Исследование математических моделей и методов для расчета и анализа установившихся режимов электроэнергетической системы Монголии – часть 1

Энергетика      Постоянная ссылка | Все категории

На правах рукописи

Цэвэгжавын ОНОРМАА

Исследование математических моделей

и методов для расчета и анализа

установившихся режимов

электроэнергетической системы

Монголии

Специальность 05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические

системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иркутск 2007

Работа выполнена на кафедре электрических станций, сетей и систем ГОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет – ИрГТУ»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Тарасов Владимир Иннокентьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Колосок Ирина Николаевна

кандидат технических наук

Охорзин Юрий Афанасьевич

Ведущая организация: Национальный диспетчерский

центр энергетики Монголии

(г. Улан-Батор, Монголия)

Защита состоится 22 мая 2007 г. в 09 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д003.017.01 при Институте систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН, в комн. 355 по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по защите диссертаций при Институте систем энергетики им. Л. А.Мелентьева СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института систем энергетики им. Л. А.Мелентьева СО РАН.

Автореферат разослан 09 апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 003.017.01

д. т.н., профессор А. М. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Либерализация отношений в электроэнергетике Монголии приводит к радикальному изменению условий функционирования ее электроэнергетической системы, в результате существенно увеличивается неопределенность параметров режимов ЭЭС, возрастает вероятность работы ЭЭС в предельных режимах с пониженными запасами устойчивости и ухудшенными показателями качества электроэнергии. Все эти факторы усложняют управление нормальными и аварийными режимами ЭЭС. Поэтому важнейшим условием обеспечения нормального функционирования ЭЭС является совершенствование оперативно-диспетчерского управления. Основным направлением этого совершенствования является автоматизация оперативно-диспетчерского управления на основе использования современных технических средств, информационного обеспечения и современных математических методов расчета и анализа электрических режимов ЭЭС.

В основе большинства задач, решаемых в автоматизированных сис­темах диспетчерского управления (АСДУ) лежит задача расчета устано­вившихся режимов ЭЭС. Система оперативного управления режима­ми ЭЭС предъявляет жесткие требования к методам анализа режи­мов. Применительно к методам расчета установившихся режимов эти требо­вания заключаются обеспечении высокой надежности и скорости сходимости итерационных процессов, их быстродействия. Требование высокой действенности метода или алгоритма расчета ус­тановившихся режимов ЭЭС приобретает в настоящее время решающее зна­чение. Поэтому вопрос обеспечения гарантированной сходимости методов расчета установившихся режимов при решении задач развития и функциони­рования ЭЭС на основе автоматизированных систем управления приобретает первостепенное значение.

К решению указанного вопроса тесным образом примыкают вопросы существования и неоднозначности решения уравнений установив­шихся режимов ЭЭС. Так, оценка существования решения уравнений исследуемых установившихся режимов уже на стадии их расчета с по­мощью простых численных критериев имеет важное значение для эффектив­ного решения многих задач надежности, устойчивоспособности, живучести, ввода режима в допустимую область и оптимизации режимов.

Эффективным решением проблемы существования решения уравне­ний установившихся режимов ЭЭС является разработка метода, по сходимости которого можно определять несуществование решения исследуемого режима.

Автоматизация управления развитием и функционированием по-новому ставит и проблему неоднозначности решений уравнений ус­тановившихся режимов ЭЭС. Наряду с такими вопросами, как число решений уравнений установившихся режимов и их характер; возмож­ность существования нескольких решений, отвечающих режимам, допустимым по условиям эксплуатации, в том числе, и статически устойчивым; при каких условиях и для каких режимов и электрических систем возможно проявление неоднозначности решения, имеющими методическое значение, остро стоят вопросы условий сходимости мето­дов расчета к тем или иным решениям, и, следовательно, вопрос адекватности решений, получаемых с помощью ЭВМ, реальным режимам ЭЭС.

Большой вклад в исследование и разработку математических моделей и методов расчета и анализа установившихся режимов ЭЭС внесли Г. Г. Адонц, Д. А. Арзамасцев, В. А. Баринов, П. И. Бармоломей, В. В. Веников, А. З. Гамм, В. М. Горнштейн, В. И. Идельчик, Л. А. Крумм, В. З. Манусов, В. А. Строев, В. И. Тарасов, Х. Ф. Фазылов, Л. В. Цукерник, H. W. Dommel, C. E. Hart, A. M. Sasson, B. Stott, W. E. Tinney, E. Van Ness и др.

Настоящая работа посвящена решению поставленных выше вопросов применительно к ЭЭС Монголии.

Цель работы состоит в исследовании математических моделей, методов и алгоритмов, обеспечивающих эффективное решение задачи расчета установившихся режимов на всех временных уровнях оперативно-диспетчерского управления ЭЭС Монголии как самостоятельной задачи, так и основы задач ввода режима в допустимую область, оптимизации режимов, анализа возможных аварийных нарушений, оценки устойчивости, оценки оперативной надежности, советчиков диспетчера и др.

Достоверность результатов работы. В проводимых исследованиях в качестве расчетной схемы замещения ЭЭС Монголии принята расчетная схема, используемая Национальным диспетчерским центром энергетики Монголии. Исходные режимы зимнего максимума и летнего минимума нагрузок соответствуют данным контрольных замеров. Полученные результаты и выводы проверены расчетами ряда ЭЭС, близким по характеристикам ЭЭС Монголии и хорошо согласуются с известными теоретическими результатами.

Научная новизна и значимость полученных результатов заключается в следующем:

1. Исследованы свойства и особенности применения нелинейных уравнений узловых напряжений в форме баланса мощностей и форме баланса токов в полярной и прямоугольной системах координат переменных этих уравнений для расчета установившихся режимов ЭЭС Монголии. Показана высокая эффективность применения уравнений узловых напряжений в форме баланса токов в узлах, а для их решения – линейных и нелинейных методов минимизации. Полученные выводы справедливы для всех ЭЭС подобной структуры и распределительных сетей.

2. Впервые проведено комплексное исследование нелинейных свойств математического описания установившихся режимов ЭЭС Монголии – вопросов существования, неоднозначности и сходимости различных решений нелинейных уравнений установившихся режимов ЭЭС Монголии и на его основе даны практические рекомендации по оценке существования решения уравнений установившихся режимов при различных схемно-режимных условиях и в различных циклах управления, исключению негативного проявления неоднозначности решения уравнений установившихся режимов.

3. Показана высокая эффективность применения регуляризованных на основе метода диагональной релаксации линейных и нелинейных методов минимизации для расчета установившихся режимов ЭЭС Монголии, практически решающих проблему гарантированного получения решения уравнений баланса мощностей и баланса токов в узлах в полярной и прямоугольной системах координат переменных при расчетах любых установившихся режимов ЭЭС Монголии.

4. Исследована сходимость нового класса регуляризованных линейных и нелинейных методов минимизации, построенных на основе последовательного решения в начале уравнений баланса токов в узлах, а затем уравнений баланса мощностей (IS регуляризация) на примере ЭЭС Монголии. Показано, что IS регуляризованные метод квадратичного спуска и двухпараметрический метод минимизации сходятся практически за один шаг даже с обычно задаваемых нулевых исходных приближений при расчете любых режимов ЭЭС Монголии.

5. Обоснована применимость двух численных критериев оценки осуществимости установившихся режимов при анализе ремонтных, возможных аварийных и послеаварийных режимов ЭЭС Монголии в различных циклах управления.

Практическая ценность работы. Использование полученных в работе результатов обеспечит повышение эффективности АСДУ на всех территориальных и временных уровнях управления ЭЭС Монголии за счет получения надежного инструмента расчета и анализа режимов, расширения на его основе состава решаемых в рамках АСДУ задач, направленных на повышение надежности, экономичности режимов работы и качества электроэнергии, повышения производительности труда специалистов Национального диспетчерского центра энергетики Монголии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования свойств и особенностей применения нелинейных уравнений узловых напряжений в формах баланса мощностей и баланса токов для расчета установившихся режимов ЭЭС Монголии линейными и нелинейными методами минимизации.

2. Результаты комплексного исследования нелинейных свойств в математического описания установившихся режимов ЭЭС Монголии – существования, неоднозначности и сходимости различных решений нелинейных уравнений установившихся режимов ЭЭС Монголии.

3. Результаты исследования сходимости регуляризованных на основе метода диагональной релаксации линейных и нелинейных методов минимизации при решении уравнений баланса мощностей и баланса токов в узлах в полярной и прямоугольной системах координат переменных.

4. Результаты исследования сходимости нового класса IS регуляризованных линейных и нелинейных методов минимизации при расчете установившихся режимов ЭЭС Монголии.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Наш вклад в решение актуальных вопросов развития Монголии», Иркутск, 2004 г.; международной научно-практической конференции «Россия-Монголия: современное состояние и перспективы развития сотрудничества», Иркутск, 2005 г.; международной научной конференции «Power industry and market economy», Ulaanbaatar, Mongolia, 2005 г.; всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 2005 г.; всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск, 2005 г.; двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. В том числе 2 работы в реферируемых изданиях ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 160 страниц, иллюстрируется одним рисунком, содержит 58 таблиц, включает список литературы из 137 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность решаемой в работе проблемы, формулируются цель и задачи исследования, приводятся основные положения диссертации, выносимые на защиту.

Глава I. Численное исследование сходимости методов минимизации при расчете установившихся режимов ЭЭС Монголии.

Установившиеся режимы ЭЭС при задании мощностей нагрузок и генераторов в узловых точках электрической сети описываются системами нелинейных алгебраических или трансцендентных уравнений высокого порядка. В общем виде эти уравнения записываются как

, (1)

где – вектор-функции порядка ; n – число узлов в схеме замещения ЭЭС без учета базисного; X – вектор зависимых параметров режима или вектор зависимых переменных, определяемых их решения уравнения (1); Y – вектор независимых параметров режима или вектор независимых переменных, являющихся заданными при решении уравнения (1).

Задача расчета установившихся режимов ЭЭС состоит в определении значений вектора X из (1), а также других параметров режима, являющихся функциями от X и Y (например, перетоков мощности по связям, токов в элементах ЭЭС и др.) при заданных значениях вектора Y. Размерность X равна размерности вектор-функции (1).

В настоящее время в качестве уравнений установившихся режимов ЭЭС применяются в основном уравнения узловых напряжений. Эти уравнения могут быть представлены как в виде баланса мощностей в узлах ЭЭС

i = 1, …, n, (2)

так и в виде баланса токов

i = 1, …, n, (3)

где комплекс задающей мощности в узле i; ; – прямой и сопряженный комплексы напряжения в узле j; – прямой и сопряженный комплексы взаимной проводимости ветви между узлами i и j; n – число независимых узлов в схеме замещения ЭЭС.

В качестве независимых переменных Y могут быть заданы для части узлов активные и реактивные мощности генераторов и нагрузки, а для остальных узлов – активные мощности и модули напряжений. В качестве зависимых переменных X могут быть приняты модули и углы напряжений узлов (полярная система координат переменных) или активные и реактивные составляющие напряжений (прямоугольная система координат переменных).

При решении уравнений (1) значение вектора Y является заданным. С учетом этого представим систему уравнений (1) в виде

. (4)

Уравнения (2) в действительной форме в полярной системе координат имеют вид

, (5)

где

, ; (6)

, ; (7)

; ;

и в прямоугольной системе координат:

, (8)

где

; (9)

; (10)

; ; (11)

; .

В выражениях (6) – (11) обозначены: – соответственно активная и реактивная мощности генерации, нагрузки, активная и реактивная сетевые мощности узла i; – соответственно активная и реактивная составляющие собственной проводимости узла i и взаимной проводимости ветви между узлами i и j; модуль, фаза, активная и реактивная составляющие напряжения узла i; – емкостная проводимость ветви i – j на землю; , – соответственно активная и реактивная проводимости шунтов, подключенных в узле i; – заданный постоянным модуль напряжения узла i; множество индексов узлов, смежных с узлом i; – число узлов схемы замещения ЭЭС без учета базисного; – число узлов с заданными в качестве независимых переменных активными и реактивными мощностями генераторов и нагрузок; - число узлов с заданными в качестве независимых переменных активными мощностями и модулями напряжений.

Уравнения (3) в действительной форме записываются в полярной системе координат:

, (12)

где

; ; (13)

; ; (14)

выражения для , , записываются аналогично (6);

и в прямоугольной системе координат:

, (15)

Энергетика      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника