Разработка методики ввода режима энергосистемы в допустимую область по напряжению тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Дьячков, Владимир Анатольевич

• Дьячков, Владимир Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дьячков, Владимир Анатольевич

Введение.

1. Анализ режимов работы системообразующей сети ЕЭС России по напряжению и мероприятия, обеспечивающие их допустимость.

1.1 Анализ режимов работы ЕЭС России.

1.2 Некоторые отрицательные аспекты работы с повышенными уровнями напряжения.

1.3 Мероприятия по компенсации избыточной реактивной мощности и нормализации уровней напряжения.

1.3.1 Ввод в эксплуатацию новых шунтирующих реакторов.

1.3.2 Максимальное использование находящихся в эксплуатации шунтирующих реакторов.

1.3.3 Работа генераторов электростанций с высокими значениями коэффициента мощности и с потреблением реактивной мощности.

1.3.4 Отключение батарей статических конденсаторов.

1.3.5 Вывод в резерв ненагруженных линий электропередачи.

1.3.6 Изменение коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов).

1.3.7 Одновременное изменение коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов) и уставок АРВ генераторов электростанций по напряжению.

1.3.8 Изменение величины максимально допустимого рабочего напряжения.

1.4 Выводы.

2.Анализ методов и алгоритмов оптимизации и ввода режима в допустимую область.

2.1 Методы, алгоритмы и устройства управления режимом по напряжению и реактивной мощности.

2.1.1 Общая техническая постановка задачи.

2.1.2 Общая математическая постановка задачи оптимизации режима энергосистемы.

2.1.3 Устройства регулирования напряжения и реактивной мощности в энергосистемах.

2.1.4 Алгоритмы и программы оптимизации режима.

2.2 Задача ввода режима в допустимую область и ее связь с задачей оптимизации режима.

2.3 Оперативная коррекция режима работы энергосистемы.

2.4 Учет дискретного характера изменения компонент вектора управления в алгоритмах коррекции режима работы энергосистемы.

2.5 Выводы.

3 .Нормализация напряжений в системообразующей сети

ЭЭС путем вывода в резерв линий электропередачи.

3.1 Метод быстрого перерасчета режима для оценки эффекта от коммутации ЛЭП.

3.1.1 Моделирование режима с отключенной ветвью.

3.1.2 Моделирование режима с отключенной линией при учете поперечных проводимостей.

3.1.3 Особенности расчета режима с отключенной линией, связанной с балансирующим узлом.

3.2 Оценка связанности сети.

3.3 Апробация алгоритма и программы выбора оптимального варианта коммутации ЛЭП.

3.4 Выводы.

4. Нормализация режима работы системообразующей сети ЭЭС по напряжению с помощью регулирования режима работы генераторов электростанций по реактивной мощности и изменения коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов).

4.1 Выбор значений напряжений на шинах генераторов электростанций для ввода режима в допустимую область по напряжению.

4.1.1 Описание разработанного алгоритма.

4.1.2 Апробация алгоритма и программы выбора значений напряжений генераторных узлов для ввода режима в допустимую область по напряжению.

4.2 Выбор значений коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов) для ввода режима в допустимую область по напряжению.

4.2.1 Описание разработанного алгоритма.

4.2.2 Апробация алгоритма и программы выбора значений коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов) для ввода режима в допустимую область по напряжению.

4.3 Выводы.

5. Выбор оптимального состава включенных шунтирующих реакторов для нормализации напряжений в системообразующей сети ЭЭС.

5.1 Описание алгоритма выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов на базе линеаризованной модели.

5.2 Описание разработанного алгоритма выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов на базе нелинейной модели.

5.3 Апробация алгоритмов и программ выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов для ввода режима в допустимую область по напряжению.

5.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики ввода режима энергосистемы в допустимую область по напряжению»

Актуальность работы. В современных условиях продолжающегося спада промышленного производства в России, начавшегося около 8-10 лет назад, наметилась очевидная тенденция общего снижения электропотребления и, следовательно, загрузки как системообразующих сетей высокого и сверхвысокого напряжения (СВН), так и сетей более низких номинальных напряжений. Очевидно, что такие процессы приводят к увеличению избытков реактивной мощности, главным образом, в электрических сетях СВН. Избыток же реактивной мощности в энергосистеме приводит к повышению напряжений на шинах подстанций, которые в ряде случаев могут превышать допустимые значения. В связи с этим на настоящем этапе и в течение всего периода, в котором не будет наблюдаться заметного роста активной нагрузки, весьма актуальной является проблема ввода режима при малых нагрузках в допустимую область по напряжению.

Для решения данной проблемы можно применять целый ряд как организационных, так и оперативных мероприятий. В частности, в настоящее время наибольшее применение находят: изменение реактивной мощности синхронных генераторов электростанций (с помощью изменения уставки АРВ по напряжению) включение максимально возможного числа шунтирующих реакторов отключение батарей статических конденсаторов у потребителей в «период повышенных напряжений».

Однако, практика показывает, что в ряде случаев применения всех этих мероприятий оказывается недостаточным для того, чтобы обеспечить ввод режима в допустимую область по напряжениям. Поэтому часто в режимах малых нагрузок приходится отключать в резерв ненагруженные линии электропередачи 500-750 кВ. При этом важно не только обеспечить ввод режима в допустимую область по напряжению, но и обеспечить ведение режима с требуемой надежностью. Следовательно, при выполнении данного мероприятия следует стремиться к минимизации управляющих воздействий (выводом в резерв минимального количества линий электропередачи или вводом в эксплуатацию минимального количества реакторов добиваться максимального снижения напряжения). Кроме того, при этом 'следует учитывать и дискретность управляющих воздействий.

Разработанные в настоящее время алгоритмы ввода режима в допустимую область или оптимизации, реализованные в таких промышленных программах, как ЯА8ТЯ (УГТУ), В-2-1000 (НТЦ ГВЦ, Москва), СДО (СЭИ) и других, не учитывают в полной мере особенностей задачи ввода режима в допустимую область по напряжению и не позволяют решить ее в полном объеме за время, приемлемое для оперативного управления режимом. Эти алгоритмы или используют в качестве целевой функции минимум потерь активной мощности при учете нарушений ограничений по напряжению в виде штрафных функций, либо основаны на допущении о непрерывности изменения всех компонентов вектора управления. Поэтому разработка эффективных алгоритмов, обеспечивающих ввод режима в допустимую область по напряжению, является актуальной.

Целью диссертации является разработка комплекса быстродействующих и эффективных алгоритмов ввода режима электрической сети в допустимую область по напряжению. Эти алгоритмы должны обеспечивать: выбор наилучшего варианта коммутации линий электропередачи системообразующей сети выбор оптимального значения напряжения на шинах генераторов электростанций выбор оптимального значения коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов) подстанций выбор оптимального состава включенных шунтирующих реакторов.

Методы исследования. В работе использовались методы решения систем линейных уравнений большой размерности, методы решения нелинейных оптимизационных задач путем многократного решения линеаризованных задач, методы прямого расчета, основанные на использовании псевдообратных матриц, теория электрических цепей применительно к задаче расчета установившихся режимов электроэнергетических систем (ЭЭС).

Научная новизна. В работе получены следующие новые результаты, выносимые на защиту:

1. Оптимизирован быстродействующий алгоритм выбора наилучшего варианта коммутации линий электропередачи системообразующей сети для ввода режима в допустимую область по напряжению, основанный на методе, не требующем перерасчета матрицы узловых проводимостей, что позволяет эффективно использовать метод Гаусса с учетом слабой заполненности факторизованной матрицы. При отключении линии осуществляется проверка связанности системы.

2. Реализована программа выбора значений напряжений на шинах генераторов электростанций для ввода режима в допустимую область по напряжению, основанная на алгоритме, использующем линеаризацию уравнений установившегося режима и операции псевдообращения матриц. Программа учитывает ограничения генераторов электростанций по реактивной мощности.

3. Разработан и реализован программно алгоритм выбора значений коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов) для ввода режима в допустимую область по напряжению. Алгоритм также использует линеаризацию уравнений установившегося режима, операции псевдообращения матриц и учитывает ограничения по реактивной мощности генераторных узлов.

4. Разработан и реализован алгоритм выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов для ввода режима в допустимую область по напряжению. Алгоритм использует метод быстрого перерасчета режима, не требующий изменения матрицы узловых проводимостей, что позволяет эффективно использовать метод Гаусса с учетом слабой заполненности этой факторизованной матрицы.

5. Реализован алгоритм выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов для ввода режима в допустимую область по напряжению, основанный на линеаризации уравнений установившегося режима и использующий операции псевдообращения матриц для решения систем линейных уравнений.

Практическая ценность работы. Разработанные алгоритмы позволяют в приемлемое для оперативного управления время определить оптимальные корректирующие воздействия как непрерывного, так и дискретного характера на переменные управления для ввода режима в допустимую область по напряжению. Разработанные программы, предназначенные для работы в режиме советчика диспетчера, не требуют проведения громоздких расчетов.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседании кафедры Электроэнергетических систем МЭИ в 1999 году. Разработанные программы прошли успешную апробацию при решении задачи ввода режима в допустимую область по напряжению для различных энергосистем ЕЭС России.

Объем и состав работы. Диссертационная работа общим объемом 188 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 99 наименований и трех приложений, содержит 15 рисунков и 52 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Дьячков, Владимир Анатольевич

5.4 Выводы

1. На базе алгоритма, предложенного в [99], разработана программа выбора оптимального состава шунтирующих реакторов для ввода режима энергосистемы в допустимую область по напряжению. Алгоритм использует линеаризацию уравнений установившегося режима на каждом шаге итерационного процесса ввода в допустимую область и псевдообратные матрицы для решения системы линейных уравнений, порядок которой равен числу узлов с недопустимым напряжением.

2. Разработан быстродействующий алгоритм выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов для ввода режима в допустимую область по напряжению, учитывающий нелинейность задачи. Алгоритм учитывает дискретность управляющих воздействий и ограничения по реактивной мощности генераторных узлов. Быстродействие алгоритма обеспечивается за счет применения нового метода перерасчета режима при включении шунтирующих реакторов, не требующего изменения матрицы узловых проводимостей, что позволяет эффективно использовать метод Гаусса с учетом слабой заполненности этой факторизованной матрицы.

3. На базе разработанного алгоритма, реализована программа выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов.

4. Обе программы прошли успешную апробацию на тестовой 5 5-узловой схеме энергосистемы.

5. На конкретном примере показано, что алгоритм, учитывающий нелинейность модели, позволяет обеспечить допустимость режима с точки зрения напряжений включением меньшего количества шунтирующих реакторов. Предлагаемая данным алгоритмом очередность ввода шунтирующих реакторов также позволяет обеспечить на каждом этапе меньшее суммарное отклонение напряжения от допустимых значений, чем алгоритмом, основанным на линеаризованной модели.

Рис.5.1 Блок-схема алгоритма выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов для ввода режима в допустимую область по напряжениям на базе линеаризованной модели.

1Я а) б) г)

Рис. 5.2 Моделирование режима с включением шунтирующего реактора без учета нелинейности задающих токов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработан комплекс быстродействующих и эффективных алгоритмов ввода режима энергосистемы в допустимую область по напряжению. Алгоритмы обеспечивают в режиме советчика диспетчера: выбор наилучшего варианта коммутации линий электропередачи выбор оптимального состава включенных шунтирующих реакторов выбор значений напряжений на шинах генераторов электростанций выбор значений коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов).

2. Разработанные алгоритмы можно разделить на две группы: алгоритмы, учитывающие дискретность управляющих воздействий (линии электропередачи, реакторы) алгоритмы, основанные на предположении о непрерывности изменения управляющих воздействий (напряжения генераторов, коэффициенты трансформации).

3. Алгоритм выбора оптимального варианта коммутации линий электропередачи учитывает возможность коммутации как линий электропередачи системообразующей сети, так и линий более низких номинальных напряжений. При рассмотрении каждого варианта коммутации осуществляется проверка на связанность системы. В том случае, если связанность системы нарушена (расчетная схема распадается на независимые части), вариант коммутации, приводящий к этому, исключается из дальнейшего рассмотрения. Быстродействие алгоритма обеспечивается за счет применения оптимизированного метода перерасчета режима при коммутации линий, не требующего изменения матрицы узловых проводимостей и позволяющего эффективно использовать метод Гаусса с учетом слабой заполненности этой факторизованной матрицы.

4. Алгоритм выбора оптимального состава включенных шунтирующих реакторов также основан на применении нового метода перерасчета режима, не требующего изменения матрицы узловых проводимостей. Алгоритм учитывает дискретность управляющих воздействий и ограничения по реактивной мощности генераторных узлов.

5. На конкретном примере показано, что использование разработанного алгоритма позволяет обеспечить ввод режима в допустимую область с помощью меньшего числа шунтирующих реакторов, чем использование соответствующего алгоритма, использующего линеаризацию уравнений установившегося режима и псевдообратные матрицы для решения систем линейных уравнений. Предлагаемая очередность ввода шунтирующих реакторов также позволяет получить на каждом этапе меньшие отклонения напряжения от допустимых значений.

6. Алгоритм выбора значений напряжения на шинах генераторов электростанций использует линеаризацию уравнений установившегося режима на каждом шаге итерационного процесса ввода в допустимую область и псевдообратные матрицы для решения системы линейных уравнений, порядок которой равен числу узлов с недопустимым напряжением.

7. Четвертый разработанный алгоритм также использует псевдообращение матриц, учитывает ограничения по реактивной

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дьячков, Владимир Анатольевич, 2000 год

1. Могирев В.В. О мероприятиях по нормализации уровней напряжения в основных электрических сетях России // Энергетик. 1995. №7. С. 25-26

2. Протокол научно-технического совета РАО ЕЭС России. Разработка мероприятий по нормализации уровней напряжения в основных электрических сетях РАО ЕЭС России на 1995-97 гг. от 12.01.95.

3. Антипов K.M., Окин A.A., Портной М.Г., Хвощинская З.Г. Основные направления нормализации уровней напряжения в основных электрических сетях единой энергосистемы России // Электрические станции. 1995. №9. С. 16-22.

4. Баркан Я.Д. Автоматизация режимов по напряжению и реактивной мощности. М.: Энергоатомиздат. 1984. 160 с. Безчастнов Г.А. О замене блока ограничения минимального возбуждения на микроэлектронное устройство ОМВ-А2 // Энергетик. 1995. №6. С. 21-22

5. Здановский В.Г., Миняйло A.C., Крывый В.В. и др. Опыт эксплуатации асинхронизированного турбогенератора АСТГ-200 // Электрические станции. 1993. №1. С. 37-41 Безчастнов Г.А. О разработке новых серий турбогенераторов // Энергетик. 1993. №5. С. 13-14

6. Мамиконянц Л.Г., Шакарян Ю.Г. Асинхронизированные синхронные генераторы: состояние, проблемы, перспективы // Электричество. 1994. №3. С. 1-9

7. Дмитриева Г.А., Макаровский С.Н., Поздняков А.Ю. и др. Перспективы применения асинхронизированных турбогенераторов в европейской зоне ЕЭС России // Электрические станции. 1997. №8. С. 35-43

8. Приказ № 181 О неотложных мерах по снижению напряжения в основной электрической сети РАО ЕЭС России и АО-энерго от 11.11.93 г.

9. Циркуляр №Ц-01-95(Э) О допустимых эксплуатационных повышениях напряжения промышленной частоты на электрооборудовании 500-750 кВ ЕЭС России Совалов С. А. Режимы единой энергосистемы.- М.: Энергоатомиздат. 1983. 384 с.

10. Маркович И.М. Режимы электрических систем.- М.: Энергия. 1969.- 315 с.

11. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах,- М.: Энергоатомиздат. 1985.-216с.

12. Электрические системы. Электрические сети / под ред. В.А.Веникова, В.А.Строева. М.: Высшая школа. 1998.- 511с. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: учебник для ВУЗов.- М.: Энергоатомиздат. 1989. - 592 с.

13. Электрические системы // Электрические расчеты, программирование и оптимизация режимов / Веников В.А., Горушкин В.И., Маркович И.М. и др.; Под ред. В.А.Веникова. М.: Высшая школа. 1973. Т.4.

14. Численные методы условной оптимизации / Под ред. Ф Гилл и У.Мюррэй. М.: Мир. 1977. - 248 с.

15. Крумм JI.A. Методы приведенного градиента при управлении электроэнергетическими системами. Новосибирск: Наука. 1977.-368 с.

16. Крумм JI.A. Методы оптимизации при управлении электроэнергетическими системами. Новосибирск: Наука. 1981.-320 с.

17. Бучинский A.JL, Коркина Е.С., Паламарчук С.И. и др. Программно-вычислительный комплекс для диспетчерских расчетов в районных энергосистемах // Энергетик. 1993. №10. С.12-13

18. Программа RASTR техническое описание.- Екатеринбург: 1995.

19. Идельчик В.И. расчеты и оптимизация режимов электрических сетей и систем. М.: Энергоатомиздат. 1988. - 288 с.

20. Остапчук Ж.И. Повышение эффективности расчетов оптимальных режимов в сложнозамкнутых электрических сетях. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: МЭИ. 1985.

21. Пауткина JI.P. Коррекция оптимальных режимов электрической системы на основе критериальных моделей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: МЭИ. 1987.

22. Астахов Ю.Н., Лежнюк П.Д. Критериальные соотношения между параметрами режимов электрических сетей. Труды МЭИ. 1979. Вып. 406. С. 14-18.

23. Орнов В.Г., Рабинович М.А. Задачи оперативного и автоматического управления энергосистемами.- М.: Энергоатомиздат. 1988 223 с.

24. Гамм А.З., Кучеров Ю.Н., Паламарчук С.И. и др. Методы решения задач реального времени в электроэнергетике. -Новосибирск: Наука. 1990. 294 с.

25. Забегалов В.А., Орнов В.Г., Семенов В.А. Автоматизированные системы диспетчерского управления в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат. 1984. - 264 с.

26. Аль-Алави М.К.Х., Дьячков В.А., Строев В.А. Использование линеаризованных моделей в задачах ввода режима в допустимую область по напряжению // Вестник МЭИ. 2000. №2. С. 41-46.

27. Арзамасцев Д.А., Бартоломей П.И., Холян A.M. АСУ и оптимизация режимов энергосистем. М.: Высшая школа. 1983 -208 с.

28. Веников В.А., Журавлев В.Г., Филиппова Т.А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем. М.: Энергоиздат. 1981.-464 с.

29. Войтов С.Н., Воронин В.Н., Гамм А.З. и др. Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления электроэнергетическими системами. Новосибирск: Наука. 1986. 200 с.

30. Wollenberg B.F., Hesse H.M., Mari A.A. Corrective Control of Power System Flows by Line and Bus-Bar Switching // PICA, San Francisco. 1985. May. P. 360-366

31. Koglin H.J., Muller N. Overload Reduction through Corrective Switching Actions // IEE conf. Publication №177. London. 1980. P. 159-164.

32. Дьячков В.А., Строев В.А. Выбор оптимального варианта коммутации линий электропередачи и состава включенных шунтирующих реакторов для ввода режима энергосистемы в допустимую область по напряжению // Электричество. 2000. №5. С. 16-20.

33. Аль-Алави М.К.Х., Дьячков В.А., Строев В.А. Оптимизация установки шунтирующих реакторов для ввода режима ЭЭС в допустимую область по напряжению // Электричество. 2000. №3. С. 7-10.

34. Arya L.D., Choube S.C., Kothari D.P. Line Switching for Alleviating Overloads under Line Outage Condition Taking Bus Voltage Limits into Account // Electrical Power and Energy Systems. 22 (2000) 213-221. P. 213-216

35. Edwin K.W., Eichler R. Corrective Switching a Tool for Preventive Network Operation // CIGRE - IF AC Symp. 39-83, Florence. 1983. Report 206-04.

36. Лисеев M.C., Елисеев В.П. Экспресс-анализ установившихся режимов при автоматизации проектирования и управления в электроэнергетических системах // В сб.: Оптимизация режимов электроэнергетических систем. / М.: МЭИ. 1988. Вып. 186. С. 23-29

37. Аль-Алави. М.К.Х. Разработка алгоритмов ввода режимов ЭЭС в допустимую область по напряжению (на примере энергосистемы Ирака). Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: МЭИ. 1993.