Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.311

Вінницький національний технічний університет

Нечітке математичне моделювання в задачах визначення втрат електроенергії в розподільних електричних мережах

Лежнюк П.Д., Писклярова А.В.

Втрати електроенергії в електричних мережах - один із важливих показників економічності роботи енергопостачальних компаній, наглядний покажчик технічного стану електромереж, метрологічної відповідності розрахункових засобів вимірювальної техніки, ефективності функціонування енергетичного нагляду та прибуткової діяльності в електроенергетичній галузі. електричний енергія мережа розподільний

Питання зниження втрат електроенергії в електричних мережах стало в один ряд із головним завданням, направленим на збереження паливно-енергетичних ресурсів в галузі. В невигідному стані опинилися розподільні електричні мережі, особливо електричні мережі 0,38 кВ. У вказаних мережах практично відсутні засоби телеконтролю, недостатня кількість вимірювальних приладів, а часто невідомі навіть поточні схеми та параметри пасивних елементів. Разом з тим саме в цих мережах втрати електроенергії, на думку експлуатаційників, а також за наявними статистичними даними, зросли до фізично не обґрунтованих значень, - і це не зважаючи на загальну тенденцію до зниження електроспоживання. Таким чином постала потреба у запровадженні енергоощадних заходів саме в розподільних мережах . Проведення і оцінка ефективності вказаних заходів є однією з задач АСКОЕ, які зараз активно впроваджуються в електричних мережах енергосистем [1].

Вирішення проблеми зниження втрат електроенергії вимагає попереднього їх всебічного аналізу та структурування з метою знаходження першопричин і визначення найбільш ефективних напрямків виходу з ситуації, що склалася [2].

Відсутність достовірної інформації про величину та характер електроспоживання, а також інформації про пасивні параметри електричної мережі 0,38 кВ зумовила поширене застосування методів еквівалентування для визначення технологічних втрат в електричних мережах даного класу напруги. Розподільні мережі 0,38 кВ в розрахунках втрат представляються еквівалентним опором, який визначається в залежності від наявної вхідної інформації.

Методи визначення еквівалентного опору базуються на певних припущеннях, але загалом вказана методика дає достатньо точні результати, за умови, що повнота оплати за спожиту електроенергію є відносно стабільною, а також виконуються експлуатаційні вимоги щодо завантаження ліній, рівномірності розподілу навантаження по фазах тощо [3]. В цьому випадку еквівалентний опір, який розраховується за даними попередніх звітних періодів, може використовуватися для поточних розрахунків втрат, але вказані умови адекватності еквівалентування для реальних розподільних мереж 0,38 кВ не завжди виконуються, та й взагалі такий підхід має ряд суттєвих недоліків.

Мета роботи. Основною метою проведених досліджень є оптимізація задачі визначення та зменшення втрат електричної енергії в розподільних електричних мережах в умовах невизначеності вхідної інформації про режимні та пасивні параметри мережі.

Матеріал і результати дослідження. Зазвичай в моделюванні втрат електроенергії в мережах 0,38 кВ використовують детерміністичні математичні моделі. Електричні мережі 0,38 кВ в розрахунках втрат представляються еквівалентним опором. Його значення визначається в залежності від виду вхідної інформації.

Якщо відсутні дані про навантаження у вузлах схеми і відоме значення струму тільки в головній ділянці, то втрати визначаються, згідно з [2], за формулою:

,(1)

де I_г - струм головної ділянки; R_ек - еквівалентний опір всієї мережі.

З (1) можна визначити еквівалентний опір:

. (2)

При використанні цього методу головне завдання полягає у знаходженні струму на головній ділянці і втрат електроенергії за звітний період. Як вже зазначалося, дана формула дає достатньо точний результат, якщо повнота оплати за спожиту електроенергію є відносно стабільною.

В [2] запропоновано метод оцінки втрат електроенергії в мережах 0,38 кВ по сумарній довжині ліній. Згідного цього методу еквівалентний опір лінії визначається:

,

де L_i - довжина магістральних ліній з перерізом проводу F_i; N - число груп ліній з різними перерізами головних ділянок, які живляться від даного РТ; F_У - сумарний переріз головних ділянок цих ліній, мм² ; - коефіцієнт, який враховує тип навантаження; - коефіцієнт збільшення втрат в лінії з несиметричним навантаженням; - понижувальний коефіцієнт, яким враховується те, що в відгалуженнях втрати суттєво менші ніж в магістралі; k_N - коефіцієнт, яким враховується неодинаковість густини струму на головних ділянках різних ліній.

Через відсутність вхідної інформації про впливові параметри режиму електричної мережі та чіткої математичної залежності втрат ЕЕ, наприклад, від несиметричного завантаження фаз, нерівномірного розподілу навантаження вздовж фідера та інших, які зазвичай замінюються коефіцієнтами, зміст яких базується на досвіді науковців, експертній оцінці, авторами пропонується використовувати для побудови математичної моделі втрат електроенергії в розподільних електричних мережах напругою 0.38 кВ теорію нечітких множин.

Закордонні фахівці вже мають досвід у використанні даного математичного апарату для задач визначення втрат електроенергії [4], де основна увага приділена більш точному визначенню струму навантаження споживачів, за допомогою представлення його у вигляді нечіткого значення для мереж напругою 10 кВ з подальшим використання принципу узагальнення Заде та засобами нечіткої кластерізації груп споживачів у мережах напругою 0,38 кВ.

В даній статті ілюструється приклад використання нечіткої логіки, що дає можливість моделювати, використовуючи експертні дані, процес втрат електричної енергії як багатопараметричний показник якості функціонування електричної мережі.

Необхідно зазначити, що моделювання виконується з використання лінгвістичних змінних, що значно спрощує процес визначення зон електричної мережі із максимальним значенням втрат електричної енергії при вирішенні задачі їх зменшення.

Алгоритм побудови математичної моделі слідуючий:

КРОК 1. Формування ряду параметрів , які здійснюють найбільший вплив на значення технологічних втрат електроенергії в розподільних мережах при умові можливості отримання функціональної залежності за допомогою експертної оцінки.

КРОК 2. З отриманих функціональних залежностей формуються навчальна, тестуюча та контрольна вибірки типу „ВХІД-ВИХІД”.

КРОК 3. Для кожного значення параметру , визначається інтервал, в межах якого даний параметр може змінювати своє значення, тобто представляється у вигляді:

, .

КРОК 4. За допомогою ANFIS-редактора, який розташований в середовищі MATLAB, а саме у додатковому компоненті Fuzzy Toolbox, формується нечітка база знань типу:

,

де - нечіткій терм, яким оцінюється змінна х_j у рядку з номером jp (p=1,k_j), - нечіткі логічні операції АБО (І).

КРОК 5. Дані правила генеруються у FIS-редактор за допомогою якого створюється система нечіткого логічного висновку типу Mamdani. У форматі цього ж редактора можна отримати, як чітке значення втрат електроенергії при будь-якій варіації , так і їх графічну інтерпретацію.

Нижче наведено приклад отримання вхідних даних для побудови математичної моделі як найважливішого етапу роботи. Проведення експерименту для знаходження пар “вхід-вихід” для подальшого навчання моделі та її тестування в ANFIS-редакторі забезпечується програмним комплексом ВТРАТИ - 10/0.4. Розрахунок втрат проводиться за звичайним алгоритмом розрахунку при відомих навантаженнях кожного споживача. Також для знаходження експериментальних даних можна використовувати статистичні дані за минулі роки.

Як експериментальна модель мережі була взята математична модель одного з фідерів напругою 0,38 кВ, що входить до складу електричних мереж Вінницяобленерго.

Забезпечення розрахунків втрат в мережах 0.38 кВ точною інформацією про навантаження споживачів є нереальною задачею, тому постала необхідність побудови моделі по інформації, яка майже не змінюється або носить загальний характер.

У дослідженні використовувались як вхідні дані: переріз проводу магістралі, довжина магістралі, коефіцієнт розподілу навантаження, який визначається за виразом (3) та коефіцієнт асиметрії (4):

,(3)

.(4)

Значення вищезазначених змінних, яких вони набувають в ході експерименту:

- марка проводів магістралі: А-50, А-35, А-25, А-16;

- сумарна довжина проводів магістралі, м: 281, 140.5, 562, 843;

- коефіцієнт розподілу навантаження: 1, 8.6, 0.15;

- коефіцієнт несиметрії: 1, 1/3, 2/3.

При вхідних параметрах А-25, L=281, k_р=8.6, k_н=1, була отримана величина втрат електроенергії (W=2.73 кВт*год), яка є вихідним параметром даного експерименту.

За таким принципом було отримано 144 пари “вхід-вихід”, які за середнім значенням чотирьох входів та одного виходу поділені на навчальну (96 пар), тестуючу (32 пари) та контрольну вибірки (16 пар).

За умови виконання КРОКІВ 1-5 вищезазначеного алгоритму, як результат отримуємо графічне вікно у вигляді нечіткого логічного висновку, тобто реалізацією нечітких правил навчання (рис. 1).

Рисунок 1 - Графічне вікно практичної реалізації побудованої моделі

Нижче наведений результат роботи програми, яка функціонує в середовищі MATLAB. Програма порівнює математичні моделі, які побудовані різними методами, за їх точністю.

З отриманого результату (рис. 2) можна зробити висновок, що серед порівнюваних математичних моделей, нечітка є самою оптимальною за точністю навчання та тестування, за експериментальними даними.

Рисунок 2 - Графічна інтерпретація порівняння математичних моделей різних типів

Висновки

1. На базі інтелектуальних технологій, а саме засобами нейронних мереж та нечіткої логіки, була проведена ідентифікація втрат електричної енергії в розподільних електричних мережах 0,38 кВ, тобто розроблено алгоритм побудови математичної моделі визначення втрат електроенергії. Цей алгоритм дозволяє проводити аналіз чутливості даного процесу до будь-яких параметрів, що характеризують як електричну мережу, так і її режими.

2. Даний підхід ідентифікації втрат електричної енергії в електричних мережах 0,38 кВ дозволяє уникнути складних та неточних аналітичних моделей, адекватність яких базується на використанні різних коефіцієнтів, які опосередковано відображають ті чи інші впливові фактори.

3. Точність розробленого методу оцінки втрат електричної енергії в розподільчих мережах напругою 0.38 кВ може бути легко покращена за рахунок оптимізації діапазону зміни впливових факторів, за якими будується математична модель досліджуваного процесу, та вибору оптимальної функції приналежності.

Література

1. Лежнюк П.Д., Кулик В.В., Пашенко А.В. Розрахунок втрат електроенергії в електричних мережах 0,38 кВ з використанням АСКОЕ // Вісник Приазовського державного технічного університету. - 2005. - №4. С. 36-39.

2. Железко Ю.С. Методы расчета технических потерь электроэнергии в сетях 380/220 В // Электрические станции. - 2002. - № 1. С. 14 - 20.

3. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 172 c.

4. Stojanoviж, M, Tasiж, D: A fuzzy method of distribution energy losses calculation, XXXVIII International Scientific Conference on Information and Energy Systems and Technologies, Sofia, October 2003, pp. 454-457.

5. Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику. - www.matlab.exponenta.ru

Стаття надійшла 20.04.2006 р.

Рекомендовано до друку

д.т.н., проф. Родькіним Д.Й.

Размещено на Allbest.ru