Оперативне визначення втрат активної потужності на корону у високовольтних лініях електропередач змінного струму

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи

ОПЕРАТИВНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ВТРАТ АКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ НА КОРОНУ У ВИСОКОВОЛЬТНИХ ЛІНІЯХ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ ЗМІННОГО СТРУМУ

ВОЛХОНСЬКИЙ АНДРІЙ СЕРГІЙОВИЧ

Київ-2007

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у відділі моделювання електроенергетичних об'єктів і систем Інституту електродинаміки НАН України, м. Київ.

Науковий керівник	-	кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Черненко Павло Олексійович, Інститут електродинаміки НАН України, старший науковий співробітник відділу моделювання електроенергетичних об'єктів і систем.
Офіційні опоненти:	-	доктор технічних наук, професор Праховник Артур Веніамінович, директор Інституту енергозбереження та енергоменеджменту Національного технічного університету України “КПІ” МОН України;
	-	кандидат технічних наук, с.н.с., доцент Тугай Юрій Іванович, Інститут електродинаміки НАН України, провідний науковий співробітник відділу оптимізації систем електропостачання.
Провідна установа	-	Вінницький національний технічний університет МОН України (кафедра електричних станцій та систем), м. Вінниця.

Захист дисертації відбудеться ''06'' червня 2007 року об 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.03 в Інституті електродинаміки НАН України за адресою: 03680, м. Київ-57, просп. Перемоги, 56, тел. 456-91-15.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України (03680, м. Київ-57, проспект Перемоги, 56).

Автореферат розіслано 04 травня 2007 року

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради В.О. Саратов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Протягом тривалого часу в Україні і за кордоном, провадяться дослідження, спрямовані на розробку ефективних методів виміру, розрахунку і оцінки втрат активної потужності на корону у високовольтних повітряних лініях (ВПЛ) електропередач змінного струму. Великий внесок у вирішення теоретичних і практичних проблем, зв'язаних з короною, внесли: Г.Н. Александров, А.Б. Баламетов, Н.Б. Богданова, Н.П. Ємельянов, М.М. Зіцер, В.Д. Кравченко, В.І. Левітов, В.І. Попков, Л.І. Сиротинський, А.І. Тамазов, Н.Н. Тиходєєв, P.A. Abetti, R. Bartenstein, L. Boulet, F.M. Cahen, J.M. Carteron, J.J. Clade, A.H. Foley, C.H. Gary, R. Holm, B.J. Jakubczyk, R. Keitley, C.A. Lefevre, O. Mayr, O. Nigol, F. Olsen, F.W. Peek та інші.

У результаті проведених досліджень, узагальнення експериментального матеріалу була створена теорія корони змінного струму, отримані характеристики корони, запропоновані формули для розрахунків середніх, середньорічних, максимальних втрат потужності на корону, розроблені методи і прилади їхнього виміру.

Однак, існуючі методики для визначення втрат активної потужності на корону побудовані на ряді припущень і спрощень, пов'язаних з детермінованим представленням чинників, що впливають на корону (конструктивних, метеорологічних, режимних), а також незмінності пасивних параметрів ВПЛ, що вносить похибки в результати розрахунків при плануванні режимів електроенергетичних систем (ЕЕС) і їхньому оперативному керуванні.

У той же час відомо, що для ефективного оперативного керування ЕЕС необхідно враховувати реальні втрати активної потужності на корону, а при оперативній оптимізації режимів використовувати реальні залежності втрат активної потужності на корону від напруги.

Одержання реальних величин втрат активної потужності на корону шляхом їхніх прямих вимірів на високовольтних полігонах і діючих ВПЛ вимагає застосування спеціалізованого устаткування і вимірювальних пристроїв, пов'язане з великими витратами матеріальних ресурсів і організаційних зусиль. Але і ці, окремо виконані виміри втрат на корону, виконуються за умов фіксованих значень чинників, що впливають, і свідчать лише про порядок величини втрат і можуть бути використані тільки як наближені оцінки.

Тому однією з важливих і актуальних для зниження загальних сумарних втрат потужності в ЕЕС в умовах ринкових відносин в енергетиці України, є вирішення задачі оперативного визначення і мінімізації втрат активної потужності на корону. Використання сучасних засобів одержання і обробки оперативної інформації про параметри режиму ВПЛ створює реальні передумови для вирішення цієї задачі.

Стосовно діючих ВПЛ об'єднаної енергосистеми (ОЕС) України актуальність вирішення задач оперативних розрахунків і мінімізації втрат активної потужності на корону визначається такими основними чинниками: а) великою протяжністю ВПЛ із робочою напругою 330-750 кВ, у яких втрати активної потужності на корону у деяких випадках порівнянні і навіть перевищують навантажувальні втрати; б) різноманітністю метеорологічних умов різних регіонів України, через які проходять траси ВПЛ.

Актуальність і недостатнє опрацювання цих питань є підставою для проведення досліджень у рамках даної дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Напрямок дисертаційного дослідження пов'язаний із загальним напрямком наукової роботи відділу моделювання електроенергетичних об'єктів та систем Інституту електродинаміки НАН України. Дана робота є розвитком досліджень, спрямованих на удосконалення математичних моделей елементів ЕЕС для перевірки точності розв'язання задач оперативного аналізу та оптимізації режимів цих систем. Робота проводилася відповідно до розділів НДР: "Розробити та дослідити програму-прототип розрахунку поточних режимів енергосистем з уточненим моделюванням корони на лініях високої напруги", тема НДР - "Розробити методи математичного моделювання і програмне забезпечення АСДУ для підвищення надійності, живучості та енергоефективності енергетичних систем та енергооб'єднання України в сучасних умовах", шифр - "Система-3" (№ ДР 0101U003090), 2001-2005 рр., де здобувачем була виконана розробка алгоритму оперативного визначення втрат активної потужності на корону з ідентифікацією пасивних параметрів ВПЛ 750кВ; "Дослідити математичні моделі лінії електропередачі надвисокої напруги з урахуванням оперативної інформації", тема НДР - "Розробити моделі, методи та засоби забезпечення технологічної керованості за умов дотримання необхідного рівня надійності електроенергетичних систем та мереж", шифр - "ЗТК-П" (№ ДР 0104U003144), 2003-2006 рр., де здобувачем розроблені методика і алгоритми ідентифікації пасивних параметрів заступних схем прямої послідовності ВПЛ і визначення втрат активної потужності в процесі експлуатації.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка і дослідження методики і алгоритму оперативного визначення втрат активної потужності на корону у ВПЛ.

Досягнення поставленої в дисертаційній роботі мети вимагало вирішення наступних основних задач:

Виконати аналіз існуючих методів визначення втрат активної потужності на корону у ВПЛ і функціональних можливостей сучасних засобів одержання і обробки інформації про параметри режимів ЕЕС.

Запропонувати і обґрунтувати методику оперативного визначення втрат активної потужності на корону у ВПЛ із використанням можливостей сучасних оперативно-вимірювальних комплексів (ОВК) та мікропроцесорних систем реєстрації (МПСР) інформації автоматизованої системи диспетчерського управління (АСДУ) ОЕС України.

Розробити методику і алгоритми ідентифікації пасивних параметрів заступних схем прямої послідовності ВПЛ і визначення втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) у спеціально спланованих режимах і в процесі експлуатації.

Виконати порівняльний аналіз різних типів заступних схем прямої послідовності ВПЛ для використання при оперативних розрахунках по визначенню втрат активної потужності на корону і уточнення пасивних параметрів ВПЛ.

Виконати дослідження різних методів і відповідних алгоритмів апроксимації з метою вибору найбільш ефективного для оперативного визначення регресійних залежностей втрат активної потужності на корону від напруги.

Об'єкт дослідження - високовольтні лінії електропередач змінного струму.

Предметом дослідження є втрати активної потужності на корону.

Методи дослідження. Розв'язання поставлених задач виконувалося з використанням методів математичної статистики, чисельних методів оптимізації, методів планування експериментів і статистичних випробувань, прикладних методів об'єктно-орієнтованого програмування.

Наукова новизна одержаних результатів.

Удосконалена методика оперативного визначення втрат активної потужності на корону у ВПЛ змінного струму на основі синхронізованих за часом вимірів параметрів режиму ВПЛ із використанням сучасних МПСР інформації. Запропонована методика дозволяє здійснювати поточний моніторинг втрат активної потужності і пасивних параметрів ВПЛ.

Вперше розроблені і досліджені алгоритми оперативної ідентифікації пасивних параметрів заступних схем прямої послідовності ВПЛ (подовжніх опорів і поперечних провідностей) на основі спеціально організованих одиничних режимів (неробочого ходу і навантажувального) і поточних стаціонарних режимів у процесі експлуатації ВПЛ із використанням сучасних МПСР інформації.

Вперше показано, що оперативне визначення пасивних параметрів заступних схем прямої послідовності ВПЛ дозволяє уточнити параметри її математичної моделі, а також підвищити точність визначення втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) при розрахунках і оптимізації стаціонарних режимів ЕЕС.

Вперше запропонована, на основі оперативно визначених втрат активної потужності на корону, методика оперативного визначення регресійних залежностей втрат активної потужності на корону від напруги. Обґрунтовано, що для апроксимації оперативно визначеної залежності втрат активної потужності на корону від напруги найбільш доцільно використовувати ортогональні поліноми Чебишева, а для визначення мінімально необхідного ступеня полінома використовувати статистичний критерій Фішера.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Запропонована методика уточнення параметрів математичної моделі ВПЛ шляхом ідентифікації пасивних параметрів прямої послідовності дозволяє підвищити точність розрахунку стаціонарних режимів ЕЕС.

2. Розроблені методика і алгоритм оперативного визначення втрат активної потужності на корону і уточнення навантажувальних, забезпечують більшу точність розрахунку втрат потужності у ВПЛ.

3. Розроблена методика оперативного визначення залежностей втрат активної потужності на корону від напруги дозволяє підвищити ефективність і точність оптимізації поточних режимів ЕЕС.

Особистий внесок здобувача. Всі основні нові наукові результати, що ввійшли в дисертаційну роботу, отримані автором самостійно. В роботах, опублікованих у співавторстві, автору належать наступні результати. У роботі [1]- на основі аналізу існуючих методів визначення втрат активної потужності на корону у ВПЛ і функціональних можливостей сучасних засобів одержання і обробки інформації про параметри режимів ЕЕС запропонована і обґрунтована методика оперативного визначення втрат активної потужності на корону з використанням можливостей сучасних МПСР інформації (''Регіна''); у роботі [2] запропонована методика ідентифікації пасивних параметрів ВПЛ і визначення втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) у спеціально спланованих режимах; у роботах [3,4] наведені результати порівняльного аналізу різних типів заступних схем ВПЛ, запропоновано заступну схему ВПЛ 750 кВ, що враховує в явному вигляді втрати активної потужності на корону і додаткову ємність, викликану реактивним ефектом корони; у роботі [5] наведено результати дослідження різних методів і відповідних алгоритмів апроксимації регресійних залежностей втрат активної потужності на корону від напруги, запропоновано ефективний метод для використання при оперативному визначенні втрат, запропоновано підхід для оцінки мінімально необхідного ступеня апроксимуючого полінома з використанням критерію Фішера, а також наведено опис розробленого прикладного програмного забезпечення; у роботі [6] запропонована методика ідентифікації пасивних параметрів ВПЛ і оперативного визначення втрат (навантажувальних і на корону) у процесі експлуатації.

Апробація результатів дисертації. Результати проведених досліджень доповідалися на семінарах: "Інформатизація електроенергетичних систем (2004, 2005 р.р.) секції 3 "Процеси в електроенергетичних системах" наукової ради НАНУ по комплексній проблемі "Наукові основи електроенергетики", на міжнародних конференціях "Проблеми сучасної електротехніки" (ПСЕ-2002, ПСЕ-2004). Автор брав участь у III конкурсі науково-технічних проектів молодих вчених (2003 рік), який проводився Київською міською державною адміністрацією і Національною академією наук України. Робота отримала відзнаку.

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 6 статей в фахових наукових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається із вступу, основної частини з чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації становить 209 сторінок, з яких 161 сторінка основного тексту, 28 рисунків, 12 таблиць, список використаних джерел з 82 найменувань та 3 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, відзначено зв'язок роботи з науковими темами, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об'єкт, предмет і методи дослідження, показано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, відображено основні результати проведеного дисертаційного дослідження, розглянуто питання апробації результатів дисертації на семінарах, конференціях, висвітлення їх у друкованих виданнях.

У першому розділі дисертації проведено аналіз робіт, присвячених питанням виміру, розрахунку і оцінки втрат активної потужності на корону у ВПЛ. Показано, що дані про величину втрат на корону, отримані як розрахунковим шляхом на підставі існуючих методик за відомими формулами, так і шляхом безпосередніх вимірів на дослідних полігонах можуть бути використані при розрахунках поточних режимів ЕЕС лише як наближені оцінки. Обґрунтовується актуальність і необхідність розробки методів оперативного визначення фактичних втрат активної потужності (як навантажувальних, так і на корону) у конкретних ВПЛ. Аналізуються шляхи підвищення точності оперативного визначення втрат потужності шляхом синхронізованих за часом пофазних вимірів параметрів режиму по кінцях ВПЛ (струмів, напруг і кутів зсуву між ними) за допомогою сучасних засобів реєстрації інформації. За параметрами режимів, які одержані шляхом вимірів, здійснено розрахунки активних і реактивних потужностей, а втрати на корону визначаються як різниця між сумарними і навантажувальними втратами. У свою чергу, для точного визначення навантажувальних втрат необхідно знати величину подовжнього активного опору (). У загальному випадку, маючи реальні значення параметрів режиму ВПЛ і реальні значення всіх її пасивних параметрів (подовжнього активного , реактивного опорів, поперечної активної і реактивної провідностей), можна визначати не тільки втрати на корону, але і навантажувальні як функції від параметрів режиму і пасивних параметрів ВПЛ. Тому, маючи синхронізовані за часом значення параметрів режиму по кінцях ВПЛ, можна ідентифікувати і значення всіх її пасивних параметрів. У такий спосіб вирішується задача уточнення в процесі експлуатації пасивних параметрів математичної моделі ВПЛ, що адекватно відбиває її поточний режим.

Виконаний аналіз функціональних можливостей сучасних вимірювальних засобів, МПСР інформації, інформаційно-діагностичних систем і програмно-обчислювальних комплексів дозволив обґрунтувати з урахуванням їх використання якісно новий рівень реалізації пропонованих підходів і методів. Зокрема, використання сучасних МПСР інформації (типу "Реґіна") як пристроїв телемеханіки, встановлених по обох кінцях ряду ЛЕП 330 кВ і 750 кВ НЕК "Укренерго", створює інформаційну базу для вирішення поставлених задач.

У другому розділі розглядаються питання підвищення точності оперативного визначення втрат активної потужності у ВПЛ.

В даний час, при розрахунках сталих режимів ЕЕС і їхньої оптимізації, пасивні параметри ВПЛ вважаються відомими і незмінними. У той же час, у реальних умовах експлуатації, активні опори і провідності повітряних ВПЛ не залишаються постійними, а змінюються під впливом різних факторів. Внаслідок цього, використовувана математична модель ЕЕС при оперативному визначенні втрат потужності подається у викривленому вигляді. Тому уточнення параметрів математичної моделі ВПЛ, що адекватно відображає процеси, які реально відбуваються в ній у сталих режимах, є важливою науковою і практичною задачею, у результаті вирішення якої підвищиться точність оперативного визначення втрат активної потужності у ВПЛ, а також розрахунків стаціонарних режимів ЕЕС.

У роботі пропонується методика підвищення точності визначення активних опорів і провідностей ВПЛ у спеціально спланованих режимах - неробочого ходу і навантажувальному. Розроблено методику оперативного визначення втрат активної потужності на корону з ідентифікацією пасивних параметрів ВПЛ для випадків П - та Т- подібних заступних схем.

Ідентифікація пасивних параметрів і розрахунок втрат активної потужності на ВПЛ виконується у такий спосіб. При гарній погоді, зниженням напруги шляхом регулювання анцапф автотрансформаторів, зменшуються втрати на корону до величини, що знаходиться в межах похибки виміру параметрів режиму (приблизно 2%). Виконуються синхронні виміри параметрів режиму по обох кінцях лінії в режимах: неробочого ходу і навантажувальному. За результатами першого режиму визначаються подовжній опір і поперечні провідності. За результатами другого - формуються баланси по активній і реактивній потужностях на початку і в кінці лінії і визначаються невідомі складові пасивних параметрів лінії.

Специфічною особливістю ВПЛ 750 кВ є наявність по її кінцях у кожній фазі лінії реакторів, що компенсують зарядну потужність. Оскільки в процесі експлуатації допускаються тривалі несиметричні за напругою режими при пофазному виводі реакторів у ремонт, то в заступній схемі ВПЛ вони повинні бути представлені в явному вигляді. Тому в роботі пропонується і обґрунтовується доцільність використання при оперативних розрахунках

У третьому розділі дисертаційної роботи наводиться опис розробленого алгоритму визначення значень пасивних параметрів ВПЛ ( , , , ) і втрат потужності (навантажувальних і на корону) на підставі синхронно, у процесі експлуатації вимірюваних наступних параметрів режиму: , , на початку лінії і , , в кінці лінії для П - і Т - подібних заступних схем ВПЛ. Формули для визначення розрахункових значень , , , на початку ВПЛ за вимірюваним значенням тих же параметрів ( , , ) в її кінці для типової моделі ВПЛ у вигляді Т - подібної схеми, мають наступний вигляд (знак "~" означає виміряні параметри режиму, а знак "-" означає їхні розраховані значення).

У математичній моделі ВПЛ є виміряні і розраховані по кінцях лінії параметри режиму. Аналіз формули (1) показує, що втрати активної потужності в лінії на корону:

Размещено на http://www.allbest.ru/

а навантажувальні втрати у лінії:

Таким чином, для визначення в процесі нормальної експлуатації втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) необхідно ідентифікувати значення пасивних параметрів ВПЛ.

Задача ідентифікації пасивних параметрів ВПЛ формулюється в такий спосіб. Мінімізується функція f(x) по параметрах , , , при обмеженнях на значення пасивних параметрів і потоки потужності:

Для реалізації запропонованого алгоритму ідентифікації пасивних параметрів і визначення втрат активної потужності було розроблено відповідне програмне забезпечення. Для перевірки правильності алгоритму і програмного забезпечення виконувалася серія розрахунків за даними добового режиму ВПЛ 330 кВ Хмельницький-Тернопіль. Результати розрахунків для П - подібної схеми наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Результати розрахунків пасивних параметрів ВПЛ 330 кВ Хмельницький-Тернопіль

Параметр	Початкові  значення пасивних параметрів	Обмеження на значення пасивних параметрів, [%]	Уточнені значення пасивних параметрів після розрахунків
			З урахуванням обмежень на перетоки	Без урахування обмежень на перетоки
R	3,86 Ом	± 20 %	4,42 Ом	3,69 Ом
X	29,5 Ом	± 8 %	27,26 Ом	27,23 Ом
b	0,000312 1/Ом	± 12,5 %	0,0003509 1/Ом	0,0003506 1/Ом
g	0,00000355 1/Ом	± 30 %	0,00000461 1/Ом	0,00000433 1/Ом

Обмеження на гранично допустимі похибки вимірювань і дорівнюють: , .

Втрати потужності дорівнюють:

при початкових значеннях пасивних параметрів - , ;

при уточнених значеннях пасивних параметрів з урахуванням обмежень на похибки вимірювань - ,;

при уточнених значеннях пасивних параметрів без урахування обмежень на похибки вимірювань - , .

Таким чином, уточнені значення пасивних параметрів суттєво відрізняються від початкових: активний опір став приблизно на 14,5% вище, реактивний опір зменшився на 7,6%, провідності і зросли відповідно на 12,5% і 29,8%.

Відповідно, приблизно на 27% відрізняються і втрати активної потужності на корону в лінії, розраховані по початковим і уточненим значенням пасивних параметрів з урахуванням обмежень на перетоки.

З метою перевірки правильності отриманих результатів розрахунків і їхньої фізичної інтерпретації був розроблений план і проведений повний факторний експеримент для визначення залежності цільової функції від пасивних параметрів ВПЛ при різних діапазонах їхньої зміни.

Розраховане кінцеве рівняння регресії для зрізу даних (відрізок стаціонарності тривалістю приблизно 2000 сек.) добового режиму ВПЛ 330 кВ Хмельницький-Тернопіль має вигляд:

.

Для визначення оптимальних значень пасивних параметрів використовувався метод крутого сходження Бокса-Уілсона. Розраховані уточнені значення пасивних параметрів без урахування обмежень на перетоки дорівнюють: втрата активна потужність корона

, .

Отримані результати збігаються з тими, які наведені в таблиці 1 (варіант без обмеження на перетоки). Таким чином, виконані розрахунки дозволяють зробити висновок, що запропонований алгоритм з достатньою для практики точністю дозволяє оперативно, в процесі експлуатації ідентифікувати пасивні параметри ВПЛ та визначати втрати активної потужності - навантажувальні та на корону.

Аналогічні розрахунки по визначенню пасивних параметрів та втрат активної потужності, з використанням відповідних формул, були виконані і для Т-подібної заступної схеми ВПЛ 330 кВ. Результати розрахунків (табл. 2) засвідчили, що розбіжності в одержаних значеннях втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) не перевищують декількох відсотків і знаходяться в межах похибок вимірів.

Таблиця 2. Результати розрахунків пасивних параметрів ВПЛ 330 кВ Хмельницький-Тернопіль, виконані по П- і Т- заступним схемам

Параметр	Початкові значення пасивних параметрів	Обмеження на значення пасивних параметрів, [%]	Уточнені значення пасивних параметрів після розрахунків
			П - подібна схема	Т - подібна схема
R	3,86 Ом	± 20 %	4,42 Ом	4,48 Ом
X	29,5 Ом	± 8 %	27,26 Ом	27,25 Ом
b	0,000312 1/Ом	± 12,5 %	0,0003509 1/Ом	0,0003409 1/Ом
g	0,00000355 1/Ом	± 30%	0,00000461 1/Ом	0,00000421 1/Ом

Втрати потужності дорівнюють:

П - подібна схема: ,;

Т - подібна схема: , .

Таким чином, для оперативного визначення втрат активної потужності в ВПЛ можно використовувати як П-, так і Т- подібну заступну схему.

Розглянута методика оперативного визначення втрат активної потужності у ВПЛ дозволяє вирішувати важливу наукову і експлуатаційну задачу з моніторингу втрат та пасивних параметрів лінії. В результаті можуть бути визначені сумарні втрати як в окремо узятій лінії, так і енергосистемі в цілому

У роботі були проведені обчислювальні експерименти для оцінки похибок (випадкових і систематичних) вимірів параметрів режиму ВПЛ на результати розрахунків втрат активної потужності. Встановлено, що випадкові похибки вимірів параметрів режиму ВПЛ викликають зміни середньоквадратичних відхилень втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) і можуть бути усунуті шляхом усереднення параметрів режиму на відрізках стаціонарності. Систематичні похибки параметрів режиму впливають на зміни математичного сподівання втрат і можуть бути скомпенсовані уведенням виправлень шляхом проведення паралельних вимірів за допомогою еталонних вимірювальних приладів.

У четвертому розділі дисертаційної роботи розглядаються питання оперативного визначення залежностей втрат активної потужності на корону від напруги ВПЛ.

При розв'язанні задач оперативного керування ЕЕС і ОЕС, після оцінювання стану, як правило, здійснюється оперативна оптимізація поточного режиму за напругою і реактивною потужністю. При цьому, в існуючих програмах оптимізації, для врахування втрат потужності на корону використовуються типові залежності втрат потужності на корону від вузлових напруг (?P_к=f(U)) для різних марок проводів і певних типових погодних умов. Тут важливо відзначити такі обставини.

По-перше, типові залежності ?P_к=f(U), як правило, представляються поліномами фіксованих ступенів.

U_P і U_H - реальні і номінальні вузлові напруги, l - довжина лінії.

Проведені дослідження показали, що апроксимація вищевказаних кривих поліномом визначеного фіксованого ступеня, зокрема, найбільш часто квадратичним поліномом, - не обґрунтована. Більшу точність може дати застосування поліномів більш високих ступенів. А в загальному випадку, доцільно мати критерій визначення оптимального ступеня апроксимуючого полінома в залежності від конкретних погодних умов і режиму роботи ВПЛ.

По-друге, використовувані в програмах оптимізації режимів типові характеристики ДP_к=f(U) для чотирьох видів погодних умов не відповідають реальним умовам експлуатації внаслідок того, що різноманітність погодних умов більше чотирьох і вони можуть бути різні по трасі лінії.

По третє, на окремих ділянках траси лінії (через її велику довжину), погодні умови можуть відрізнятися.

Таким чином, ефективність оперативної оптимізації режимів ЕЕС за напругою і реактивною потужністю підвищиться при використанні в розрахунках реальних, оперативно визначених залежностей втрат активної потужності на корону від вузлових напруг. Тому виникає задача вибору ефективного методу апроксимації цих залежностей і визначення статистично обґрунтованого ступеня апроксимуючого полінома.

Для вирішення поставлених задач у роботі були проведені дослідження трьох методів апроксимації регресійних залежностей ?P_к=f(U): поліноміальної регресії, послідовної регресії, ортогональних многочленів Чебишева. Основна увага приділялася обчислювальній стійкості алгоритмів, що реалізують дані методи і точності апроксимації. Дослідження методів апроксимації проводилося з використанням наявних у НЕК ''Укренерго'' кривих залежності питомих втрат на корону від напруги, отриманих шляхом відповідних вимірів на ВПЛ 750 кВ Вінниця-Західно-Українська для чотирьох типів погоди (дощ, паморозь, сухий сніг, гарна погода), а також отриманих у результаті розрахунків залежностей ?P_к=f(U) для різних видів погодних умов на трасі ВПЛ.

Розрахунки залежностей ?P_к=f(U) для змішаних видів погодних умов виконувались для ВПЛ 750 кВ довжиною 363 км. Лінія розбивалась на рівні відрізки, для кожного з яких задавались типові погодні умови. Втрати на корону від напруги для всієї лінії розраховувались з урахуванням регресійних залежностей ?P_к=f(U) на кожному з відрізків.

Загальними для трьох згаданих методів апроксимації є два критерії оцінки:

критерій оцінки параметрів математичної моделі (квадрат різниці між залежностями ДP_к = f(U), одержаними шляхом вимірів і шляхом розрахунків):

критерій оцінки максимального ступеня рівняння регресії f (a, x_i).

Значимість розходження між значеннями D_k і D_k+1 перевіряється за критерієм Фішера (, де k - ступінь свободи, р - рівень значущості).

Порівнювані методи відрізняються один від одного способами формування рівняння регресії f (a, x_i).

Для проведення розрахунків і досліджень були розроблені відповідні програми реалізації зазначених методів.

У програмах автоматично розраховувалися коефіцієнти апроксимуючих поліномів, а також статистичні характеристики: математичне сподівання, середнє квадратичне відхилення, дисперсія, середні відхилення, точки максимальних і мінімальних викидів, асиметрія, ексцес. Здійснювалася перевірка отриманого вибіркового розподілу на несуперечність нормальному закону розподілу.

Порівняльний аналіз результатів розрахунків показав, що найменші значення відхилень дисперсій між вихідними і розрахованими за рівняннями регресії даними дають розрахунки методами поліноміальної регресії і ортогональних многочленів Чебишева. Причому, результати по обох методах практично збігаються. Однак, метод ортогональних многочленів Чебишева додатково має важливу властивість майже рівних помилок, а саме, помилка апроксимації коливається усередині діапазону вимірів між двома майже однаковими межами, тобто здійснюється "демпфування" помилок апроксимації.

Для оцінки мінімально необхідного ступеня апроксимуючого полінома одержуваних регресійних рівнянь використовується критерій Фішера.

Зроблено висновок, що при оптимізації поточних режимів за напругою і реактивною потужністю необхідно користуватися оперативно визначеними залежностями втрат активної потужності на корону від напруги. Структурно-параметричну ідентифікацію цих залежностей доцільно здійснювати за допомогою ортогональних многочленів Чебишева, а для оцінки необхідного ступеня апроксимуючого полінома застосовувати критерій Фішера.

У додатках наведено результати розрахунків, розроблені програми.

ВИСНОВКИ

У роботі вирішено важливу науково-технічну задачу оперативного визначення втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) у високовольтних повітряних лініях.

Основні наукові і практичні результати полягають у наступному:

1. Удосконалено методику оперативного визначення втрат активної потужності на корону в ВПЛ за рахунок точного та синхронізованого в часі вимірів параметрів режима по кінцях високовольтних ліній за допомогою сучасних МПСР інформації та оперативного уточнення пасивних параметрів ліній в процесі експлуатації.

2. Вперше запропоновано методику і алгоритм оперативного уточнення пасивних параметрів заступних схем прямої послідовності ВПЛ (подовжніх опорів та поперечних провідностей) за даними параметрів поточного режиму.

3. Вперше, на основі оперативно визначених втрат активної потужності на корону, запропоновано методику оперативного визначення залежності втрат на корону від напруги, що дозволяє підвищити точність оперативної оптимізації режимів електроенергетичної системи. Обґрунтовано, що для апроксимації цієї залежності найбільш доцільно використовувати ортогональні поліноми Чебишева, а для визначення мінімально необхідного ступеня полінома використовувати статистичний критерій Фішера.

4. Розроблена методика оперативного визначення втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) дозволяє здійснювати поточний моніторинг втрат і пасивних параметрів високовольтних ліній електропередач змінного струму.

5. В даний час розпочато впровадження програмного комплексу оцінювання стану і оперативної оптимізації режимів ЕЕС ''Космос'' у НЕК ''Укренерго'' і восьми енергосистемах України. МПСР інформації ''Реґіна'' експлуатуються на ряді підстанцій 330-750 кВ, і планується їх подальше встановлення і використання як пристроїв телемеханіки з метою передачі в ОВК енергооб'єднання і енергосистем точної і синхронізований за часом інформації про параметри режиму ВПЛ. Розроблена програма оперативного розрахунку втрат на корону і ідентифікації пасивних параметрів ВПЛ інформаційно сполучена з ПК ''КОСМОС'' і може бути впроваджена як разом із ПК ''КОСМОС'', так і окремо для моніторингу втрат активної потужності (навантажувальних і на корону) у високовольтній мережі.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій, наведених у дисертаційній роботі, підтверджується аналізом отриманих результатів, порівняльними розрахунками, виконаними для різних моделей ВПЛ і ЕЕС. Працездатність розроблених алгоритмів і програм перевірялася на контрольних прикладах з еталонними вихідними даними, де результати виконаних розрахунків порівнювалися з результатами, отриманими по стандартних програмах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Черненко П.А., Волхонский А.С. Об оперативном расчете потерь на корону в высоковольтных линиях электропередачи // Технічна електродинаміка. Темат. вип. ''Проблеми сучасної елктротехніки''. - 2002. - Ч.2. - С. 100-103.

2. Черненко П.А., Волхонский А.С. Повышение точности определения активных сопротивлений и проводимостей линий электропередач // Новини енергетики. - 2004. - № 1. - C. 45-48.

3. Черненко П.А., Волхонский А.С. Оперативное определение потерь мощности с идентификацией пассивных параметров ЛЭП 750кВ // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". -2004. - Ч.2.- С. 33-36.

4. Черненко П.А., Волхонский А.С. Оперативное определение потерь активной мощности (нагрузочных и на корону) в высоковольтных линиях // Праці Інституту електродинаміки НАН України. - 2005. - №2(11). - С. 31-33.

5. Черненко П.А., Волхонский А.С. Оперативное определение зависимости потерь на корону от напряжения в высоковольтных линиях // Новини енергетики. - 2005. - №12. - С. 32-38.

6. Черненко П.А., Волхонский А.С. Идентификация пассивных параметров высоковольтных линий в процессе эксплуатации // Праці Інституту електродинаміки НАН України. - 2006. - №2(14). - С. 58-61.

АНОТАЦІЇ

Волхонський А.С. Оперативне визначення втрат активної потужності на корону у високовольтних лініях електропередач змінного струму. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи. - Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2007.

Дисертацію присвячено проблемі оперативного визначення втрат активної потужності на корону у високовольтних повітряних лініях (ВПЛ) електропередач змінного струму з метою зниження загальних сумарних втрат активної потужності в ЕЕС.

Удосконалено методику оперативного визначення втрат активної потужності (як навантажувальних, так і на корону) у ВПЛ змінного струму на основі синхронізованих за часом вимірів параметрів режиму ВПЛ із використанням сучасних мікропроцесорних систем реєстрації інформації. Запропонована методика дозволяє здійснювати моніторинг втрат активної потужності у ВПЛ.

Запропоновано і досліджено нову методику оперативного визначення пасивних параметрів заступних схем прямої послідовності ВПЛ у спеціально спланованих режимах. Розроблено методику оперативного визначення втрат активної потужності на корону в процесі експлуатації з ідентифікацією пасивних параметрів ВПЛ для випадків П - та Т- подібних заступних схем.

На підставі порівняльного аналізу різних методів апроксимації, запропоновано найбільш ефективний метод аналітичного представлення регресійних залежностей втрат активної потужності на корону від напруги для різних погодних умов. Запропоновано статистично коректну оцінку оптимального ступеня апроксимуючого полінома з використанням критерію Фішера.

Ключові слова: електроенергетична система, втрати на корону, ідентифікація, пасивні параметри, рівняння регресії.

Волхонский А.С. Оперативное определение потерь активной мощности на корону в высоковольтных линиях электропередач переменного тока. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 - электрические станции, сети и системы. - Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2007.

Диссертация посвящена проблеме оперативного определения потерь активной мощности на корону в высоковольтных воздушных линиях (ВВЛ) электропередач переменного тока с целью снижении общих суммарных потерь активной мощности в ЭЭС.

Усовершенствована методика оперативного определения потерь активной мощности (как нагрузочных, так и на корону) в ВВЛ переменного тока на основе синхронизированных по времени пофазных замеров параметров режима по концам ВВЛ (токов, напряжений и углов сдвига между ними) с помощью современных средств регистрации информации и уточнения пассивных параметров ВВЛ (активных сопротивлений и проводимостей линий). Предложенная методика позволяет осуществлять мониторинг потерь активной мощности в ВВЛ как в отдельно взятой линии, так и по всем ВВЛ энергообъединения, что позволит принимать обоснованные решения о целесообразности оперативной оптимизации режима для снижения потерь на корону, получать реальные зависимости потерь активной мощности на корону от напряжения для использования при оперативной оптимизации, а также определять полные потери мощности на корону.

Обосновывается необходимость оперативного определения пассивных параметров ВВЛ как непременного условия повышения точности оперативного определении потерь активной мощности - нагрузочных и на корону. Показано влияние режимных и метеорологических факторов на пассивные параметры ВВЛ. Предлагаются методики повышения точности оперативного определения значений пассивных параметров прямой последовательности ВВЛ как в специально спланированных режимах, так и в процессе нормальной эксплуатации.

Методики оперативного определения потерь активной мощности (нагрузочных и на корону) и уточнения значений пассивных параметров ВВЛ исследовались для случая П - и Т - образных схем замещения ВВЛ.

Приводятся результаты детального исследования предлагаемых методик и алгоритмов оперативного определения потерь с одновременной идентификацией пассивных параметров ВВЛ в процессе эксплуатации.

С целью проверки правильности полученных результатов расчетов, их физической интерпретации, был разработан план проведения полного факторного эксперимента по определению зависимости целевой функции , формализующей процедуры идентификации, от пассивных параметров высоковольтной линии при различных диапазонах их изменения. Приводятся результаты проведенного эксперимента при всех возможных сочетаниях уровней факторов.

Проведены эксперименты для исследования и анализа чувствительности рассчитанных значений пассивных параметров ВВЛ и потерь активной мощности к вариациям параметров режимов и погрешностям их измерений. Показано, что случайные погрешности исходных параметров режима ВВЛ вызывают изменения среднеквадратичных отклонений потерь активной мощности (нагрузочных и на корону) и могут быть устранены путем усреднения параметров режима на отрезках стационарности. Систематические погрешности параметров режима влияют на изменения математического ожидания потерь и могут быть скомпенсированы вводом поправок путем проведения параллельных измерений с помощью эталонных измерительных приборов.

Обосновывается, что эффективность оперативной оптимизации режимов ЭЭС по напряжению и реактивной мощности повысится при использовании в расчетах реальных, оперативно определяемых зависимостей потерь активной мощности на корону от узловых напряжений по концам ВВЛ (?P_к = f(U)). В свою очередь, оперативное определение зависимостей ?P_к = f(U) предполагает решение задач по выбору метода их аппроксимации и подхода к корректной оценке оптимальной степени аппроксимирующего полинома.

С целью выбора наиболее эффективного метода для оперативного определения аналитических регрессионных зависимостей потерь активной мощности на корону от напряжения для различных погодных условий, выполнен сравнительный анализ трех методов аппроксимации: полиномиальной регрессии, последовательной регрессии, ортогональных многочленов Чебышева. Предложена статистически корректная оценка оптимальной степени аппроксимирующего полинома с использованием критерия Фишера.

Для реализации предлагаемых методик разработаны алгоритмы и создан пакет компьютерных программ оперативного уточнения значений пассивных параметров ВВЛ, потерь активной мощности (нагрузочных и на корону), аппроксимации регрессионных зависимостей потерь активной мощности на корону от напряжения.

Эффективность использования предлагаемой методики оперативного уточнения значений пассивных параметров ВВЛ и оперативного определения потерь активной мощности была проверена на реальных данных суточного режима ВВЛ 330 кВ Хмельницкий-Тернополь.

Ключевые слова: электроэнергетическая система, потери на корону, идентификация, пассивные параметры, уравнения регрессии.

Volhonsky A.S. Operative definition of active power corona losses in high-voltage electric transmission lines . - Manuscript.

The dissertation for candidate degree on the speciality 05.14.02 - Electrical power plants, networks and systems. - Institute of Electrodynamics National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.

The dissertation is devoted to a problem of operative definition of corona losses in high-voltage lines electricity transmissions of an alternating current with the purpose decrease in the general total losses of active power in electric power systems.

New techniques of increase of accuracy of operative definition of values of passive parameters of direct sequence in high-voltage lines and operative definition of losses of active power (load loss and corona) in specially planned states and while in service are offered and investigated.

For more perfect account of corona losses at operative optimization of current states of electric power systems is offered and investigated equivalent circuit of high-voltage lines.

The most effective method of approximation analytical dependencies of corona losses from a voltage for various weather conditions is offered. Statistically correct estimation of an optimum degree of an approximating polynom with use of criterion of Fisher is offered.

Keywords: electric power system, corona losses, identification, the passive parameters, the equations of regression.

Размещено на Allbest.ru

...