийных режимов.

• предложена методика и алгоритм формирования расчетного графа сети по данным информационной подсистемы ИАСУ РЭС

Практическая ценность работы состоит в следующем:

• разработанные алгоритмы управления послеаварийными режимами в РЭС программно реализованы и позволяют определять варианты переключений в послеаварийных режимах РЭС;

• разработанная программа управления послеаварийными режимами в РЭС может быть использована как система поддержки принятия решения для диспетчера РЭС, а так же в качестве обучающей системы для оперативно-диспетчерского персонала РЭС.

• проведена интеграция разработанных алгоритмов в расчетно-информационный комплекс управления РЭС.

Достоверность полученных результатов подтверждается исследованиями работоспособности разработанных алгоритмов на примерах реальных схем электрических сетей, корректностью применения математических методов, опытом практической эксплуатации программного комплекса.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Скорняков, Александр Юрьевич

Выводы по главе:

1. Рассмотрены механизмы формирования и отображения результатов работы алгоритмов.

2. На примере трех практических ситуаций для сети района крупного города показана работоспособность и эффективность разработанных алгоритмов.

3. Исследована работоспособность разработанных алгоритмов на другом примере - тестовой схеме Учебно-тренажерного центра крупного предприятия электрических сетей.

Заключение

В диссертационной работе рассмотрены вопросы разработки и реализации алгоритмов для управления послеаварийными режимами в электрических сетях 6-10 кВ. В большинстве случаев для ликвидации послеаварийного режима необходимо осуществить целую последовательность ОП, определить которую диспетчеру бывает достаточно сложно, учитывая сильную психологическую нагрузку лица, принимающего решение.

Имеющиеся в настоящее время алгоритмы управления послеаварийными режимами в РЭС и программные комплексы на их основе не лишены ряда недостатков. В частности, программы иногда безуспешно пытаются найти решение там, где оно в принципе не может существовать, наблюдаются затруднения с поиском вариантов переключений даже при возникновении аварийных ситуаций средней сложности. Программные комплексы по управлению послеаварийными режимами зачастую выполняются «изолированно», т.е. не интегрируются в единую расчетно-информационную систему автоматизации эксплуатации РЭС. Это существенно затрудняет их использование в практической деятельности оперативного персонала распределительных сетей. Указанные соображения определяют актуальность настоящей работы.

При решении поставленных в настоящей работе задач автором получены следующие основные выводы и результаты:

1. На основе моделирования логики принятия решений диспетчером РЭС разработан алгоритм определения состава ОП, который позволяет увеличить быстродействие и эффективность поиска вариантов переключений.

2. Предложена методика и алгоритм оценки возможности существования допустимого режима при заданных аварийных возмущениях, позволяющие исключить поиск вариантов ОП в тех случаях, когда режим без перегрузки в принципе не существует, например, в таких состояниях, когда суммарная пропускная способность оставшихся в работе питающих линий оказывается меньше суммарной нагрузки всей сети.

3. Разработанные алгоритмы управления послеаварийными режимами в РЭС программно реализованы автором и позволяют определять варианты переключений в послеаварийных режимах РЭС.

4. Проведена программная интеграция разработанных алгоритмов в расчетно-информационный комплекс управления РЭС. При этом разработана методика и алгоритм автоматизированного формирования структуры и определения параметров расчетного графа сети на основе информации из базы данных по оборудованию РЭС.

5. Расчетно-информационный комплекс управления РЭС с разработанными алгоритмами прошел опытно-промышленную эксплуатацию и внедрен в различных электрических сетях систем электроснабжения городов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Скорняков, Александр Юрьевич, 2011 год

1. Основные научно-технические требования к созданию и развитию автоматизированных систем управления районов электрических сетей (АСУ РЭС). М., ГВЦ Энергетики, ВНИИЭ, СЭП, 1996.

2. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. М.: Госэнергонадзор, 2002.

3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (РД 34.20.501-95). М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

4. Инструкция по производству переключений в МКС Мосэнерго. М.: Московская кабельная сеть, 1994.

5. Типовая инструкция по переключениям в электроустановках. М.: СПО Союзтехэнерго, 1985.

6. Башлыков A.A. Проектирование систем принятия решений в энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1986.

7. Башлыков A.A., Еремеев А.П. Экспертные системы поддержки принятия решений в энергетике. М.: Издательство МЭИ, 1994.

8. Биллинтон Р., Аллан Р. Оценка надежности электроэнергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1988.

9. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд. СПб.: Невский диалект, 2000.

10. Гудман С. Хидетниеми С. Введение в разработку алгоритмов. М.: Мир, 1981.

11. Дубовой В.Г. Моделирование переключений в электроустановках // Электричество, 1996, №11.

12. Дубовой В.Г. Теория оперативных переключений в электроустановках // Электричество, 1997, № 8.

13. Дьяков А.Ф., Любарский Ю.Я., Моржин Ю.И., Орнов В.Г., Портной М.Г. Интеллектуальные информационные системы в управлении эксплуатацией энергетического комплекса // Электричество, 1994, № 2.

14. Еремеев А.П. Экспертные модели и методы принятия решений. М.: Издательство МЭИ, 1995.

15. Идельчик В.И., Кононов Ю.Г., Кужев В.Х., Ушмаев А.Н. О восстановлении электроснабжения потребителей в схемах распределительных электрических сетей 6-35 кВ // Электричество, 1998, №9.

16. Искусственный интеллект. Кн. 2: Модели и методы: Справочник / Под ред. Поспелова Д.А. М.: Радио и связь, 1990.

17. Козлов В.А., Билик Н.И., Файбисович Д.Л. Справочник по проектированию электроснабжения городов. Л.: Энергоатомиздат, 1986.

18. Козлов В.А. Городские распределительные электрические сети Л.: Энергия, 1982.

19. Короткое Г.С., Членов М.Я. Ремонт оборудования и аппаратуры распределительных устройств. М.: Высшая школа, 1990.

20. Кристофидес H. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978.

21. Крумм JÏ.A. Метод приведенного градиента при управлении энергетическими системами. Новосибирск: Наука, 1977.

22. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. М.: Наука Физматлит, 1996.

23. Лысюк С.С. Опыт создания АСУ района электрических сетей // Энергетик, 1999, № 8.

24. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. М.: Наука, 1990.2 8. Любарский Ю.Я. Компьютерная поддержка диспетчерского управления оборудованием в энергосистемах. Методическая разработка. М.: ИПКгосслужбы, 2004.

25. Любарский Ю.Я., Надточий В.М., Рабинович P.C., Орнов В.Г., Портной М.Г. Экспертные системы для энергетики // Электричество, 1991, № 1.

26. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы для автоматизации деятельности и тренажа оперативного персонала в энергосистемах // Электрические станции, 1994, № 9.

27. Люгер Джордж Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003.

28. Маклаков C.B. CASE-средства разработки информационных систем. М.: Диалог-МИФИ, 1999.

29. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. М.: Мир, 1981.

30. Мозгалев B.C., Тодирка С.Н., Богданов В.А., Пономаренко И.С., Сипачева О.В., Скорняков А.Ю. Информационное обеспечение автоматизированных систем управления распределительными электрическими сетями // Электрические станции, 2001, № 10, с. 13-19.

31. Пономаренко И.С., Дичина О.В. Автоматизированное формирование бланков переключений в задачах АСДУ распределительных сетей // Электрические станции, 1998, № 2, с. 63-70.

32. Пономаренко И.С., Дубинский Е.В., Тютюнов А.О., Дичина О.В. и др. Комплексная система автоматизированного управления распределительными сетями АО «Мосэнерго» // Вестник МЭИ, 1998, № 1.

33. Пономаренко И.С., Соловьев Д.В. Управление послеаварийными режимами в распределительных электрических сетях с помощью оперативных переключений // Электричество, 1998, № 8, с. 25-29.

34. Пономаренко И.С., Скорняков А.Ю. Анализ послеаварийных режимов и управление ими в распределительных электрических сетях // Электричество, 2006, № 1, с.27-32.

35. Пономаренко И.С., Сипачева О.В., Калугина М.А., Власова Т.А., Скорняков А.Ю. Опыт разработки и применения современных информационных технологий при эксплуатации распределительных электрических сетей // Промышленная энергетика, 2004, № 7, с. 12-19.

36. Программный комплекс для энергетики МОДУС. М.: Компания МОДУС, 2008.

37. Рабинович М.А., Моржин Ю.И., Парфенов ДМ. Многофункциональный тренажер советчик диспетчера с динамической моделью энергообъединения // Электрические станции, 1994, № 9.

38. Рейнгольд Э, Нивергельт Ю, Део Н. Комбинаторные алгоритмы. Теория и практика. М.: Мир, 1980.

39. Справочник по проектированию электроснабжения / под. ред. Барыбина Ю.Г. и др. М.: Энергоатомиздат,1990.

40. Сипачева О.В. Разработка алгоритмов автоматизированного формирования последовательности оперативных переключений в РЭС: дисс. . канд. техн. наук. Москва, 1998.

41. Умов П.А. Обслуживание городских электрических сетей. М.: Высшая школа, 1984.

42. Успенский М.И., Кызродев И.В. Комплексный метод восстановления схемы электроснабжения потребителей распределительной сети // Электричество, 2002, № 12.

43. Фаулер М., Скотт К. UML в кратком изложении. Применение стандартного языка объектного моделирования. М.: Мир, 1999.

44. Фокин Ю.А., Хозяинов М.А. Разработка алгоритма оперативных переключений в электрических системах с использованием ЭВМ // Известия вузов. Электромеханика, 1988, №9, с. 6-10.

45. Фокин Ю.А., Хозяинов М.А. Ввод режима электроэнергетических систем в допустимую область путем коррекции их схемы // Электричество, 1990, № 12, с. 14-19.

46. Augugliaro A., Dusonchet L., Riva Sanseverino Е. Multiobjective service restoration in distribution networks using an evolutionary approach and fuzzy sets // Electrical Power and Energy Systems, 2000, No. 22.

47. Bacher R., Glavitsch H. Network topology optimization with security constraints // IEEE Transactions on Power Systems, 1986, Vol. PWRS-1, No. 4.

48. Curcic S., Ozveren C.S., Crowe L., Lo P.K.L. Electric Power distribution network restoration: a survey of papers and a review of the restoration problem // Electric Power System Research, 1996, No. 35.

49. Gonzalez A., Echavarren F.M., Rouco L., Gomez Т., Cabetas J. A tool for reconfiguration of large-scale distribution networks // Proceedings of the 16th PSCC in Glasgow, Scotland, 2008.

50. Irving M.R., Luan W.P., Daniel J.S. Supply restoration in distribution networks using a genetic algorithm // Electrical Power and Energy Systems, 2002, No. 24.

51. Kagan N., Oliveira C.C.B. Fuzzy decision model for the reconfiguration of distribution networks using genetic algorithms // Proceedings of the 13th PSCC in Trondheim, Norway, 1999, Vol. 2.

52. Makram E.B., Thornton K.P., Brown H.E. Selection of lines to be switched to eliminate overloaded lines using a Z-matrix method // IEEE Transactions on Power Systems, 1989, Vol. 4, No. 2.

53. Morelato A.L., Monticelli A. Heuristic search approach to distribution system restoration // IEEE Transactions on Power Systems, 1989, Vol. 4.

54. Shirmohammadi D. Service restoration in distribution networks via network reconfiguration // IEEE Transactions on Power Delivery, 1992, Vol. 7, No.2.

55. Stankovic A.M., Calovic M.S. Graph oriented algorithm for the steady state security enhancement in distribution systems // IEEE Transactions on Power Delivery, 1989, Vol. 4, No. 1.

56. Zhou Q., Shirmohammadi D., Liu W.E. Distribution feeder reconfiguration for service restoration and load balancing // IEEE Transactions on Power Systems, 1997, No. 12(2).