Технические науки / 5. Энергетика 

д.т.н., проф. Лежнюк П.Д., к.т.н. Рубаненко Е.А., асп. Гунько И.А.

Винницкий национальный технический университет, Винница

Оптимальное управление нормальными режимами электроэнергетических систем с учётом нормативного значения потерь электроэнергии и tgj

 

Задача уменьшения потерь электроэнергии при ее транспортировке является актуальной. Одним из способов уменьшения потерь электроэнергии, который хорошо зарекомендовал себя в распределительных сетях, есть их нормирование. Для достижения нормативного значения технических потерь электроэнергии нужно контролировать текущее значение потерь не только активной мощности, но и реактивной. То есть нужно осуществлять оптимальное управление нормальными режимами электроэнергетических систем (ЭЭС) таким образом, чтобы соотношение между реактивными и активными потоками мощности, которые протекают по линии не выходило за нормативное значение [1]. Таким образом, нужно контролировать tgj, чтобы текущее его значение не превысило планового. Поэтому при оптимальном управлении нормальными режимами ЭЭС целесообразно в качестве критериев оптимальности использовать нормативное значение потерь электроэнергии и tgj, и пытаться их значение привести к плановому.

Следовательно актуальной является задача совершенствования существующих и разработки новых методов оптимизации режимов ЭЭС, когда критерием оптимальности  являются tgj и нормативное значение потерь электроэнергии,  во время передачи электроэнергии с учетом зоны нечувствительности, экономической эффективности управляющих влияний и технического состояния трансформаторов с РПН.  Хорошо приспособленным для решения такой оптимизационной задачи и для анализа полученных результатов есть критериальный метод. Поскольку критериальный метод используется при решении широкого круга сложных задач оптимального управления нормальными режимами ЭЭС, то в отдельных случаях он нуждается в последующем усовершенствовании, в частности путем сочетания критериального программирования с методами нейронечёткого моделирования.

 Также, актуальность проведенных исследований предопределена недостаточностью оснащения ЭЭС современными системами телемеханики и связи, которая вызывает неполноту и погрешности в исходных данных для расчета параметров нормального режима. Для повышения эффективности оптимального управления целесообразно использовать общую методологическую базу и системный подход на всех этапах решения задачи оптимального управления, начиная с формирования математической модели и заканчивая практической реализацией оптимальных решений. Достаточно перспективным в этом плане является использование обобщающих методов теории подобия. Хорошо приспособленным для решения оптимизационных заданий и анализа полученных результатов является критериальный метод (КМ).

Но пока еще остается не полностью решенной проблема оптимального управления с использованием теории подобия и его методов, в частности КМ в условиях неполноты исходных данных.

Таким образом, целью данной  работы является уменьшение потерь мощности в электроэнергетических системах за счет совершенствования управления параметрами нормальных режимов с учетом нормативного значения потерь мощности и tgj.

При оптимальном управление  нормальными  режимами ЭЭС нужно контролировать отклонение текущих потерь мощности от планового их значения:

                                                  (1)

где ΔР - текущие потери мощности; ΔР план  - плановые потери мощности.

Тогда, общесистемный комплексный критерий оптимальности:                     

                                                (2)

где ΔР  – текущие потери активной мощности в ЕЕС; P(δ) – мощность, эквивалентная убытку потребителей, обусловленному низким качеством напряжения; P(ω) – мощность, эквивалентная убытку в результате недоотпуска электроэнергии, вызванному отказами трансформаторов, в частности отказами устройств РПН;  – штрафная функция, которая вводится для учета ресурса трансформаторов, в частности переключений устройств РПН; q – количество регулируемых трансформаторов.

Задачу управления нормальными режимами  ЭЭС можно представить в таком виде [2, 3]:

минимизировать:

                                                                 (3)

 при условиях          ,,               (4)             

 

где y(x) - некоторый обобщенный критерий оптимальности (общесистемные потери мощности, плановые потери мощности, нормативное значение tgj); аі, αji – постоянные коэффициенты; xj – переменные параметры;  n – количество переменных параметров; m –  суммарное количество членов ограничений и целевой функции; m1 –  количество членов целевой функции; k – номер ограничения; mk – количество членов k-го ограничения; p – количество ограничений.

Соответствующая (1) двойственная задача может быть сформулирована таким образом [3, 4]:

максимизировать

                                            (5)

при условиях, которые представлены в виде ортонормированной системы уравнений          

                .             (6)      

где αnm – индексы членов системы уравнений (4), которые отвечают членам ограничений.

Так как матрица α, как правило, прямоугольная, то система уравнения (6) формирует область решений двойственной задачи критериального программирования (КП), в которой находится и оптимальное решение. Размерность области решений в КП принято определять мерой сложности t=m-n-1. Область решений может быть сформирована путем выделения базисных (независимых) критериев подобия и превращения матрицы α методом Гаусса-Жордана. В результате такого превращения получаются векторы нормализации, которые связывают зависимые критерии подобия с базисными. В условиях неопределенности предлагается записать базисные критерии подобия через функции принадлежности. Тогда вектор критериев подобия с использованием функций принадлежности для базисных критериев подобия запишется [4]:

,,                                             (7)

mb – функции принадлежности для базисных критериев подобия; βoi –элемент вектора нормализации; βib – элемент вектора невязки. 

Модель нормативной характеристики технических потерь с учетом взаимовлияния факторов

Для учета взаимовлияния факторов воспользуемся уравнением [2]

            .                                              (8)

Получив один раз НХТПМ (нормативную характеристику технических потерь мощности), ею можно пользоваться в дальнейших расчётах. Если выбрать такие влияющие факторы, что их значение можно изменять имеющимися средствами управление (перетекания мощности по линиям), то НХТПМ может быть использована в задачах оптимального управления. Плановое значение технических потерь мощности рассчитывается  путем   подстановки значений влияющих факторов в нормативную характеристику технических потерь мощности. ПЗТПМ (плановое значение технических потерь мощности) служит ориентиром при оптимальном управлении нормальными режимами ЕЕС и ограничивает интенсивность работы регулирующих устройств (например, трансформаторов с РПН). Целевая функция запишется в таком виде [6] (рассмотрим только для активных потерь, так как для реактивных потерь аналогично):

минимизировать  

                                                                      (9)

при условиях

                    (10)

где Pc – влияющий фактор, значение которого не изменяется в темпе процесса или на которое мы не можем повлиять с помощью регулирующих устройств, потому будем считать постоянным.  Распишем целевую функцию (2)

,                                                     (11)

где и – коэффициенты модели,  и  влияющие факторы (потребление мощности от электростанций, для которых, топливом являются возобновляемые источники энергии: вода, ветер, солнце и т.д.).

В выражении (2) не учитываем апроксимационную постоянную С, потому что  ее значение будем считать постоянным. Для трех влияющих факторов, значения которых оптимизируются, распишем уравнение (8) в виде

минимизировать

      (12)

при условиях (10).

Двойственная функция имеет такой вид:

максимизировать

                (13)

при условиях

 . (8)

Мера сложности .

Для нахождения критериев подобия используем их сходство с функциями принадлежности. Подадим критерии подобия функциями принадлежности.

Блок-схема алгоритма расчёта плановых значений активной мощности, реактивной мощности и плановое значение изменения tgj.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 - Блок-схема обобщеного алгоритма расчёта планового значения технических потерь мощности

 

Выводы:

Предложен метод оптимального управления нормальными режимами ЭЭС с использованием средств теории подобия, который в отличие от известных базируется на нейронечётком моделировании критериев подобия, что позволяет повысить эффективность оптимальных решений относительно уменьшения потерь электроэнергии во время ее транспортирования.

Усовершенствован метод определения нормативных характеристик технических потерь мощности (ТПМ)  в электрических сетях ЭЭС, который отличается использованием для определения коэффициентов нормативных характеристик ТПМ критериального программирования и нейронечёткого моделирования, что позволяет повысить точность планирования мероприятий по приближению реальных значений потерь активной мощности к нормативным и определить изменение tgj.

Литература:

1.                Стогній Б. С. Сталий розвиток енергетики та інтелектуальні  енергетичні системи / Б. С. Стогній // Праці Ін-ту ел-ки НАН України. – 2010. – С. 6–9.

2.                Железко Ю. С. Расчёт и анализ потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчётов / Железко Ю. С., Артемьев А. В., Савченко О. В. – М. : ЭНАС, 2008. – 280 с.

3.                Воротницкий В. Э. Нормирование и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях: результаты, проблемы, пути решения / В. Э. Воротницкий // Энергоэксперт. – 2007.– №3. – С. 10-18.

4.                Розпорядження Кабінету Міністрів України від 15 березня 2006 року № 145 «Про схвалення Енергетичної стратегії України на період до 2030 року».

5.                Райхенбах Т. М. Європейський досвід у використанні потенціалу сільського господарства для виробництва відновлювальної енергії / Т. М. Райхенбах // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Вип. 132. Технічні системи і технології тваринництва. – ХНТУСГ. – Х., 2013. – С. 530–535.

6.                Лежнюк П.Д. Оптимальне керування нормальними режимами електроенергетичних систем критеріальним методом з використанням нейро-нечіткого моделювання / П.Д. Лежнюк, О.О. Рубаненко. –  Вісник ВПІ. – Вінниця. – 2012. – №2.