Введение
Основной математической задачей является поиск оптимального режима энергосистемы. Энергосистема может находиться в одном из следующих режимов: нормальном оптимальном; при этом значения всех параметров режима (напряжений, токов, перетоков мощностей, частоты) находятся в пределах, допустимых для длительной работы; выполнены требования качества и надежности; распределение нагрузки и уровни напряжений соответствуют оптимальным с точки зрения экономичности; нормальном неоптимальном; отличается от нормального оптимального тем, что распределение нагрузки и уровни напряжений не соответствуют оптимальным с точки зрения экономичности; утяжеленном (ухудшенном); при этом значения отдельных параметров отличаются от длительно допустимых и могут существовать лишь в течение минут или десятков минут до восстановления нормального режима; утяжеленный режим характеризуется также более низкой степенью надежности электроснабжения из-за отличия схемы сети от нормальной;
аварийном; при этом отдельные параметры режима достигают значений, существование которых допустимо лишь кратковременно (доли секунды или секунды) вследствие опасности нарушения устойчивости параллельной работы и повреждения оборудования (к аварийным режимам относятся короткие замыкания, асинхронный ход, аварийное снижение напряжения или частоты),
после нарушения; возникает после внезапного (незапланированного) нарушения схемы сети или режима, если при этом значения параметров режима отличны от аварийных;
и послеаварийном; возникает после аварийного нарушения, т. е. нарушения, сопровождающегося аварийными значениями параметров. Режим после нарушения может быть нормальным или утяжеленным в зависимости от удовлетворения в каждом конкретном случае требований качества, надежности и экономичности.
В разных режимах задачи управления энергосистемой различны.
Задача управления в нормальном режиме — обеспечение экономичной работы при соблюдении установленных нормативов по качеству и надежности; предотвращение перехода к утяжеленному режиму в результате превышения допустимых значений отдельных параметров режима (перетоков мощности, напряжений на шинах и т. д.). Управление энергосистемой в нормальном режиме осуществляется оперативным персоналом и устройствами автоматики нормального режима (автоматика регулирования частоты и активной мощности — АРЧМ и автоматика регулирования напряжения).
Задача управления в утяжеленном режиме — предотвращение перехода в аварийный режим и восстановление нормального режима. Управление в утяжеленном режиме осуществляется оперативным персоналом и устройствами автоматики нормального режима (автоматика регулирования и ограничения перетока, автоматика регулирования напряжения). Первоочередная задача, решаемая в утяжеленном режиме, — восстановление нормальных значений параметров режима; лишь после этого осуществляется оптимизация режима по активной и реактивной мощности.
Задача управления в аварийном режиме — отключение поврежденного элемента, предотвращение распространения аварии на соседние участки, обеспечение восстановления всех параметров режима до значений, допустимых в течение определенного времени, необходимого оперативному персоналу для восстановления нормального режима (минуты, десятки минут). Управление в аварийном режиме обеспечивается в основном устройствами релейной защиты и противоаварийной автоматики. Лишь в исключительных случаях, когда вследствие многократных отказов в первичной сети и системе управления не удается ликвидировать аварию, требуется вмешательство оперативного персонала.
Вид управления в послеаварийном режиме определяется характером установившегося после нарушения режима: в конечном счете, должно быть обеспечено восстановление нормального оптимального режима.
Нахождение энергосистемы в режимах, отличающихся от нормального оптимального, связано с определенным экономическим ущербом и должно быть по возможности ограничено.
Общим критерием оптимальности управления в переходном процессе может служить суммарный ущерб, обусловленный недоотпуском электроэнергии и ухудшением параметров режима в аварийном и послеаварийном режимах. Поскольку достаточно обоснованная методика определения суммарного ущерба отсутствует, критерием оптимальности может служить суммарный недоотпуск электроэнергии, а целевой функцией оптимального управления минимизация недоотпуска.
К общему критерию оптимальности управления можно также отнести минимум суммарной продолжительности нахождения энергосистемы в аварийном и послеаварийном режимах.
Наряду с общими критериями оптимальности управления возможно применение частных критериев, относящихся к «отдельным этапам развития аварии в энергосистеме. Так, например, для короткого замыкания параметром, позволяющим оценить эффективность существующей или проектируемой системы релейной защиты, может служить длительность существования короткого замыкания. Другим критерием, отражающим не только длительность существования короткого замыкания, но и тяжесть вызванного им возмущения с учетом вида и удаленности повреждения, может быть интегральное значение снижения в контрольных точках основной сети напряжения прямой последовательности.
Для оценки оптимальности управления переходным процессом с учетом возможности нарушения устойчивости параллельной работы можно использовать критерий минимизации увеличения угла между эдс конкретных электростанций или времени затухания колебаний углов.
Показателем эффективности применения мероприятий по предотвращению нарушений устойчивости параллельной работы является снижение общего количества нарушений синхронизма, происшедших за определенное время (например, за год) в энергосистеме.
Эффективность действия автоматики, ликвидирующей асинхронный режим энергосистемы, характеризуется его длительностью и возможностью предотвращения распространения на соседние энергосистемы.
Критериями оптимальности управления переходными процессами в энергосистемах в условиях внезапно возникшего дефицита активной мощности могут служить: суммарная длительность работы энергосистемы со сниженными значениями частоты; интегральные значения снижения частоты за соответствующий отрезок времени; суммарная продолжительность работы основных электропередач энергосистемы со сниженными запасами устой-чивости.
1. Расчет конфигурации системы Начальным этапом является определение оптимального варианта электроснабжения потребителей. На данном этапе определяется количество линий электропередач, от каких подстанций потребители будут получать электроэнергию и выбирается вариант с наименьшими затратами.
Исходные данные:
Таблица 1-данных по линиям электропередач.
Л1п1,км Л2п1, км Л3п1, км Л4п1, км Л5п1, км
47 40 39 38 41
Л1п2 Л2п2 Л3п2 Л4п2 Л5п2
41 34 33 32 31
Л1п3 Л2п3 Л3п3 Л4п3 Л5п3
47 54 53 52 51
Таблица 2-заданных нагрузок.
Р1,МВт Р2, МВт Р3, МВт Р4, МВт Р5, МВт
24 18 22 22 24
Таблица 3-данных по подстанциям.
П1,МВт П2, МВт П3, МВт
58 59 60
С1,руб/Км С2 руб/Км С3 руб/Км
0,033 0,022 0,011
Расчёт оптимальной схемы электроснабжения 5-ти потребителей электрической энергии проводим в программе «Microsoft Office Excel». Конфигурация системы должна отвечать минимуму стоимости передачи мощности всем потребителям. Расчёт представлен в приложении 1.
