Оптимальное секционирование воздушных распределительных сетей 6…10 кВ в условиях нормирования показателей надежности (стр. 15 )

. (3.8)

Выражение (3.8) задает нечеткую модель, называемую НЛВ ситуационного типа.

В основе модели (3.8) лежит Принцип ситуационной инвариантности [143], позволяющий, проведя рассуждение для одной ситуации, преобразовать его формальным образом для ситуаций, сходных с первоначальной. Этот принцип срабатывает при наличии лингвистической шкалы.

При этом переход от ситуации к ситуации связан с монотонным смещением всех отрезков, соответствующих квантификаторам шкалы, на определенное число позиций влево или вправо по множеству значений признака, учитываемого данной лингвистической шкалой. Такое смешение позволяет использовать в нечетких рассуждениях элементы, характерные для рассуждений по аналогии. Близость рассуждений по аналогии и нечетких рассуждений не случайна, т. к. в основе этих рассуждений лежит [143] идея сходства, похожести ситуаций.

Аналогичным образом могут быть сформированы оценки и других составляющих времени восстановления.

В работе [3] приведен пример формирования оценки составляющих времени восстановления электроснабжения с помощью модели (3.8), использующий исходные данные из работы [139]. Анализ результатов, полученных в работах [3] и [139] свидетельствует об эквивалентности моделей (3.3) и (3.8). В тоже время модель (3.8) имеет ряд существенных преимуществ относительно модели (3.3), которые детально проанализированы в исследованиях [145, 146].

Выводы к главе 3

1. Предложенная в данной работе методология моделирования и оптимизации надежности распределительных сетей, предполагает необходимость предварительного вычисления базовых показателей надежности, что, в свою очередь, требует выделения, так называемых, активных зон каждого из установленных в сети защитного и коммутационного аппаратов. Для формализации данной процедуры и удобства ее реализации на ЭВМ осуществлена структуризация ВРС 6...10 кВ, позволяющая определить зоны защиты и зоны действия СУ.

2. Впервые выведены новые эмпирические модели, позволяющие формализовать вычисление базовых показателей надежности электроснабжения в нерезервируемых и резервируемых ВРС 6...10 кВ при различных сочетаниях устанавливаемых в сети коммутационных и защитных аппаратов.

3. Для учета неустойчивых отказов предложено использовать коэффициент срабатывания релейной защиты или автоматического аппарата, в зоне защиты которого находится рассматриваемый участок линии. Этот коэффициент характеризует вероятность несрабатывания АПВ выключателя (реклоузера) или вероятность сгорания предохранителя, при возникновении в зоне защиты неустойчивого отказа.

4. В случае ограничения или отсутствия достоверных статистических данных, для определения составляющих времени восстановления электроснабжения целесообразно использовать нечеткий логический вывод, базирующийся на теории нечетких множеств и являющийся одной из составляющих логико-лингвистического подхода к описанию систем, основанного на знаниях экспертов.

ГЛАВА 4

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОПТИМАЛЬНОГО СЕКЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 6...10 кВ

4.1 Алгоритмы оптимального секционирования воздушных распределительных сетей 6...10 кВ

4.1.1 Принципы и алгоритм формирования расчетной модели задачи оптимального секционирования воздушных распределительных сетей 6...10 кВ

В процессе решения задачи оптимального секционирования РС рассматриваются различные виды СУ, отличающиеся друг от друга своим назначением и функционированием [7] (Приложение В), анализируются различные места установки СУ, их количество, возможные комбинации. Очевидно, что каждое из возможных решений оказывает определенное влияние на характер работы электрической сети. В связи с этим для повышения эффективности работы алгоритма оптимизации в процессе применения предложенной методики для анализа надежности электрических сетей различной топологии и различном оснащении их коммутационными аппаратами был разработан ряд эвристических правил, позволяющих обоснованно сократить количество рассматриваемых альтернативных вариантов:

1. С точки зрения места установки СУ:

- нецелесообразно рассматривать установку СУ любого вида в ТПРП до тех пор, пока не установлено хоть одно СУ в магистрали линии (т. к. в этом случае СУ в ТПРП не может выполнять свое основное назначение – включение резервной линии);

- при отсутствии СУ в ТПРП места размещения СУ в магистрали могут располагаться только в начале участков, а при наличии СУ в ТПРП – как в начале, так и в конце участков; при этом, на ответвлениях СУ устанавливаются только в начале участков (независимо от наличия СУ в ТПРП).

2. С точки зрения вида устанавливаемых СУ:

- нецелесообразно рассматривать установку реклоузера в ТПРП до тех пор, пока не установлен хоть один реклоузер в магистрали линии (т. к. выполняемые реклоузером в ТПРП действия при отсутствии реклоузера в магистрали – включение в неавтоматическом режиме резервной линии под нагрузкой, может выполнять гораздо более дешевый аппарат – выключатель нагрузки);

- установка в магистрали линии выключателей нагрузки – разъединителей (ВН-Р) считается нецелесообразной, т. к. включение под напряжение отремонтированной СЛ осуществляется только с помощью автоматического СУ, оснащенного соответствующими средствами РЗиА;

- установка в линии предохранителей-разъединителей допускается только на участках ответвлений, т. к. указанные СУ рассчитаны на конкретную величину тока КЗ;

- ввиду того, что секционалайзеры эффективно работают только в комбинации с релоузерами, то целесообразно рассматривать установку в линии секционалайзеров исключительно при наличии в ней реклоузеров (причем только в точках линии, находящихся по ходу питания за реклоузерами).

3. С точки зрения количества устанавливаемых СУ.

Количество устанавливаемых в линии секционалайзеров зависит от кратности АПВ принятых к установке реклоузеров. В случае 3-х кратного АПВ реклоузеров в линии допускается установка не более 2 секционалайзеров, а в случае 4-х кратного АПВ – 3 секционалайзеров.

4. С точки зрения принципа работы СУ.

Реклоузеры могут работать по алгоритму «спасения» предохранителей, находящихся в их зоне действия [147]. При работе реклоузеров по указанному алгоритму, предохранители-разъединители срабатывают только при устойчивых повреждениях. В тоже время, выключатели на шинах ЦП не работают по алгоритму «спасения» предохранителей, т. к., на ПС, в настоящее время в большинстве случаев используется оборудование, не позволяющее выполнять данную функцию. Поэтому предохранители-разъединители, находящиеся в зоне действия выключателей мощности, срабатывают как при устойчивых, так и при неустойчивых повреждениях.

Необходимость учета перечисленных факторов приводит к невозможности полной формализации процедуры формирования и вычисления входящих в ЦФ и ограничения базовых и интегральных показателей надежности. В связи с этим, задача оптимального секционирования РС приобретает вид итерационного процесса, одним из этапов которого является формирование на каждой итерации, так называемой, расчетной модели, заключающейся в анализе конфигурации линии и установленных в ней СУ и являющейся, по сути, подготовительным этапом для последующего вычисления базовых показателей надежности. Для указанной цели используется рассматриваемый ниже алгоритм.

Алгоритм формирования расчетной модели в соответствии с правилами, представленными в разделе 3.1:

1. Все участки линии делятся на магистральные и ответвительные.

2. Если в линии установлены СУ, то линия делится на секции, которые, в свою очередь, делятся на секции магистрали и секции ответвлений.

3. Если в линии установлены автоматические СУ, то для каждого из них определяется зона защиты.

4. Если среди автоматических СУ есть устройства, оснащенные РЗиА, то для каждого из них определяется их зона действия.

4.1.2 Общий алгоритм решения задачи оптимального секционирования воздушных распределительных сетей 6...10 кВ

Перед решением задачи оптимального секционирования ВРС 6...10 кВ определяются дискретные последовательности переменных, формируемые из видов принятого к размещению в конкретных элементах линии СУ (при этом оборудование указывается в порядке возрастания его потенциального воздействия на показатели надежности и, соответственно, его стоимости) например:

- магистраль – РРУ, Сек, Рек;

- ответвление – РРУ, П-Р, Сек;

- точка подключения резервного питания - РРУ, ВН-Р, Рек.

Предложенный алгоритм оптимального секционирования ВРС 6...10 кВ является итерационным и состоит из следующих основных этапов, выполняемых на каждой итерации:

1. Анализируется топология линии РС и состав установленных в ней СУ. В результате проведенного анализа определяются:

- места возможного размещения конкретных СУ (или замены, если в определенной точке уже установлено определенное СУ) на данной итерации;

- вид устанавливаемого (одного из принятой дискретной последовательности) СУ для каждого конкретного места размещения.

Таким образом, получается набор альтернативных вариантов размещения СУ на рассматриваемой итерации. Пример данного процесса приведен в Приложении Г.

2. Для каждого из полученных таким образом вариантов оснащения линии СУ выполняются следующие действия:

2.1 В соответствии с подходом, представленным в разделе 4.1.1, формируется расчетная модель, определяющая активные зоны размещаемых в линии СУ.

2.2 В соответствии с подходом, представленным в разделах 3.2–3.4, для каждой i-й секции линии вычисляются следующие базовые показатели надежности при установке в k-м месте линии СУ n-го вида ():

- среднегодовая длительность отключений [час/год]

,

- среднегодовая частота отключений [отключений/год]

,

которые будут одинаковы для всех узлов нагрузки, питающихся от рассматриваемой секции. Индексы У, НУ обозначают вид отключения: соответственно У – устойчивые, НУ – неустойчивые. Индекс L – номер текущей итерации.

2.3 Вычисляются интегральные показатели, характеризующие надежность электроснабжения узлов нагрузки всей рассматриваемой линии:

- SAIDI

,

где NPj – количество ТПЭ, получающих питание от узла нагрузки j;

- SAIFI

,

- EENS

,

где Pj – средняя нагрузка узла j;

- ASIDI

,

- ASIFI

.

2.4 В соответствии с подходом, представленным в подразделе 2.2, вычисляется показатель

3. По критерию (2.22) выбирается оптимальный на данной итерации вариант решения. Фиксируется размещение СУ в линии в соответствии с оптимальным вариантом и осуществляется переход к следующей итерации.

Количество выполняемых итераций определяется постановкой задачи или ЛПР в соответствии с выбранным условием, например:

- выполнением заданных ограничений на показатели надежности или ресурс и т. д.;

- достижением заданного лимита итераций.

Предложенный подход к решению оптимизационной задачи является, по сути, разновидностью метода нормированных функций [17, 102].

Прежде, чем приступить к рассмотрению примеров конкретного применения предложенного алгоритма решения задачи оптимального секционирования РС, сделаем следующее замечание. Как показали проведенные автором исследования, при размещении в рассматриваемой линии СУ выполняются следующие соотношения:

Поэтому, для оценки степени влияния весовых коэффициентов показателей надежности на получаемое решение, целесообразно ввести следующие понятия:

- коэффициент относительной важности критериев, характеризующих уменьшение длительности отключений, и определяемый согласно выражениям

,

или (учитывая (2.10))

.

- коэффициент относительной важности критериев, отражающих снижение частоты отключений, определяемый согласно

.

4.1.3 Определение весовых коэффициентов интегральных показателей надежности, формирующих целевую функцию решаемой задачи

Как отмечено в [96], обоснованное определение весовых коэффициентов – основная проблема предлагаемого метода решения задачи оптимального секционирования ВРС 6...10 кВ. Существуют различные способы вычисления весовых коэффициентов [148]. Предложенный в данной работе подход, заключается в следующем:

1. Для каждого показателя надежности задается ЛПР, так называемое, целевое значение () – величина, к которой он должен стремиться в процессе оптимизации

,

где – значение i-го критерия, соответствующее начальному состоянию рассматриваемой линии (0-я итерация). Если при решении задачи заданы ограничения вида

,

тогда принимаем

.

2. Перед началом L-й итерации для каждого критерия вычисляется величина его, так называемой, относительной значимости [149] по формуле

где – значение i-го критерия, полученное на предыдущей (L-1)-й итерации. Принимаем , если:

- ;

- ,

где – заданная ЛПР степень приближения к величине .

3. Если

, (4.1)

то задача оптимального секционирования ВРС 6...10 кВ считается решенной и дальнейшие вычисления прекращаются (т. е. условие (4.1) можно считать одним из признаков завершения оптимизационного процесса). В противном случае, весовой коэффициент i-го критерия на L-ой итерации определяется как

При таком подходе, больший вес приобретает критерий, значение которого на текущей итерации находится дальше (в нормализованном виде) от величины, к которой он должен стремиться в процессе оптимизации (т. е. происходит процесс адаптации весовых коэффициентов к текущим значениям показателей надежности).

4.2 Применение эвристического алгоритма оптимального размещения секционирующих устройств в воздушных распределительных сетях 6...10 кВ

4.2.1 Тестовая модель воздушной линии электропередачи

На рис. 4.1 представлена схема, а в таблицы 4.1 – параметры узлов нагрузки тестовой воздушной линии электропередачи.

Рисунке 4.1 – Схема тестовой линии электропередачи

Таблица 4.1 – Параметры узлов нагрузки тестовой линии

Узел линии	1	2	4	5	6	9	10	11	12	14	15	16
Узел нагрузки	1	2	4	5	6	3	7	8	9	10	11	12
Нагрузка (кВт)	40	150	35	145	120	75	105	90	35	25	125	85
Количество ТПЭ	18	14	1	10	25	18	16	23	11	2	24	10

Считаем, что к рассматриваемой линии существует резервная связь от ЦП2, но в ТПРП, находящейся за узлом 8 (в начале участка 8–17) установлен разъединитель старого типа, находящийся в отключенном и неработоспособном состоянии. Поэтому при необходимости подключения этой резервной связи требуется замена указанного разъединителя на новый работоспособный коммутационный аппарат.