, к. т.н, доцент, зав. кафедрой «Электроэнергетических систем» филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» в городе Смоленске.
, аспирант, филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» в городе Смоленске.
КОМПЛЕКСНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБОБЩЕННЫХ КРИТЕРИЕВ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ
Авторы научной работы
Актуальность темы.
Постоянное развитие электроэнергетики ставит новые задачи оптимального управления на стадиях проектирования, реконструкции и эксплуатации: выбор структуры, параметров и схем электрических соединений, расчет установившихся режимов, переходных процессов и устойчивости электроэнергетических систем, разработка методов контроля и анализа качества электроэнергии и мер по его обеспечению.
В процессе решения технико-экономических задач в настоящее время используется большое количество математических методов, таких как: нахождение экстремума функции одной и нескольких переменных методами математического анализа, решение экстремальных задач методами математического программирования (линейные, нелинейные, динамические, статистические и т. п.), нейронные сети, теория игр. Для реализации таких задач разработано большое количество программ на ЭВМ.
Особый интерес представляет методика решения оптимизационных технико-экономических задач обобщенными методами теории подобия, которая получила название критериального анализа. Суть метода состоит в использовании второй теоремы (π-теоремы) классической теории подобия и моделирования, применительно к различным технико-экономическим задачам электроэнергетики. Свое развитие методика критериального анализа получила в работах , , М, Гордиевского В. И.
При неоспоримых достоинствах в разработанных в настоящее время методиках критериального анализа имеется ряд недостатков, которые значительно ограничивают область их применения: модели рассматриваемых объектов должны быть представлены в виде позиномов; необходимо, чтобы выполнялось условие каноничности; невозможность решения задач ненулевой степени трудности; сложность учета дискретных и функциональных ограничений.
В тоже время, на практике оптимизационные задачи в электроэнергетике имеют большое количество оптимизируемых параметров, таких как напряжение, мощность источников и потребителей, потери электроэнергии, причем все эти величины представляются в комплексной форме и c учетом всех электротехнических законов.
Американские ученые Р. Даффин, Э. Питерсон, К. Зенер, Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгедел разработали альтернативную методику оптимизации - геометрическое программирование (ГП), которая позволяет решать задачи большей степени трудности и учитывать ограничения различного вида. Однако ГП носит чисто математический характер и не использует критерии подобия исследуемых явлений в явном виде.
В связи с этим, возникает актуальная научная задача в разработке метода комплексной оптимизации управления режимами электроэнергетических систем, позволяющего устранить имеющиеся недостатки, расширить круг решаемых задач, учесть большее количество оптимизируемых параметров и современные рыночные экономические условия функционирования электроэнергетики.
Цель и задачи работы.
Цель работы заключается в исследовании технико-экономических закономерностей в некоторых задачах электроэнергетики и разработке методики решения технико-экономических задач управления электроэнергетическими системами, которая позволяет решать задачи оптимизации в современных рыночных экономических условиях.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
- Рассмотрены и проанализированы существующие методики решения оптимизационных задач в электроэнергетике.
- Разработана методика критериального программирования, которая позволяет решать оптимизационные технико-экономические задачи электроэнергетики с учетом режимных и системных параметров электроэнергетических систем, представленных в виде комплексных величин.
- Разработан алгоритм применения методики критериального программирования для комплексной оптимизации режимов сложных электрических систем.
Методы исследования.
Решение поставленной задачи проводилось на основании методов математического анализа, теории подобия, критериального анализа и геометрического программирования. Для исследования точности и достоверности оценки технических потерь электроэнергии в электрических сетях использовались схемотехнические и вероятностно-статистические методы расчетов режимов сети.
Достоверность научных положений и выводов.
Достоверность научных положений, теоретических выводов и практических рекомендаций работы подтверждена сопоставлением полученных результатов оптимизации с результатами оптимизации другими методами, используемыми при решении технико-экономических задач в электроэнергетике, а также экспериментальными исследованиями режимов электрических сетей в действующих электроэнергетических предприятий города Смоленска и Смоленской области по результатам выполненных научно-исследовательских работ.
Научная новизна.
1. Разработана методика критериального программирования, которая комплексно использует достоинства теории подобия, критериального анализа и геометрического программирования для оптимизации режимов электрических сетей с учетом всех режимных параметров и экономических показателей: оптимизация режимов электрических сетей по перетокам активных и реактивных мощностей, минимизация потерь активной мощности и др.
2. Предложена модификация компактной записи комплексных уравнений, характеризующих состояние сети в матричной форме, которая позволяет при решении оптимизационных задач комплексно учитывать все параметры, характеризующие режимы электроэнергетических систем.
Практические значимость и реализация результатов работы.
Разработанная методика критериального программирования использована для оптимизации перетоков реактивной мощности в сети 110кВ филиала Центра» с целью уменьшения потерь активной мощности и комплексной оптимизации режимов неоднородной сложнозамкнутой электрической сети 110/330кВ.
Показана возможность применения методики критериального программирования в информационных системах реального времени для уменьшения потерь энергии, выбора оптимальных режимов сети, оптимального состава включенного оборудования, числа и места установки компенсирующих устройств, использования дополнительных регулировочных устройств.
Выводы по работе
1. Разработана методика критериального программирования, которая учитывает положительные стороны теории подобия, критериального анализа и геометрического программирования, и обладает следующими преимуществами:
- использование критериев технико-экономического подобия, в том числе в виде обобщенных переменных, значительно упрощает математический аппарат и позволяет решать оптимизационные задачи любой степени трудности.
- представление целевой функции в произвольном виде уменьшает число допущений и ограничений при оптимизации режимов сложных электрических систем, а так же позволяет учитывать любые виды ограничений, как в виде равенств, так и в виде неравенств.
2. При помощи методики критериального программирования выполнена оптимизация режима сложнозамкнутой электроэнергетической сети с высокой степенью неоднородности, в которой одновременно действуют узловое и контурное возбуждения на примере сети 110/330кВ. Это показывает принципиальную возможность использования данной методики в системах управления режимами электрических сетей в реальном времени.
3. Предложена форма компактного представления комплексных уравнений, характеризующих состояние сети в матричной форме, которая в отличии от существующих позволяет учитывать большее количество параметров при решении оптимизационных задач.
4. Выполнена оптимизация сетей 110кВ филиала Центра» по перетоками реактивной мощности с целью уменьшения потерь активной мощности. На основании проделанных расчетов предложены организационные и технические мероприятия по снижению потерь активной мощности.
