WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Повышения эффективности функционирования электротехнического комплекса городских электропитающих систем

На правах рукописи

АНДРЕЕВ ДМИТРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

повышения эффективности ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ электротехнического комплекса

ГОРОДСКИХ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИХ СИСТЕМ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Тула 2013

Работа выполнена в Новомосковском институте (филиале) федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»

Научный руководитель: Жилин Борис Владимирович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Панарин Владимир Михайлович,

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «ТулГУ», профессор

Фомин Андрей Васильевич,

кандидат технических наук, ЗАО «Нидек

АСИ ВЭИ», технический руководитель

проектов

Ведущее предприятие: ФГБОУ ВПО «Национальный

исследовательский университет «МЭИ»

(Технический университет)

Защита состоится «16» октября 2013г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.271.12 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» по адресу: г. Тула, пр. Ленина, 92 (учебный корпус 9, ауд. 101)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Автореферат разослан «13» сентября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Елагин Михаил Юрьевич

Д 212.271.12

д.т.н., проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В энергетике России за последние 15 лет произошли большие изменения. Изменились формы собственности, энергетика стала сферой бизнеса, создан и развивается рынок электроэнергии и мощности. Это необходимо учитывать при разработке моделей и методов расчета режимов электропитающих систем, создании гибкой динамики топологии управления ими.

Разработке математических моделей и методам расчета режимов работы электроэнергетических систем, теории и способов управления электроэнергетическими режимами посвящены труды многих ученых: Д.А. Арзамасцева, П.И. Бартоломея, В.А. Веникова, А.З. Гамма, О.Т. Гераскина, В.М. Горниггейна, Журавлева В.Г, Идельчика В.И., Крумма, В.З. Манусова, И.М. Марковича, Т.А. Филипповой, Е.В. Цветкова, A.M., Н.М. Merrill, В.W. Erickson, F.C. Schweppe, M.C.Caramanis.

Усовершенствование существующих и создание новых топологий систем, алгоритмов и программ с учетом современных требований развивают методологию и научный аппарат управления режимами электроэнергитических систем (ЭЭС).

Одной из главных задач управления ЭЭС является составление баланса электрической мощности и энергии. От балансов зависят технические, экономические и коммерческие решения по управлению ЭЭС. К достоверности балансов предъявляются очень высокие требования, так как это влияет на коммерческие результаты многих участников рынка. И на региональном и особенно на оптовом рынках сейчас большое внимание уделяется определению электропотребления и графиков нагрузки, которые являются основой составления энергетических балансов. В настоящее время в практике широкое использование нашли методы прогнозирования графиков нагрузки и электропотребления, что приводит к достаточно большим погрешностям прогнозов. Проблема повышения точности прогнозов является важной научной задачей для энергосистем. Если при управлении технической деятельностью прогнозы графиков нагрузки (ГН) могут иметь погрешности 2-5%, то существующие положения на электроэнергетическом рынке требуют повышения достоверности прогнозов ГН и электропотребления, и на их основе разработка математических методов прогнозирования и создания гибкой топологии управления режимами работы электропитающих систем с использованием современных компьютерных технологий обработки информации является важной научной задачей.

Цель работы - повышение эффективности функционирования электротехнического комплекса городских электропитающих систем путем обоснования их рациональных режимных параметров и гибкой динамики топологии управления, учитывающих характеристики условий его работы на оптовом рынке электроэнергии и мощности.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1. Анализ методов расчета, моделирования, прогнозирования и способов управления режимов работы электропитающих систем и условий их эксплуатации.

2. Разработка математической модели формирования электропитающих систем, учитывающая топологию транзитных потоков мощности не связанных и несмежных участков сетей, сложнозамкнутую конфигурацию сети и требующая информативность исходных данных.

3. Разработка метода оперативного прогнозирования электропотребления, учитывающего ценологические свойства распределения состояния электроэнергетического объекта, и, математического моделирования нагрузок сетевых компаний на основе нейронных сетей.

4. Определение требуемой точности краткосрочного прогноза суточного графика нагрузки, и, разработка системы прогнозирования и управления динамики топологии и формирования управляющих воздействий в электросетевых компаниях на основе нейронных сетей с прямой передачей сигнала при почасовом прогнозировании изменения структуры управления.

5. Разработка декомпозиционного метода расчета режимных параметров электропитающих систем (непосредственный расчет с использованием топологии сетей ВН, СН1, СН2 и НН, расчет по укрупненным показателям), учитывающий уровень изменения гибкой динамики топологии и формирования управляющего воздействия в зависимости от условий их эксплуатации.

6. Обоснование рациональных режимных параметров и гибкой динамики топологии управления электропитающих систем, в комплексе учитывающих характеристики условий их эксплуатации на оптовом рынке электроэнергии и мощности, и, потери электроэнергии с декомпозицией по уровням напряжения.

7. Численное и эксперементальное исследование оперативного прогнозирования суточных графиков нагрузки, режимов работы электропитающих систем и гибкой динамики топологии управления ими, и, оценка нагрузочных потерь электроэнергии для определения эффективности их функционирования.

8. Моделирование режимов электропотребления подстанций 6-10 кВ на основе восстановления недостающей информации с корректировкой баланса по точкам поставки электроэнергии, формирование графиков нагрузки потерь мощности сети и годового расхода электроэнергии на период регулирования методами анализа временных рядов электропотребления.

Идея работы заключается в достижении требуемого уровня функционирования электропитающих систем на основе гибкой динамики топологии управления их режимами работы и эффективных условий реализации рациональных режимных параметров систем.

Объект исследования - электротехнический комплекс городских электропитающих систем.

Предмет исследования - электромагнитные и электромеханические процессы, протекающие в электропитающих системах, и, влияющие на их режимные параметры и потери электроэнергии.

Методы исследования, используемые в работе, основаны на совокупности теории электрических цепей, управления, вероятности и математической статистики, прогнозирования, регрессионного анализа, имитационного проведения вычислительных экспериментов, экспертного анализа, эксперимента с использованием современных компьютерных средств.

Автор защищает:

1. Математическую модель формирования электопитающих систем, учитывающую топологию транзитных потоков мощности, не связанных и несмежных участков сетей, сложнозамкнутую конфигурацию сети и требуемую информативность исходных данных.

2. Формализованную методику оперативного прогнозирования элекропотребления, учитывающую ценологическое свойства распределения состояния электроэнергетического объекта, и, закономерности формирования нагрузок сетевых компаний на основе нейронных сетей.

3. Закономерности формирования управляющих воздействий в электропитающих системах для гибкого управления динамикой их топологии на основе нейронных сетей с прямой передачей сигнала при почасовом прогнозировании изменения структуры управления.

4. Декомпозиционный метод расчета рациональных режимных параметров электропитающих систем, в комплексе учитывающих характеристики условий их эксплуатации на оптовом рынке электроэнергии и мощности, и потери электроэнергии с декомпозицией по уровням напряжения путем учета в комплексе характеристик фактов, влияющих на формирование управляющих воздействий для повышения эффективности их функционирования.

5. Установлено, что наибольшую точность расчета рациональных режимных параметров электропитающих систем обеспечивают интеллектуальные адаптивные системы, устанавливающие недостающие исходные данные в соответствии с их условиями эксплуатации.

Научная новизна заключается в обосновании рациональных режимных параметров и гибкой динамики топологии управления электропитающими системами. Она представлена следующими результатами:

- определены зависимости для расчета рациональных режимных параметров электропитающих систем, в комплексе учитывающие характеристики условий их эксплуатации на оптовом рынке электроэнергии и мощности, и, потери электроэнергии с декомпозицией по уровням напряжения;

- установлены закономерности формирования управляющих воздействий в электропитающих системах для гибкого управления динамикой их топологии на основе нейронных сетей с прямой передачей сигнала при почасовом прогнозировании изменения структуры управления;

- определены зависимости для оперативного прогнозирования электропотребления, учитывающие ценологические свойства распределения состояния электроэнергетического объекта, и, закономерности формирования нагрузок сетевых компаний на основе нейронных сетей;

- разработан алгоритм формирования электропитающих систем, учитывающий топологию транзитных потоков мощности, несвязанных и несмежных участков сетей, сложнозамкнутую конфигурацию сети и требуемую информативность исходных данных;

- установлено, что наибольшую точность расчета рациональных режимных параметров электропитающих систем обеспечивают интеллектуальные адаптивные системы, устанавливающие недостающие исходные данные в соответствии с их условиями эксплуатации;

- установлены зависимости для определения требуемой точности формирования управляющих воздействий, учитывающие погрешность оценки потерь и расчет режимных параметров сети (коэффициента мощности головного участка, доли потребления промышленной нагрузки, номенклатуры и суммарной длины линий).

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены физически обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми составляет 10,5%.

Практическое значение. Разработаны методика расчета рациональных режимных параметров электропитающих систем и алгоритм гибкого управления динамикой их топологии на основе нейронных сетей с прямой передачей сигнала при почасовом прогнозировании изменения структуры управления, инфорационно-программное обеспечение их реализации, учитывающее в комплексе характеристики условий их эксплуатации на рынке электроэнергии и мощности, и, погрешности электроэнергии с декомпозицией по уровням напряжения.

Реализация результатов работы.

1. Результаты работы используются в ООО «ПромЭнергоСбыт» при формировании рациональных режимов работы и управляющих воздействий в электропитающих системах, в комплексе учитывающих характеристики условий их эксплуатации на оптовом рынке, и, потери электроэнергии с декомпозицией по уровням напряжения.

2. Разработанный комплекс программных средств, предназначенный для расчета параметров установившихся режимов электропитающих систем внедрен в учебный процесс в курсах: «Переходные процессы в СЭС», «Электропитающие сети и системы», в комплексном курсовом проекте по дисциплине «Электроснабжение» на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий ГОУ ВБПО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева».

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались: на кафедре “Электроснабжение промышленных предприятий” национального исследовательского университета «Московский энергетический институт» в 2009-2011 гг., на научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Московского энергетического института (технического университета) в 2011 и в 2012 гг., V-VII научно-технической конференции молодых учёных и аспирантов НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева (Новомосковск, 2006-11 г.), XXIX сессии Всероссийского семинара «Кибернетика энергетических систем» в ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2010г.). Результаты диссертационной работы были представлены в конкурсе «Энергетика молодых» в 2012г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы и приложения. Основная часть содержит 125 страниц машинописного текста, 81 рисунок, 20 таблиц. Список использованной литературы включает 127 наименования работ отечественных и зарубежных авторов на 12 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, отмечаются научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проводится обобщение и анализ научно-практической литературы по конструктивным схемам городских электропитающих систем, условиям их эксплуатации, методам моделирования и прогнозирования динамики электропотребления.

Показано, что множество объектов должны рассматриваться как целостная система – электротехнический комплекс, отражающий единство производства, передачи и потребления электроэнергии.

Проанализированы существующие закономерности формирования электротехнических комплексов в современных условиях, учитывающие организационные основы функционирования ОРЭМ, нормативно-технические требования к участникам рынка электроэнергии и технико-экономические управляющие воздействия на потребителей электроэнергии за счет ее распределения коммутационными устройствами электропитающих систем, т.е. между потребителями электроэнергии и субъектами электроэнергетики, сетевыми и сбытовыми компаниями (новые формы и функции отдельных субъектов комплекса, где промышленные предприятия выступают как электроснабжающие организации, и, одновременно, как абоненты).

Обосновано, что для расчета и прогнозирования показателей электропотребления должны быть использованы регрессионные методы и математические модели, учитывающие нестационарность их изменения, где наиболее эффективным периодом прогнозирования является суточный график нагрузки. При синтезе формирования сетей должны учитываться наличие транзитных потоков мощности, не связанных и несмежных участков сетей, сложнозамкнутые конфигурации сети и требуемая информативность исходных данных, и, что при прогнозировании электропотребления (мощности) и режимов работы электропитающих систем наиболее эффективно использовать методы искусственного интеллекта и нейронных сетей.

Вторая глава посвящена разработке прогнозной модели для прогнозирования графиков электропотребления и электрических нагрузок, и, определению динамики топологии управления электропотреблением и коммутирующими устройствами электропитающих систем.

Установлена нестационарность рядов электропотребления, что приводит к ограниченной применимости экстраполяционных прогнозных моделей. Сформулированы требования к прогнозам для формирования объемов закупки электроэнергии на ОРЭМ.

Адаптированы с учетом требований ОРЭМ (формирование суточного ГН за неделю с возможной корректировкой) методы построения моделей. При краткосрочном прогнозировании электропотребления применима модель авторегрессии – проинтегрированного скользящего среднего АРПСС (p, d, q):

Ф(B) d W(t) = (B) e t, (1)

где Ф(B)=1-Ф1В-Ф2В2-…-ФрВр – оператор авторегрессии порядка р; В – оператор сдвига назад W(t)=B(W(t+1)); (В)=1-1В-2В2-…-qВq – оператор скользящего среднего порядка q; d – оператор разности порядка d, 1W(t)=W(t)-W(t-1); еt – стационарный случайный процесс с нулевым математическим ожиданием и дисперсией е2. Случайная величина еt в модели является разностью прогнозного на один шаг вперед Wпр(t) и фактического значений электропотребления Wф(t):

e t=Wпр(t)-Wф(t). (2)

Для оперативного прогнозирования в случаях, когда аналитически невозможно определить вид зависимости параметров электропотребления от каких-либо факторов, использован аппарат искусственных нейронных сетей (НС) с прямой передачей сигнала, к которым, в частности, относятся многослойные персептроны. При этом выбраны влияющие параметры, проведена предобработка входных данных, включающая удаление пропусков, выбросов и требуемое масштабирование данных, выбор количества скрытых слоев, а также количества нейронов в каждом скрытом слое, выбор алгоритма обучения, а также данных, предназначенных для обучения НС.

Методом наименьших квадратов, минимизируется целевая функция ошибки НС:

, (3)

где – реальное выходное состояние нейрона j выходного слоя N НС при подаче на её входы p-го образа; djp – идеальное (желаемое) выходное состояние этого нейрона. Суммирование ведется по всем нейронам выходного слоя и по всем обрабатываемым сетью образам. Минимизация выполняется методом градиентного спуска:

, (4)

где wij – весовой коэффициент синаптической связи, соединяющей i-ый нейрон слоя n-1 с j-ым нейроном слоя n, – коэффициент скорости обучения, 0<<1.

Рис.2. Структура формирования ГН головных участков электропитающих систем

Для повышения достоверности и надежности почасового прогнозирования выбирается типовой график из предыстории. При этом на основании цикличности электропотребления предполагается наличие в предыстории характерных по режиму электропотребления суток. Процедура прогнозирования в этом случае основывается на анализе исходных графиков электропотребления и выявлении устойчивых связей и циклических зависимостей; на основе него разработаны алгоритм моделирования нагрузок комплекса для ГТП и структура формирования ГН головных участков электропитающих систем (рис. 2). Формирование графиков головных участков выполнены поэтапно:

1. получение исходных графиков по данным АСКУЭ.

2. формирование графиков нагрузки для характерных дней недели.

3. оценка суточного электропотребления (как лимитирующий фактор для прогноза ГН) и формирование таким образом начального приближения для использования нейросетевого алгоритма.

4. формирование суточного ГН (краткосрочный прогноз с периодом упреждения 7 дней).

5. формирование объемов закупки электроэнергии на ОРЭМ.

Алгоритм формирования ГН у потребителей (не используется при формировании объемов на ОРЭМ, но необходим при расчете нагрузочных потерь) учитывать как лимитирующий фактор график головного участка. Производится верификация графиков среднего напряжения (СН1 и СН2) по критерию соответствию статистического и расчетного ГН ГТП, на основе чего разработаны структуры формирования ГН потребительских подстанций электропитающих систем и динамика топологии управления электропотреблением предприятия (рис. 3,4). Таким образом, восстанавливается информация для применения более точного метода расчета потерь (оперативных расчетов).

Рис. 3. Структура формирования ГН потребительских подстанций электропитающих систем

Рис. 4. Динамика топологии управления электропотреблением предприятия

Разработаны методы оперативного прогнозирования электропотребления, учитывающие ценологические свойства распределения состояния электроэнергетического объекта, и, математического моделирования нагрузок сетевых компаний на основе нейронных сетей, а также способ их реализации в алгоритмически-программном его использовании при управлении динамикой топологии управления электротехническими коммутационными устройствами электропитающих систем.

Установлена требуемая точность краткосрочного прогноза суточного графика нагрузки на основе построения нейронно-сетевого алгоритма прогнозирования изменения структуры управления.

В третьей главе разработана методика определения условий формирования управляющих воздействий в электротехническом комплексе городских электропитающих систем на основе моделирования режимов их работы, динамики функционирования и определения требуемой точности формирования управления изменением ее структуры, с учетом потерь на всех уровнях напряжения при неполноте исходных данных. Для реализации обоснован в качестве объекта исследования ОРЭМ Тульской области (рис. 5.)

Рис.5. Структура ОРЭМ (Тульская обл). а) покупка электроэнергии; б) отпуск электроэнергии в сеть.

Центральное место в рассматриваемом электротехническом комплексе занимает ОАО «ТГЭС». Основной вид деятельности – передача по электрическим сетям и распределение электроэнергии. Основные показатели приведены на рис.6.

Рис.6. Динамика основных показателей ОАО «ТГЭС».

Рис.7. Динамика количества и установленной мощности силовых трансформаторов.

Сеть «ТГЭС» представлена подстанциями с высшим напряжением 110, 6(10) кВ, содержит одну группу точек поставки электроэнергии на напряжении 110 кВ, 17 ГТП для абонентов. В последнее время наблюдается неуклонный рост числа и мощности трансформаторных подстанций (рис. 7), что отвечает основной тенденции развития региона. По официальным данным завялена неизменная номенклатура и длина воздушных и кабельных линий напряжения СН2.

Система учета параметров электропотребления «ТГЭС» в настоящий момент использует электронный процессор MS Excel. Основой для расчета параметров режима являются данные АСКУЭ на ВН, также для абонентов есть графики нагрузки в режимные дни (зимний и летний), а также графики транзитных перетоков. Таким образом, исходными данными для проведения исследования явились ситуационные планы сетей (по ним определена длина воздушных линий и составлены схемы замещения); оперативные схемы подстанций (определено положение коммутационных аппаратов для номинального режима эксплуатации); графики потребляемой мощности головных питающих участков; месячное электропотребление; токовые нагрузки подстанций (на оперативных схемах – токовые нагрузки).

Расчет основных составляющих технологических потерь (нагрузочные потери СН-2; потери, обусловленные погрешностью системы учета) проведен с использованием комплекса РТП-3. Условно-постоянные потери, определяемые номенклатурой электрооборудования, и сводные таблицы рассчитаны в MS Excel (табл.1).

По результатам расчета установлено: 1. Выявлены «аномальные» объекты сети, для которых необходимо первоочередное проведение энергоаудита. В частности, в средних нагрузках следует уточнить токовый замер для подстанции ПС65 «Кремль». Для фидера №108 коэффициент загрузки трансформатора КЗ=0,93. 2. Различаются в соответствии с разными документами величины электропотребления различных объектов. Это является объективным свойством сложной в кибернетическом смысле системы. 3. Результаты, полученные с помощью комплекса РТП-3, требуют постоянного анализа. Речь идет о расчете потерь, вызванных погрешностью системы учета, и нагрузочных потерь (на всех уровнях напряжения). 4. Неоднозначность учета потерь, вызванных погрешностью системы учета, обусловленная идеологией, заключающейся в том, что планируемые потери рассматриваются в пределах отчетных потерь – расчетные потери не могут превышать фактические. Если в базовом году технологические потери электроэнергии превышают фактические (отчетные) потери электроэнергии, то в регулируемом году потери электроэнергии, обусловленные допустимыми погрешностями системы учета, принимаются равными нулю. Таким образом, налицо противоречие: потери при более точной системе учета могут учитываться в балансе электроэнергии, при менее точной – игнорироваться.

Таблица 1. Структура технологических потерь для периода регулирования.

Расчет нагрузочных потерь с сети 6-10 кВ имеет неопределенность, вызванную принятием равенства электропотребления базового и регулируемого периода. Это не отражает основную тенденцию развития региона. Тем не менее, отсутствует легитимная методика перспективной оценки годового электропотребления в условиях неполноты информации. В годовых отчетах компаний ОАО «ТГЭС», ОАО «ТЭК» сказано, что нет данных для оценки на перспективу отпуска электроэнергии в сеть ввиду следующих факторов: 1. Частичная или полная остановка (временная) работы большинства предприятий Тульского региона. 2. Отсутствие фактических данных по потреблению из-за сбоя в работе АНИС КУЭ. 3. Не соответствие фактической погоды прогнозной.

В этой связи применен статистический метод прогнозирования годового электропотребления (отпуска электроэнергии в сеть) и графиков электрических нагрузок подстанций (узлов нагрузки).

Неопределенность расчета потерь в сети НН вызвана использованием метода обобщенной характеристики сети – использовать метод средних нагрузок не представляется возможным ввиду отсутствия информации, необходимой для составления «поопорной» схемы сети 0,4 кВ, а также громоздкостью схемы и большой трудоемкостью определения ее параметров. В этом случае потери в линиях:

, (5)

где: – коэффициент, учитывающий характер распределения нагрузок по длине линий и неодинаковость нагрузок фаз; – суммарный отпуск электроэнергии в N линий, тыс. кВтч; – доля электроэнергии, потребляемая на расстоянии 1-2 пролета от ТП, по отношению к суммарному отпуску в сеть 0,4 кВ. – коэффициент реактивной мощности; – эквивалентная длина линии, км; – среднее сечение головного участка, мм2; – коэффициент заполнения графика нагрузки сети 0,4 кВ.

Топология сети 0,4 кВ не является однозначной – одну и ту же ветвь в разных условиях можно рассматривать и как фрагмент магистрального участка, и как ответвление. При различных исходных данные получены кардинально различные значения нагрузочных потерь сети 0,4 кВ (табл.2).

Таблица 2. Результаты расчета нагрузочных потерь сети НН

Сечение головного участка Fгi, мм2 50 50 42,5 35
Количество линий 0,4 кВ N, шт. 3210 3210 3210 3210
Длина магистрали, км 30,5 35 30 40
Длина двухфазных и трехфазных ответвлений, км 1266 1266 1136 1266
Длина однофазных ответвлений, км 5096 5096 5056 5096
Потери электроэнергии W, кВтч 56769,572 57938,639 58719,636 83011,054
Потери электроэнергии W, % 9,20 9,39 9,63 13,45

По итогам анализа результатов расчета определена необходимость разделения исходных данных на две качественно отличающиеся группы. В первую входят параметры, которые могут быть определены достаточно точно по статистической отчетности (общая протяженность линий, число линий, доля трехфазных ответвлений) или по смоделированным ГН (коэффициент мощности, коэффициент формы графика). Во вторую – параметры, определение которых вызывает затруднение ввиду неоднозначности схемных характеристик (это объективное свойство системы). Установлено, что из второй группы определяющим для величины потерь (и как следствие, точности расчета) является сечение головных участков. Ввиду несимметрии нагрузок по фазам и неравномерности распределения нагрузок по длине линий использовать методы, основанные на расчете параметров режима, сложно.

В то же время, необходим совместный расчет электрической сети 6-10 кВ и всех питающихся от нее сетей 0,4 кВ. Только тогда имеется возможность: уточнить потокораспределение, потери напряжения, мощности и электроэнергии в сети 6-10 кВ за счет более точного знания нагрузок присоединенных ТП; рассчитать баланс нагрузок и электроэнергии по сетям 6(10) 0,38 кВ с учетом технических потерь мощности и электроэнергии в них; определить участки сети с недопустимым небалансом электроэнергии.

Разработан декомпозиционный метод расчета режимных параметров электропитающих систем (непосредственный расчет с использованием топологии ВН, СН1, СН2, и для сети НН по укрупненным показателям), учитывающий уровень изменения динамики топологии и формирования управляющих воздействий, на основе установленной, как большей, точности их расчета, которую обеспечивают интеллектуальные адаптивные системы, восстанавливающие недостающие исходные данные в соответствии с их условиями эксплуатации. Определены условия реализации алгоритма оценки электропотребления и динамики топологии управления на основе нейронных сетей и численного эксперимента по формированию технических потерь, и, установлены зависимости для расчета их требуемой точности, учитывающие погрешности оценки потерь и режимных параметров сети НН (коэффициент мощности головного участка, доли потребления промышленной нагрузки, номенклатуры и суммарной длины линий).

Четвертая глава посвящена повышению эффективности функционирования электротехнического комплекса городских электропитающих систем на основе оперативного прогнозирования управляющих воздействий с учетом суточных графиков нагрузок, и, при применении эффективной динамики топологии управления, учитывающей нагрузочные потери и графики нагрузок.

Установлено, что графики характерных дней недели являются подобными. Построены суточные ГН для выходных (суббота, воскресенье, праздники) дней. Коэффициент корреляции в пределах суток близок к 0,99. Это подтверждает правильность разбиения ГН по характерным дням недели (рис.2).

Рассчитывая параметры установившегося режима (использован известный метод узловых уравнений, приводящий при задании нагрузок мощностями к итерационным зависимостям и реализованный программно в Matlab), получены токи в ветвях схемы и напряжения в узлах, как следствие – потоки мощности и потери мощности. Установлено, что расчетные токи головных участков (ГУ) не соответствуют наблюдаемым (показания АСКУЭ) – рис.8. При этом потери сети СН2, рассчитанные по нагрузкам подстанций составляют 9,2%, по графикам головных участков – 6,6%. При этом учет параметров ГУ реализован гораздо лучше (в соответствии с требованием нормативных документов для выхода предприятия на ОРЭМ в ГТП должны быть установлены АСКУЭ).

Рис.8. Суточный график нагрузки головного участка (данные АСКУЭ).

Рис.9. Смоделированный суточный график нагрузки головного участка.

Токовые замеры нагрузок НН выполнены в разные моменты времени, поэтому не образуют единого связанного режима, а также погрешностями системы учета. Проведена коррекция параметров нагрузок таким образом, чтобы токи на головных участках были равны фактическим, а токовые нагрузки при этом используются только для соотношений между ними. При схеме с одним источником подобная задача решается однозначно. Для сетей с несколькими источниками использовано моделирование нагрузок сетей с использованием нейронных сетей и применением интеллектуальных адаптивных систем на основе статистического графика нагрузки.

Использование статистического графика нагрузки позволяет применить для расчета потерь сетей метод оперативных расчетов, выстраивая график нагрузки для любого периода наблюдения. Расчет нагрузочных потерь методом контрольных суток был проведен с использованием РТП и стандартных алгоритмов перехода от потерь мощности к потерям электроэнергии. Расчет потерь в Matlab выполнен при оценке относительных потерь по величине нагрузки головного участка.

Таблица 3. Результаты расчета потерь электроэнергии

Метод Инструментальное средство Нагрузочные потери СН-2
W, тыс.кВтч W, %
Контрольных суток РТП-3 56642,18 5,14**
Контрольных суток Matlab 57413,57 5,21*
Оперативных расчетов Matlab 56091,19 5,09**

* - оценено по графику нагрузки головного участка; ** - оценено по отпуску электроэнергии в сеть.

Таким образом, можно говорить о сопоставимости результатов расчета – всеми тремя методами они находятся в пределах требований к общеинженерной точности расчетов (максимальное расхождение результатов не превышает 10,5%). Соответствует требованиям к точности расчета относительных потерь и их оценка по графику нагрузки головного участка (расхождение 2,33%). Минимальные нагрузочные потери получены методом оперативных расчетов – это согласуется с известными теоретическими положениями.

Разработана гибкая динамка топологии управления режимами работы электропитающих систем и установлены условия формирования эффективных управляющих воздействий на основе реализации программно-информационного обеспечения. Получены результаты оперативного прогнозирования, и, проведенных численного эксперимента и экспериментальных исследований, которые показали, что расхождение между теоретическими и экспериментальными исследованиями составило от 1,5% до 10,5%.

Оценка нагрузочных потерь электроэнергии подтвердила устойчивость гибкой динамики топологии управления на основе суточных графиков и показала, что эффективность режимов работы электротехнических систем повысилась до 30%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой поставлена и решена задача обоснования рациональных режимов работы электропитающих систем и гибкой динамики топологии управления ими на основе оперативного прогнозирования суточных графиков нагрузки, обеспечивающих повышение эффективности их функционирования за счет снижения потерь электрической энергии.

Основные результаты и выводы заключаются в следующем:

  1. Разработана математическая модель и алгоритм формирования электропитающих систем, учитывающая топологию транзитных потоков мощности, не связанных и несмежных участков сетей, смежнозамкнутую конфигурацию сети и требуемую информативность исходных данных.
  2. Определены рациональные режимные параметры электропитающих систем, учитывающие в комплексе характеристики условий их эксплуатации на оптовом рыке электроэнергии и мощности, и, потери электроэнергии с декомпозицией по уровням напряжения на основе исследования математической модели формирования их топологии.

3. Установлено, что наибольшую точность расчета рациональных режимных параметров электропитающих систем обеспечивают интеллектуальные адаптивные системы, устанавливающие недостающие исходные данные в соответствии с их условиями эксплуатации.

4. Получены зависимости для оперативного прогнозирования электропотребления, учитывающие ценологические свойства распределения состояния электроэнергетического объекта, и, закономерности формирования нагрузок сетевых компаний не основе нейронных сетей.

5. Приведено моделирование режимов электропотребления подстанций 6-10 кВ на основе восстановления недостающей информации с корректировкой баланса по точкам поставки электроэнергии, формирования графиков потерь мощности сети годового расхода электроэнергии на период регулирования и временных рядов электропотребления.

6. Установлены закономерности формирования управляющих воздействий в электропитающих системах для гибкого управления динамикой их топологии на основе нейронных сетей с прямой передачей сигнала при почасовом прогнозировании изменения структуры управления.

7. Установлены зависимости для определения требуемой точности формирования управляющих воздействий, учитывающие погрешность оценки потерь и расчет режимных параметров сети (коэффициента мощности головного участка, доли потребления промышленной нагрузки, номенклатуры и суммарной длины линий).

8. Определена требуемая точность краткосрочного прогноза суточного графика нагрузки на основе построения нейросетевого алгоритма.

9. Получены зависимости для прогнозирования годового электропотребления периода регулирования на основе адаптивных методов расчета составляющих потерь электроэнергии (нагрузочные, технические, технологические) и установленных условий формирования управляющих воздействий в течение базового года и периода регулирования.

10. Определены условия реализации алгоритма оценки электропотребления и динамики топологии управления на основе нейронных сетей, численного эксперимента и экспериментальных исследований по формированию технических потерь, которые показали, что расхождение между теоретическими и экспериментальными исследованиями не превысило 10,5%, и, подтвердили устойчивость гибкой динамики топологии управления, в результате которой достигнуто повышение эффективности режимов работы электропитающих систем до 30%.

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Жилин Б.В., Исаев А.С., Андреев Д.Е. Краткосорчное прогнозирование электропотребления сетевой компании // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Ч. 2. – С. 319-325.

2. Исаев А.С., Андреев Д.Е. Опыт использования комплекса РТП-3 для расчета потерь для сетевой компании // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Ч. 2. – С. 314-319.

Статьи в сборниках трудов и периодических изданиях

1. Андреев Д.Е. Перспективная оценка электропотребления химического многономенклатурного предприятия. // научный журнал «Приволжский научный вестник». №12(16). 2012. – С. 13-20.

2. Андреев Д.Е. Разработка методики определения потерь в питающих сетях в условиях неполноты информации // Материалы IX Международной научно-практической конференции «Стратегические вопросы мировой науки - 2013» Том 29. Технические науки.: Изд-во «Наука и студия». – С. 44-51.

3. Андреев Д.Е., Исаев А.С. Проблемы оценки потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения. // XIV научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов. Тез. докл. Ч.2. - Новомосковск, (ФГБОУВПО РХТУ им. Д.И. Менделеева. Новомосковский институт (филиал)), 2012, С.130-131.

4. Андреев Д.Е., Исаев А.С., Лобзов И.А. Сравнительный анализ методов оценки потерь в сетях 6-10 кВ. // Х научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов. Тезисы докладов / ГОУ ВПО РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал). Новомосковск, 2008. – С. 82-84.

5. Андреев Д.Е., Исаев А.С., Казаков Р.С. Разработка метода оценки потерь в условиях неполноты исходных данных. // «Ценологические исследования». Вып. 46. М.: Технетика, 2012. С.314-319.

6. Андреев Д.Е., Степанов В.М. Интеллектуальная адаптивная система распределения электроэнергии // Патент на полезную модель (рег. №2013141019 от 06.09.2013)

Изд. лиц. ЛР №030300 от 12.02.97. Подписано в печать

Формат бумаги 60х84. Бумага офсетная.

Усл-печ. л. 1,1. Уч.изд.л.1,0.

Тираж 100 экз. Заказ___

Тульский государственный университет

300012, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ

300012, г. Тула, просп. Ленина, 95.



 
Похожие работы:

«ЛАВРЕНТЬЕВ Владимир Александрович ВЛИЯНИЕ СВЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭПОКСИДНОГО КОМПАУНДА Специальность 05.09.10. – Электротехнология А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Саратов 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент...»

«НОЯБРЬ А А 471 Алексеев, Александр Сергеевич. Самонастройка регуляторов исполнительных подсистем мехатронных устройств : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. 05.13.01 / А. С. Алексеев ; науч. рук. В. И. Гончаров ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - Томск, 2010. - 20, [1] с : ил. - Библиогр.: с. 19-20 Экземпляры всего: 1 счз1 (1) А А 810 Аринова, Наталья Владимировна. Автоматизация технологического процесса дозирования...»

«Аль-Равашдех Айман Ясейн МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иркутск – 2008 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Иркутский государственный технический университет”. Научный руководитель: кандидат технических наук,...»

«ВОЛОШКИН Михаил Михайлович ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И СНИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАССРЕДОТОЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2006 Работа выполнена в Санкт-Петербургском госуда р ственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом униве р...»

«Кузнецов Кирилл Юрьевич Полупроводниковый комплекс для импульсного электропитания частотно-регулируемых озонаторов Специальность 05.09.12 - Силовая электроника Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород - 2008 Работа выполнена на кафедре Электрооборудование судов Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ, дДоктор технических наук,...»

«АНАНЬЕВ Сергей Станиславович АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С УЛУЧШЕННЫМИ ВИБРОШУМОВЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иваново 2008 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина (ИГЭУ). Научный руководитель: доктор технических...»

«Бычин Максим Анатольевич ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И АЛГОРИТМОВ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ДЛЯ СЕТЕЙ С РЕЗИСТИВНО-ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010 Работа выполнена в государственном образовательном учреж ­ дении высшего профессионального образования Санкт-Петер ­ бургском государственном горном институте им....»

«Раев Владимир Альбертович ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород - 2008 Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом универ­ситете им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) на кафедре Электрооборудование судов. Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Титов...»

«Корнеев Константин Викторович Переходные процессы в специальных асинхронных двигателях Специальность 05.09.01 – Электромеханика и электрические аппараты Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный руководитель: кандидат технических наук,...»

«Доценко Анастасия Владимировна ОПТИМИЗАЦИЯ УЩЕРБА И РЕЗЕРВИРОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОК СВЧ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА Специальность 05.09.10 – Электротехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Саратов 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Архангельский Юрий Сергеевич Официальные...»

«АЛФЕРЕНОК АРТЕМ АЛЕКСАНДРОВИЧ РАЗРАБОТКА ИНДУКЦИОННОЙ КАНАЛЬНОЙ ПЕЧИ С УПРАВЛЕНИЕМ ДВИЖЕНИЕМ РАСПЛАВА В КАНАЛЕ Специальность 05.09.10 – Электротехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре Физика электротехнических материалов и компонентов и Автоматизированные электротехнологические комплексы Московского энергетического института (технического университета). Научный руководитель: доктор...»

«Сухенко Николай Александрович АКТИВНЫЕ СИЛОКОМПЕСИРУЮЩИЕ Электромеханическ ИЕ систем Ы СБАЛАНСИРОВАННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новочеркасск 2011 Работа выполнена на кафедре Электропривод и автоматика в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Южно-Российском государственном техническом...»








 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

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.