Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы расчета и оптимизация режимов электроэнергетических систем. Учебное пособие.pdf
91
на отдельные задачи оптимизации распределения активных мощностей
Ψ Ш min .
i
P=∆+ ⇒
∑
( ) ( ) ( )
явн н/я
ΨΨ Ψ.
i ii
y yy= +
н/я
явн
.
ii i
yy y
∂Ψ
∂Ψ
∂Ψ
= +
∂∂ ∂
явн
i
y∂Ψ∂
между электростанциями и оптимизации режима электрической сети
по напряжению и реактивной мощности без значительной потери точности.
В задаче оптимизации режима электрической сети по напряжению
и реактивной мощности технические ограничения остаются теми же, что
и при вводе режима в допустимую область.
Наибольшее распространение при решении данной задачи получили
градиентные методы в сочетании с методом штрафных функций. Исходная целевая функция ΔP преобразуется к следующему виду:
(6.21)
Основной частью алгоритма градиентных методов оптимизации является расчет значений производных функции Ψ по оптимизируемым переменным yi. Рассмотрим принцип вычисления этих производных.
Функцию (6.21) можно записать в виде суммы функций, явно и неявно зависящих от yi:
(6.22)
Тогда искомые производные
(6.23)
Явная составляющая функции (6.21) Ψ
представляет собой одну
явн
или две штрафные функции, соответствующие техническим ограничениям
на переменную yi. Производная
легко определяется прямым диф-
ференцированием.
Неявная составляющая Ψ
сти, а также штрафные функции, соответствующие ограничениям на параметры режима сети (токи, напряжения и т. д.). Эта составляющая явным
включает в себя потери активной мощно-
н/я
92
образом зависит от действительных и мнимых частей напряжений в узлах,
( ) ( ) ( )
н/я н/я 1
Ψ ,,
y xy x y
= Ψ
н/я н/я
1
ΨΨ
n
j
j
i ji
x
y xy
=
∂
∂∂
= ⋅
∑
∂ ∂∂
j
i
xy∂
∂
н/я н/я
1
ΨΨ
n
j
j
i ji
W
y Wy
=
∂
∂∂
= ⋅
∑
∂ ∂∂
н/я н/я
1
ΨΨ
n
j
j
i ji
W
x Wx
=
∂
∂∂
= ⋅
∑
∂ ∂∂
совокупность которых обозначим как x1, …, xn (вместо действительных
и мнимых частей можно использовать также модули и фазы напряжений
или другие параметры режима). В свою очередь, параметры режима
x1, …, xn связаны с оптимизируемыми переменными y1, …, ym уравнениями
режима сети (например, уравнениями узловых напряжений в форме баланса мощности в декартовой системе координат). В дальнейших выкладках
используем запись системы уравнений режима в обобщенном виде (4.6).
Переменные y1, …, ym входят в эту систему как числовые коэффициенты.
Таким образом, неявную зависимость функции (6.21) от yi можно за-
писать следующим образом:
. (6.24)
Тогда с использованием выражения для полного дифференциала
. (6.25)
Выражение (6.25) по-прежнему содержит производные неявных функ-
ций (
). Чтобы исключить эти производные, произведем замену перемен-
ных x1, …, xn на W1, …, Wn (см. систему (4.6)). Тогда искомая производная
запишется в виде
. (6.26)
Аналогичное выражение можно записать также для производной по xi:
. (6.27)
93
Производные
н/я
Ψ
i
x
∂
∂
i
j
xW∂
∂
н/я н/я н/я н/я
12
1 11 21 1
н/я н/я н/я н/я
12
2 12 22 2
н/я
ΨΨ Ψ Ψ
,
ΨΨ Ψ Ψ
,
.......................................................................,
Ψ
n
n
n
n
n
W
WW
x Wx Wx Wx
W
WW
x Wx Wx Wx
x
∂ ∂ ∂ ∂∂
∂∂
=⋅+⋅++⋅
∂ ∂∂∂ ∂ ∂∂
∂ ∂ ∂ ∂∂
∂∂
=⋅+⋅++⋅
∂ ∂∂∂ ∂ ∂ ∂
∂∂
=
∂
н/я н/я н/я
12
12
ΨΨ Ψ
.
n
n n nn
W
WW
Wx W x W x
∂ ∂∂
∂∂
⋅+⋅++⋅
∂∂∂ ∂ ∂ ∂
н/я
Ψ
j
W
∂
∂
j
i
W
y∂∂
i
y∂Ψ∂
и
легко определяются непосредственным
дифференцированием. После этого на основе (6.27) составляется система
линейных уравнений
(6.28)
Путем решения этой системы вычисляются значения производ-
ных
Производные
.
определяются прямым дифференцированием
уравнений режима. После этого по формулам (6.26) и (6.23) вычисляются искомые производные целевой функции по оптимизируемым пе-
ременным
.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое оптимизация?
2. Понятия целевой функции и технических ограничений.
3. Почему оптимизация режима сети на короткие сроки (до 1 часа)
производится по критерию минимума потерь мощности, а оптимизация на
более длительные сроки – по критерию минимума потерь энергии?
4. Что такое условная и безусловная оптимизация?
94
5. Почему решение задачи безусловной оптимизации существует
max
II
≤
только для нелинейных целевых функций?
6. Какое максимальное число ограничений-равенств может быть ис-
пользовано при двух оптимизируемых переменных? Запишите функцию
Лагранжа для этого случая.
7. Какую размерность будет иметь шаг t в градиентных методах оп-
тимизации, если целевая функция выражена в [МВт], а оптимизируемые
переменные – в [кВ]?
8. Что такое расходная характеристика электростанции?
9. Объясните, почему потери мощности в формуле (6.11) не являются
функцией мощности базисного узла?
10. Почему условие (6.16) можно использовать только для возобнов-
ляемых источников энергии?
11. Запишите штрафную функцию для технического ограничения
.
12. Запишите систему (6.28) для сети с одним узлом нагрузки и од-
ним базисным узлом при использовании уравнений в декартовой системе
координат.
95
7. ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ
7.1.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Оперативно-диспетчерское управление в электроэнергетике – это
комплекс мер по централизованному управлению технологическими режимами работы объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок потребителей электрической энергии, осуществляемый субъектом
оперативно-диспетчерского управления (ОДУ) в электроэнергетике в отношении линий электропередачи, оборудования и устройств, влияющих
на электроэнергетический режим работы энергетической системы и включенных данным субъектом в перечень объектов диспетчеризации с распределением их по способу управления.
Определения в этом параграфе приводятся согласно ГОСТ Р 57114-
2016 и официальному сайту системного оператора so-ups.ru.
Субъектом ОДУ в ЕЭС России является системный оператор, а в тех-
нически изолированных энергосистемах – иные аналогичные организации.
Системный оператор – это организация, осуществляющая единоличное ОДУ в ЕЭС России и уполномоченная отдавать диспетчерские команды и распоряжения, обязательные для выполнения.
Объекты диспетчеризации – это линии электропередачи, оборудование электрических станций и электрических сетей, устройства релейной
защиты и автоматики, средства диспетчерского и технологического
управления, оперативно-информационные комплексы, иное оборудование
объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок потребителей электрической энергии, технологический режим работы и эксплуатационное состояние которых влияют или могут влиять на электроэнергетический режим энергосистемы в операционной зоне диспетчерского центра, а также параметры технологического режима работы оборудования
в операционной зоне диспетчерского центра, включенные соответствующим диспетчерским центром в перечень таких объектов, с распределением их по способу управления.
96
Диспетчерский центр – структурное подразделение организации –
субъекта оперативно-диспетчерского управления, осуществляющее в пределах закрепленной за ним операционной зоны управление режимом
энергосистемы.
Операционная зона – это территория, в границах которой расположе-
ны объекты электроэнергетики и энергопринимающие установки потребителей электрической энергии, управление взаимосвязанными технологическими режимами работы которых осуществляет соответствующий
диспетчерский центр.
Зона диспетчерской ответственности – это территория, в границах
которой субъект ОДУ осуществляет ОДУ в электроэнергетике.
Диспетчерское управление – это организация управления электро-
энергетическим режимом энергосистемы, при которой технологический
режим работы или эксплуатационное состояние объектов электроэнергетики, энергопринимающих установок потребителей электрической энергии, оборудования и устройств изменяются только по диспетчерской команде диспетчера соответствующего диспетчерского центра или путём
непосредственного воздействия на технологический режим работы или
эксплуатационное состояние объектов диспетчеризации с использованием
средств дистанционного управления из диспетчерского центра.
Диспетчерское ведение – это организация управления электроэнерге-
тическим режимом энергосистемы, при которой технологический режим
работы или эксплуатационное состояние объектов электроэнергетики,
энергопринимающих установок потребителей электрической энергии,
оборудования и устройств изменяется только по согласованию с соответствующим диспетчерским центром (с разрешения диспетчера соответствующего диспетчерского центра).
Объект диспетчеризации может находиться в диспетчерском управ-
лении только одного диспетчерского центра, но в диспетчерском ведении
нескольких центров.
97
Диспетчерская заявка – это документ, в котором оформляется ответственное намерение эксплуатирующей организации изменить технологический режим работы или эксплуатационное состояние объекта диспетчеризации.
Диспетчерская команда – это указание совершить (воздержаться от
совершения) конкретное действие (действия), связанное с управлением
технологическими режимами работы или эксплуатационным состоянием
объектов электроэнергетики или энергопринимающих установок потребителей электрической энергии, оборудования и устройств, выдаваемое диспетчерским персоналом по каналам связи диспетчерскому персоналу нижестоящего или смежного диспетчерского центра или оперативному персоналу субъекта электроэнергетики, потребителя электрической энергии.
Диспетчерское разрешение – это разрешение совершить (воздержаться от совершения) конкретное действие (действия), связанное с изменением технологического режима работы и эксплуатационного состояния объектов электроэнергетики или энергопринимающих установок потребителей электрической энергии, оборудования и устройств, выдаваемое диспетчерским персоналом по каналам связи диспетчерскому персоналу другого диспетчерского центра либо оперативному персоналу субъекта электроэнергетики, потребителя электрической энергии.
Диспетчерское распоряжение – это документ (в том числе в электронной форме), выдаваемый диспетчерским центром нижестоящему или
смежному диспетчерскому центру, субъекту электроэнергетики или потребителю электрической энергии и определяющий содержание, порядок
и сроки осуществления конкретных действий, связанных с управлением
технологическими режимами работы и эксплуатационным состоянием
объектов электроэнергетики или энергопринимающих установок потребителей электрической энергии, оборудования и устройств.
98
7.2. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Иерархическая структура системы ОДУ ЕЭС России показана на
рис. 7.1.
Рис. 7.1. Структура ОДУ ЕЭС России
С 2008 года в ЕЭС России действует системный оператор, в насто-
ящее время имеющий официальное название акционерное общество
«Системный оператор Единой энергетической системы».
Объединенные диспетчерские управления и региональные диспетчерские управления представляют собой диспетчерские центры первого
и второго уровней иерархии. По положению на 2023 год существует семь
объединенных диспетчерских управлений (Востока, Сибири, Урала, Юга,
Северо-Запада, Средней Волги и Центра). Общее число региональных
диспетчерских управлений – 49.
99
7.3. ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Система ОДУ выполняет две функции:
1) планирование режима;
2) оперативное управление.
Планирование режимов подразделяется на краткосрочное и долго-
срочное.
Долгосрочное планирование осуществляется на один месяц, квартал,
год (в редких случаях на 5 лет).
Задачи долгосрочного планирования
1. Прогнозирование электропотребления и суточных графиков на-
грузки на указанные сроки.
2. Составление баланса мощностей в энергосистеме.
3. Определение выработки электроэнергии и ее передачи из одной
энергосистемы в другую.
4. Расчет располагаемого топлива и расхода топлива на электростанциях.
5. Составление схем регулировки стока водохранилищ ГЭС.
6. Выбор мероприятий по снижению расхода топлива.
7. Определение мощности, допустимой для вывода в ремонт.
8. Разработка и согласование планов ремонта электрооборудования.
9. Составление эксплуатационных схем электрической сети.
10. Расчет и оптимизация характерных режимов.
11. Разработка законов регулирования напряжения в контрольных
точках.
12. Расчет устойчивости, токов короткого замыкания и особых режи-
мов, в том числе предельных по статической устойчивости.
13. Расчет релейной защиты и автоматики.
14. Разработка ограничений потребителей по мощности и энергоре-
сурсов в системе.
15. Разработка графиков аварийного отключения потребителей.
Краткосрочное планирование осуществляется на следующие перио-
ды: 0,5; 1; 2 ч и более, сутки, неделя.
100
Задачи краткосрочного планирования
1. Прогнозирование суточных графиков нагрузки.
2. Прием и рассмотрение диспетчерских заявок на ввод в работу или
вывод из работы электрооборудования. При этом заявка разрешается или
отклоняется. Разрешение может быть дополнено каким-либо условиями
и указаниями.
3. Составление баланса мощностей для утреннего и вечернего макси-
мума нагрузок (иногда и для режима минимальных нагрузок).
4. Определение генерируемой мощности всех электростанций и вы-
работки электроэнергии на ГЭС.
5. Расчет режимов электрической системы и их оптимизация по
напряжению и реактивной мощности.
6. Определение плановых графиков нагрузки:
а) для потребляемой мощности;
б) электростанций;
в) перетоков мощности по межсистемным сетям.
7. Выработка ограничений потребителей по мощности и энергии.
8. Разработка ограничений по расходу топлива.
9. Анализ режимов за предшествующие сутки.
10. Результатом планирования является диспетчерский график – это
задание по мощности, выработке, передаче и потреблению электроэнергии, величине резерва мощности, значению напряжения, выдаваемое
субъектом оперативно-диспетчерского управления субъектам электроэнергетики.
Оперативное управление осуществляется как вручную, так и автоматически.
Задачи ручного управления
1. Идентификация (оценивание) режима.
2. Оценка надежности режима.