Размещено на http://www.allbest.ru/

Децентрализация регулирования напряжения в электрических сетях

A.Г. Фишов

Н.А. Карджаубаев

ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет», Новосибирск, Россия

Аннотация

Развитие распределенной малой генерации, включаемой в сети низкого и среднего напряжения, ставит задачу эффективного регулирования напряжения вне контура оперативного управления с помощью децентрализованного автоматического управления. Средствами решения такой задачи является мультиагентное регулирование (МАР).

При этом, каждый интеллектуальный регулятор, входящий в МА систему, может быть носителем интересов (агентом) субъектов общего процесса энергоснабжения (сетевой компании, малой генерации, потребителя), а режим напряжения определяться как компромисс их интересов.

Методы: Методология системного анализа, аналитические методы, теория электрических цепей, теория электрических систем, экспертные системы, базовые правила, экспериментальное моделирование.

Результаты: В работе представлена постановка задачи МА компромиссного регулирования напряжения в активных, в общем случае, многосвязных электрических сетях. Рассматривается одноуровневая система МАР с интеллектуальными агентами, обладающими, как собственной зоной (прилегающим районом электрической сети) принятия решений, так и образующими расширенную зону согласованных действий. Для контроля режима прилегающего района агент использует исключительно локальные режимные параметры. Обмен данными между агентами производится по каналам прямых электрических связей между узлами сети. МАР осуществляет как режимное, так и противоаварийное управление. Агенты используют единую базу правил.

Обосновываются базовые правила принятия решений и осуществления действий агентами с учетом режима контролируемого района и согласования действий с соседними агентами.

Предлагается и обсуждается структура мультиагентного регулятора напряжения.

Выводы: Приводятся результаты моделирования работы МАР напряжения на гидроэлектростанции.

Ключевые слова: электрические сети, регулирование напряжения, мультиагентная система, компромисс интересов, координация, эффективность.

Abstract

the development of small distributed generation to be included in the network of low and average voltage, sets the task of effective voltage of control contour of is operative control with of the decentralized automation. The means of solving this problem is a multiagent of control (MAC).

At the same time, every an intellectual regulator included in MA system can be a carrier of interest (agent) the subjects of the overall process energy supply (network company, small generation, the consumer) and voltage mode is defined as a compromise their interests.

Methods: Methodology of the system analysis, analytical methods, theory of electric chains, theory of electric systems, synthesis, expert systems, basic rules, experimental modeling.

Results: The paper presents a formulation of the problem MA compromise control of the voltage in the active, in general, multiconnected electrical networks. We consider a one-tier system of MAC with intellectual agents having as its own area (adjoining area of the electrical network) decision-making, as well as an expanded area of concerted action. For the control adjacent area regime the agent uses exclusively local regime parameters. Communication between agents is made through the channels of direct electrical connections between network nodes. MAC carries both regime and antifault control. Agents use a single rule base.

Substantiates the basic rules of decision-making and implementation of action agents based on regime-controlled area and harmonizing actions with neighboring agents.

Is proposed and discussed multiagent the structure of the voltage regulator.

Conclusions: The results of the simulation work on the MAR voltage hydroelectric.

Key-words: electrical networks, voltage of control, multiagent system, compromise of interests, coordination, effective

Введение

В настоящее время самостоятельное (активное) поведение потребителей и распределенной генерации, способствующее эффективности системы в целом, непосредственно связанно с созданием максимально возможного числа районов локального регулирования режима с распределенным управлением. Основой их формирования является локальность балансов реактивной мощности. Причина - невозможность ее передачи на большие расстояния вследствие возникающих чрезмерных потерь напряжений и активной мощности. Такие районы одновременно становятся и локальными рынками услуг по снижению потерь в сети, обеспечению качества электроэнергия (регулирования напряжения, снижения его колебаний, несимметриии и несинусоидальности) [1]. В отличие от обычного локального управления, осуществляемого по местным параметрам, «умное» локальное регулирование предполагает контроль режима прилегающего района сети и использование искусственного интеллекта при принятии решений, что при достаточном количестве управляемых узлов способно обеспечить эффективное децентрализованное управление режимом напряжения сети в целом [2].

Появление в сети распределенных средств регулирования режима напряжения, принадлежащих разным субъектам, имеющих собственные цели регулирования, определяет необходимость качественно нового решения задачи регулирования напряжения в электрических сетях. Требуется разработка новых методов для управления режимом систем электроснабжения, включающих распределенную генерацию [3].

Перспективным направлением решения данной задачи является мультиагентное (распределенное) регулирование напряжения с помощью интеллектуальных регуляторов. Под мультиагентным регулированием понимается вся совокупность мер, принимаемых каждым из агентов (регуляторов напряжения) субъектов процесса (сетевой компанией, потребителем электроэнергии, генерацией), для достижения собственных целей в рамках единых принципов и правил, обеспечивающих компромиссный режим напряжения электрической сети [4].

Концепция мультиагентного регулирования напряжения в электрической сети

С развитием распределенной малой генерации, включаемой в сети низкого и среднего напряжения, в сети могут возникать пересечения или наложения районов регулирования разных источников реактивной мощности, и сеть становится многосвязным (Рис. 1).

а) б)

Рис. 1. Принципиальные схемы активных сетей с мало и многосвязным взаимным влиянием локальных регуляторов реактивной мощности (агентов)

При пересечении контролируемого района каждого агента, возникнут конфликты в режиме регулирования напряжения, так как агенты не могут увидеть процессы других районов (соседних агентов). Агенту, которому необходимо изменить режим по напряжению в своем контролируемом районе (базовый агент), не зная параметров режима и процессов по регулирования напряжения соседних агентов, не может действовать в одиночку. Потому что, базовый агент, изменяя режим в своем районе, будет воздействовать режиму другим районам. Не получая разрешения от соседних агентов, базовый агент не имеет право предпринимать какие либо действия. Для того чтобы получить разрешения от соседних агентов, агенты должны между собой обмениваться информацией, которыми они владеют. Поэтому, в многосвязных структурах сети необходимы способы координации, для компромиссного регулирования напряжения агентов.

Обмен данными между агентами производится по каналам прямых электрических связей между узлами сети, и используют единую базу правил. Обосновываются базовые правила принятия решений и осуществления действий агентами с учетом режима контролируемого района и согласования действий с соседними агентами.

Принципы построения децентрализованной МАС и осуществления регулирования напряжения с участием распределенной генерации и потребителей

Терминология децентрализованной мультиагентной системы.

Агент - интеллектуальная сущность, представляющая интересы субъекта (активного узла сети) и действующая по единым правилам МАС [5].

Базовый агент - агент, инициирующий начало работы МАС, в контролируемом районе которого произошло пороговое повышение/снижение напряжения.

Соседний агент - агент, с узлом которого имеется прямая электрическая связь.

Контролируемый район - зона прилегающего к агенту района сети с контролируемым режимом напряжения.

Участник - агент, участвующий в запущенном процессе регулирования напряжения.

Запрос - сообщение, направляемое агентом, содержащее информацию о планируемых или реализованных действиях.

Разрешение - сообщение, направляемое агентом в ответ на запрос, содержащее информацию о подтверждении готовности к изменениям.

Принципами построения ДМАС являются:

минимальность обмена информацией между агентами;

локальность обмена информацией (агенты обмениваются сообщениями только с соседними агентами);

локальность контроля режима (агент располагает параметрами режима только в контролируемом районе);

Базовыми принципами поведения агентов являются:

Право агента субъекта преследовать собственные цели субъекта в нормальных режимах сети, не создавая невозможности достижения целей другим субъектам. Для этого каждый агент эффективно использует собственные средства регулирования напряжения, доступную локальную информацию о режиме сети, согласовывает свои действия со смежными агентами и, при необходимости, оказывает и получает взаимопомощь.

Подчиненность целей всех агентов предотвращению развития и ликвидации возникших нарушений нормального режима.

мультиагентный напряжение интеллектуальный регулятор

Правила мультиагентного регулирования напряжения в локальных зонах сети

Правила согласования (взаимодействия со смежными агентами).

Общие правила:

Агенты единообразно идентифицируют класс состояния (режима напряжений) в своем районе и используют их совместно с целями для согласования действий с соседними агентами. При этом используются следующие классы состояний:

1. Режим нормальный оптимальный;

2. Режим нормальный;

3. Режим допустимо повышенный;

4. Режим допустимо пониженный;

5. Режим аварийно повышенный;

6. Режим аварийно пониженный;

7. Режим двухсторонних нарушений (ограничений).

Сообщения смежным агентам о своих действиях/запретах или о запросах помощи:

1. Если режим нормальный, то «Бездействую, готов помогать».

2. Если режим допустимо повышенный, то «Снижаю напряжение, запрещаю повышение напряжения смежными агентами». Если нет возможности снизить напряжение, то запрос смежным агентам о помощи «Прошу снизить напряжение».

3. Если режим допустимо пониженный, то «Повышаю напряжение, запрещаю снижение напряжения смежным агентам». Если запас регулирования исчерпан, то запрос смежным агентам о помощи «Прошу повысить напряжение».

4. Если режим аварийно повышенный, то «Снижаю аварийное напряжение, запрещаю повышение напряжения смежными агентами». Если нет возможности снизить напряжение, то запрос смежным агентам об аварийной помощи «Прошу экстренно снизить напряжение».

5. Если режим аварийно пониженный, то «Повышаю напряжение, запрещаю снижать напряжение смежными агентами». Если исчерпан запас регулирования, то запрос смежным агентам об аварийной помощи «Прошу экстренно повысить напряжение».

Этапы мультиагентного регулирования напряжения

1. Идентификация общей ситуации каждого агента по параметрам в контролируемом районе.

2. При необходимости изменения режима базового агента в контролируемом районе, выбор его действия из набора доступных себе регулирующих средств.

3. - Если базовый агент имеет доступные регулирующие средства, то направление соседним агентам запросов на разрешение выполнения намечаемых действий в контролируемом районе.

- Если базовый агент не имеет доступных регулирующих средств, то направление соседним агентам запросов о помощи для регулирования напряжения.

4. - В случае, если базовый агент запрашивает разрешение выполнения намечаемых действий, то проверка соседними агентами их допустимости в контролируемом районе.

- В случае, если базовый агент запрашивает помощи для регулирования напряжения, то поиск соседними агентами набора доступных средств регулирования.

5. - В случае, если базовый агент запрашивает разрешения на выполнение намечаемых действий, то передача сообщения соседними агентами базовому агенту о разрешении изменения или об отказе на запрос.

- В случае, если базовый агент запрашивает о помощи в регулировании напряжения, то передача сообщения соседними агентами базовому агенту о готовности помочь или об отказе в помощи.

6. - При разрешении всеми соседними агентами базовому агенту выполнения действия базовый агент начинает регулировать напряжения в контролируемом районе.

- При подтверждении соседним агентом готовности помочь базовый агент разрешает ее оказание.

7. Реализация мультиагентного регулирования напряжения в контролируемом районе и проверка базовым агентом достаточности выполненного действия. В случае недостаточности возврат к п. 2.

Пример регулирования напряжения интеллектуальным агентом на гидростанции

Ниже представлены результаты анализа эффективности способа децентрализованного регулирования напряжения на Новосибирской ГЭС с установленной мощностью 465 МВт (Рис.2). С некоторого времени системным оператором разрешено станции самостоятельно определять уставку по напряжению в ограниченном диапазоне. Естественно, что в таких условиях целью регулирования станции по реактивной мощности становится минимизация потерь в схеме выдачи мощности в реальном времени и вне контура диспетчерского управления.

Рис. 2. Схема выдачи мощности Новосибирской ГЭС с нанесением параметров базового потокораспределения

Сформулированная задача может успешно решаться интеллектуальным регулятором (агентом НГЭС), корректирующим уставку регуляторов возбуждения в направлении снижения потерь в схеме выдачи мощности с контролем допустимости ее изменения при проверке допустимости режима напряжения в прилегающем районе сети.

На рис. 3 представлена расстановка измерений системы контроля режима схемы выдачи мощности ГЭС интеллектуальным регулятором. Точками обозначены места измерения токов и мощностей (прямые измерения), прямоугольниками - напряжения удаленных концов отходящих ВЛ (определяются косвенно).

Рис. 3. Регулирование напряжения с контролем режима и оптимизацией потерь в прилегающей сети

Потери мощности во внутренней схеме ГЭС (потери в трансформаторах, шинах) определяются как разность вырабатываемой всеми генераторами мощности и суммы всех выдаваемых мощностей (по отходящим ВЛ, ТСН).

Для определения потерь во всей схеме выдачи мощности к потерям во внутренней схеме необходимо добавить нагрузочные потери в отходящих линиях, легко определяемых по измерениям токов.

На рис.4 для примера, представлена полученная расчетным путем зависимость потерь во внутренней схеме ГЭС в диапазоне допустимых изменений напряжения во всех узлах контролируемого района сети от различных уставок АРВ для получасового интервала времени суток (03:00-03:30).

Рис. 4. Зависимость потерь во внутренней схеме ГЭС от уставок АРВ для получасового интервала времени

Следует отметить, что потери мощности, соответствующие ранее принимаемой постоянной уставке (13,2 кВ) на НГЭС, больше оптимальных потерь (при 14 кВ) при соблюдении условия допустимости напряжений в сети, как в первом, так и во втором случаях. Снижение внутренних потерь составляет в среднем около 100 кВт (12%).

Заключение

Централизованное регулирование напряжения, осуществляемое в настоящее время сетевыми компаниями, не отвечает интересам собственников распределенной генерации, потребителей, обладающих средствами регулирования напряжения.

Выполненные расчеты подтверждают его способность обеспечить компромиссное регулирование напряжения в интересах всех субъектов, участвующих в процессе: сетевой компании, потребителей, распределенной генерации, а также создать технологическую основу локальных рынков услуг по регулированию напряжения в сети.

В основу мультиагентного регулирования напряжения в электрических сетях могут быть положены контроль режима прилегающего района сети и общие (единые) базы правил, обеспечивающие как принятие решений каждым из регуляторов, так и их координацию.

Список литературы

1. С. Т. Исмоилов, С. С. Труфакин, А. Г. Фишов. Мультиагентное регулирование напряжения в электрических сетях с распределенной генерацией и активными потребителями. // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: 4-ая междунар. науч.-техн. конф., Екатеринбург, 3-7 июня 2013 г.: аннот. докладов. - Екатеринбург, 2013. - С. 99-100.

2. Фишов А.Г. Интеллектуальная электрическая сеть - революция в отношениях субъектов и управлении режимами электроэнергетических систем//Сборник докладов 3-ей международной научно-технической конференции. Екатеринбург 22-26 октября 2012. Том 1. С.91-97.

3. Исмоилов С. Т. Моделирование и анализ эффективности регулирования напряжения в электрической сети с распределенной генерацией / Исмоилов С. Т., Фишов А. Г. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока - 2014, - № 1-2, с. 302-305.

4. Пат. 2561915, МПК H02 3/12. Способ регулирования напряжения узла электрической сети и узлов, прилегающих к нему / С. Т. Исмоилов, А. Г. Фишов; НГТУ - 2014118182; заяв. 05.05.14; опуб. 10.09.15. - 7 c. Приоритет от 05.05.14, выдавшая страна: РФ, сведения об издании: Бюл.№ 25.

5. Фишов А. Г. Мультиагентное регулирования напряжения в электрических сетях / А. Г. Фишов, Н. А. Карджаубаев, Э. Эрдэнэбад // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: 6-я междунар. науч.-тех. конф., Санкт-Петербург 25-28 апреля 2017 г.

Размещено на Allbest.ur