Методика оценивания максимально допустимого перетока контролируемого сечения электроэнергетической системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика оценивания максимально допустимого перетока контролируемого сечения электроэнергетической системы

Е.С. Аксаева

ФГБУН Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук

Аннотация

Решения об оперативном управлении режимом электроэнергетической системой в темпе процесса изменения стационарного режима принимаются в центре диспетчерского управления ЭЭС. При этом важным критерием управления является обеспечение устойчивой и надежной работы электроэнергетической системы в различных схемно-режимных ситуациях. Контроль устойчивости работы осуществляется на основе расчетов максимально допустимого перетока (МДП) активной мощности в контролируемых сечениях. Величина МДП определяет пропускную способность линии. Пропускная способность линии для каждого текущего момента зависит от схемы и режима сети.

Для повышения эффективности управления режимами необходим подход, позволяющий в реальном времени осуществлять мониторинг МДП, и при необходимости корректировать МДП. В настоящее время в условиях широкомасштабного внедрения информационных технологий стало возможным определение МДП в цикле обработки телеметрии. Точное и соответствующее текущей режимной ситуации в энергосистеме определение МДП позволит максимально полно использовать пропускную способность существующих линий электропередачи при выполнении требований нормативной документации к надежности электроснабжения потребителей. Разработанная методика может быть использована в качестве советчика диспетчеру при оперативно диспетчерском управлении. Реализация метода оценки МДП совместно с нейронными сетями позволит существенно повысить уровень информативности, эффективности, управляемости ЭЭС.

Ключевые слова -- максимально допустимый переток, оценивание состояния, искусственные нейронные сети.

Abstract

Decisions on on-line control of the electric power system operation are made at control center of an electric power system. An important criterion of the control is stable and reliable operation of electric power system under various configuration-and-operation conditions. Control of the system stability is performed on the basis of calculation of the total transfer capability in controlled cutsets. The value of the total transfer capability determines the transfer capability of a line. The transfer capability of the line for each current time instant depends on the configuration and operating conditions in the network.

The enhancement of the operation control effectiveness requires an approach enabling a real time monitoring of the total transfer capability and its adjustment when necessary. Currently, the wide-scale adoption of information technologies makes it possible to determine the total transfer capability in the telemetry processing cycle. Accurate calculation of the total transfer capability corresponding to current operating conditions in the power system will make it possible to most completely use the transfer capability of existing transmission lines and meet the power supply requirements. The developed technique can be applied as a dispatcher's “adviser” on dispatching control. The application of the method of total transfer capability estimation in combination with neural networks will considerably increase the level of information content, efficiency, and controllability of electric power system.

Keywords -- transfer capability, total transfer capability, state estimation, modified state estimation, artificial neural networks.

Единая энергетическая система (ЕЭС) России имеет сложную уникальную структуру. Особенность структуры ЕЭС России обусловливается широкой географической протяженностью и характеризуется концентрацией значительных мощностей на отдельных станциях, объединенных на параллельную работу линиями электропередач большой протяженности. Единоличное управление электрическими режимами работы объектов электроэнергетики осуществляет Системный Оператор (СО), обеспечивая надежную и эффективную работу ЕЭС.

Дежурные диспетчеры СО осуществляют оперативное управление режимами в реальном времени. Они непрерывно следят по данным телеметрии за соблюдением контролируемых параметров и оперативно реагируют на изменение в энергосистеме и отдают команды дежурному персоналу объектов электроэнергетики на загрузку и разгрузку оборудования, изменение конфигурации электрической сети. Контроль устойчивости работы осуществляется на основе сравнения текущего перетока активной мощности в контролируемом сечении с величиной максимально допустимого перетока (МДП). Расчет МДП выполняется задолго до эксплуатационного режима и пересчитывается раз в год в соответствии с Методическими указаниями по устойчивости энергосистем [1]. Для повышения эффективности управления режимами и степени использования ресурсов электрической сети необходим подход, позволяющий в реальном времени осуществлять мониторинг МДП и, при необходимости, соответствующим образом его корректировать. Такой подход позволит учитывать, что каждая линия электропередачи имеет определенный максимум пропускной способности, который во многом зависит от ограничений на параметры режима в рассматриваемый момент времени. Точное и соответствующее текущей режимной ситуации в энергосистеме определение МДП позволит максимально полно использовать пропускную способность существующих линий электропередачи при выполнении требований нормативной документации к надежности электроснабжения потребителей.

В статье был выполнен обзор и анализ российских и зарубежных исследований в области определения МДП. В российской практике расчетов МДП обычно применяют метод последовательного утяжеления исходных устойчивых режимов с проверкой по критерию устойчивости. Метод последовательного утяжеления реализуется в большинстве современных алгоритмов, настроенных на работу в режиме реального времени, представленных в работах [2] - [4]. В работе [5] представлен метод непрерывного утяжеления. В работе [6] представлен метод, основанный на использовании уравнений предельных режимов.

Большинство алгоритмов для вычисления предельного перетока (Total Transfer Capability (TTC) - перевод с англ. Полная Пропускная Способность), описанных в зарубежной литературе, основаны на одном из четырех методов вычисления установившегося режима: метод анализа распределения потоков мощности, метод последовательного утяжеления, прогрессивный установившийся режим, оптимальный установившийся режим.

При выполнении расчетов предельного перетока по всем перечисленным методам в качестве исходной информации используются параметры установившегося режима, который является результатом решения задачи оценивания состояния (ОС), и на основе которого выполняется расчет МДП. энергосистема электропередача переток

В условиях скоротечности событий и требуемой эффективности оперативного управления задача формирования путей перераспределения перетоков мощности и мониторинга соответствующей текущей схемно-режимной ситуации пропускной способности контролируемых линий является достаточно сложной. Вопрос поиска допустимых решений в условиях дефицита времени может быть успешно решен при применении быстродействующих алгоритмов расчета МДП.

В статье предлагается методика, позволяющая в режиме реального времени оценивать МДП активной мощности в контролируемых линиях, который соответствует текущим условиям работы ЭЭС. Под условиями работы ЭЭС понимаются: текущие характеристики режима работы ЭЭС (параметры режима); системные ограничения на параметры режима; текущая конфигурация схемы (нормальная, ремонтная или аварийная схема). Методика включает в себя метод оценивания МДП с использованием искусственных нейронных сетей [7]. При помощи разработанного метода вычисляется МДП активной мощности по контролируемой линии. Искусственные нейронные сети (ИНС) применяются для быстрой настройки параметров, необходимых для метода оценивания МДП в режиме реального времени.

Главными преимуществами методики являются следующие:

· расчет МДП выполняется параллельно с процедурой ОС по измерениям текущего режима;

· расчет возможен для нескольких сечений одновременно;

· при выполнении расчета возможно учесть интересы (коммерческие и технологические) собственников электрических сетей.

На рис.1 представлена блок-схема разработанной методики оценивания МДП в режиме реального времени.

Принцип работы методики следующий:

1. Измерения, поступающие от систем сбора данных, загружаются одновременно в три блока: блок оценивания МДП, блок ОС, блок ИНС.

Вектор измерений, используемый при ОС, получаемый от системы SCADA и PMU содержит следующие параметры режима:

(1)

где - значения модулей напряжений в узлах; - фазы узловых напряжений; - значения инъекций реактивной мощности в узлах; - значения инъекций активной мощности в узлах; - значения перетоков реактивной мощности в линиях; - значения перетоков активной мощности в линиях. В векторе измерений выделяются корректируемые и некорректируемые измерения.

Рис.1 Блок-схема методики оценивания МДП

Корректируемые измерения - это измерения параметров режима, воздействием на которые достигается регулирование режима с целью достижения увеличения перетока в контролируемом сечении. Границы изменения регулируемых параметров режима определяются системными ограничениями (верхние и нижние допустимые значения напряжений, располагаемая активная мощность в балансирующем узле, располагаемая реактивная мощность в узлах с компенсирующими устройствами). Некорректируемые измерения не изменяются.

2. В блоке «Оценивание МДП» выполняется расчет УР с максимально допустимым перетоком в контролируемом сечении. В блоке «Оценивание МДП» так же хранится дополнительная информация, необходимая для расчета. Дополнительная информация - это данные, которые вычисляются для каждой схемы заранее. Различают постоянную и переменную части дополнительной информации. Постоянная часть информации - значения псевдоизмерений максимально допустимого перетока (ПИ МДП) - остается неизменной во всех схемно-режимных ситуациях ЭЭС. Значения ПИ МДП рассчитываются один раз и принимаются постоянными для рассматриваемого сечения. Переменная часть информации - весовые коэффициенты ПИ МДП - могут изменяться при изменении условий работы ЭЭС. Весовые коэффициенты ПИ МДП выбираются с учетом значений текущего режима, системных ограничений и конфигурации схемы. Задача выбора весовых коэффициентов решается заранее методом перебора с учетом системных ограничений и при соблюдении критерия оптимальности весовых коэффициентов [8]. Быстрая идентификация весовых коэффициентов ПИ МДП в режиме реального времени выполняется с помощью обученной ИНС. Вектор измерения в блоке «Оценивание МДП» выглядит следующим образом:

(2)

где - псевдоизмерение МДП в линии (ПИ МДП).

Задача расчета МДП заключается в поиске допустимых значений МДП максимально приближенных к заданному ПИ МДП и сводится к минимизации целевой функции наименьших взвешенных квадратов:

(3)

где - измеренные параметры режима; - оценки вектора состояния; и весовые коэффициенты измерений и псевдоизмерений ().

Результатом оценивания МДП являются оценки максимально возможных перетоков активной мощности для текущего режима в контролируемых линиях и оценки параметров текущего режима в остальной части ЭЭС (результирующий режим).

3. В блоке «Нейронная сеть» ИНС распознает текущие условия работы ЭЭС и определяет параметры, необходимые для настройки программы оценивания МДП. Такими параметрами являются весовые коэффициенты псевдоизмерений МДП, соответствующие текущим условиям работы ЭЭС. Нейронная сеть помогает определить характеристики режима, по которым выбираются весовые коэффициенты ПИ МДП. Например, режимы с одинаковыми ограничениями и наиболее близкими текущими параметрами режима имеют одинаковые значения весовых коэффициентов ПИ МДП.

4. В блоке «Оценивание состояния» выполняется ОС текущего режима. Результатом расчета являются оценки параметров текущего режима.

5. В блоке 5 записываются результаты, полученные по предлагаемой методике. Результатом являются управляющие воздействия на регулируемые параметры, направленные на достижение требуемого значения МДП.

По полученным результатам дежурный диспетчер СО может судить об имеющемся запасе пропускной способности контролируемого сечения и принимать решения о дополнительной загрузке сечения в случае спроса на дополнительную мощность. Также полученные результаты помогут дежурному диспетчеру принять решение о перераспределении мощности между линиями входящими в состав контролируемого сечения в случае непредвиденных ситуаций (аварийное отключение одной из ЛЭП, входящей в состав контролируемого сечения, или потеря части генерирующей мощности на одной из электростанций, входящей в состав энергосистемы).

Методика была апробирована на примере 30ти узловой схемы IEEE, представленной на рис.2. Схема состоит из трех областей (ЭЭС 1, ЭЭС2, ЭЭС3), в каждой из области имеется по 2 генераторных узла. Были выполнены расчеты МДП контролируемого сечения. Результаты расчеты сравнивались с результатами расчета, представленными в работе [9], полученными оптимальным методом.

Рис. 2 Тестовая 30ти узловая IEEE схема

Описание расчетной задачи: для данной схемы была рассмотрена задача расчета максимально допустимых перетоков по линиям 10-17, 10-20, 23-24 контролируемого сечения между ЭЭС 2 и ЭЭС 3 для проверки возможности максимального использования ресурсов энергосистемы в текущих схемно-режимных условиях.

Условие расчетов: допускается повышение напряжения в узлах с регулируемыми параметрами на 5%; изменение реактивной мощности в генераторных узлах допускается в диапазоне от -150 МВар до 150МВар. Выработка активной мощности в генераторных узлах не должна превышать 200 МВт.

Результаты расчетов значений МДП, полученные предлагаемым и методом описанным в [9] приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что значения МДП, вычисленные разными методами не отличаются друг от друга.

Таблица I. Результаты расчета МДП 30-ти узловой схемы

*результаты показаны для одного среза измерений.

В работе представлен краткий обзор российских и зарубежных методов определения максимально допустимых перетоков активной мощности.

Разработана методика оценивания МДП контролируемого сечения, основанная на использовании измерений, полученных в режиме реального времени. Определение МДП с заданной точностью достигается из любого исходного режима.

Выполнен сравнительный анализ результатов, полученных с помощью разработанной методики и по методу, представленному в литературе. Анализ результатов показал практически полное совпадение значений МДП. Это означает, что предложенная методика может быть применима для задач диспетчерского управления.

Список литературы

1. Методические указания по устойчивости энергосистем. Утв. Приказом Минэнерго России от 30.06.2003 №277.-12с.

2. Жуков. А.В, Сацук Е.И., Лисицин А.А., Кац П.Я, Эдлин М.А., Тен Е. А, Фролов О.В. Автоматизированная система расчета максимально допустимых режимов энергосистемы по условиям статической и динамической устойчивости // Известия НТЦ Единой энергетической системы. - 2015, - №73. - С.6-13.

3. Поляков И.А., Чугунов Г.А., Хомутов С.О. Программа расчета области допустимых режимов работы в контролируемых сечениях энергосистемы // Электроэнергетика глазами молодежи: труды VI международной научно-технической конференции, 9 - 13 ноября 2015, Иваново. ? В 2 т. Т 1. - Иваново: ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина», 2015, - С. 175-181.

4. Е. В. Исаев, П. Я. Кац, А. А. Лисицын, А. В. Николаев, Е. А. Тен. Алгоритм оценки статической устойчивости и выбора управляющих воздействий по условию обеспечения статической устойчивости в послеаварийном режиме // Известия НТЦ Единой энергетической системы. - 2013, - №68. - С.58-68.

5. Тарасов В.И. Применение способа непрерывного утяжеления для определения предельных по апериодической устойчивости режимов электрических систем. - В кн.: Вопросы применения математических методов при управлении режимами и развитием электрических систем. Иркутск, 1975.

6. Конторович А.М., Крюков А.В. Использование уравнений предельных режимов в задачах управления ЭЭС // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1987. - №3.- с.25-33.

7. Аксаева Е.С. Применение искусственных нейронных сетей при выработке управляющих воздействий для решения оперативно диспетчерских задач. //Системные исследования в энергетике. Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН.- 2015. - №45. - С.7-13.

8. Глазунова А.М., Аксаева Е.С. Модифицированное оценивание состояния для решения диспетчерских задач при управлении режимами электроэнергетической системы. //Электричество. - 2013. - №12.- С.21-29.

9. R. Rajathy, R. Gnanadass, V. Vincy, Shaliney Esther Ambroise, Harish Kumar. Total Transfer Capability Enhancement using Differential Evolution // Control, Automation, Communication and Energy Conservation (2009. INCACEC 2009). P. 1-8.

Размещено на Allbest.ru