ru en

Розробка моделі електричної мережі для управління якістю електричної енергії

Зміст

Вступ

В даний час проблема якості електроенергії виходить на новий рівень. Це пов'язано з тими змінами, які відбуваються в електроенергетиці в цілому. Поява нових споживачів, застосування енергозберігаючих установок, перехід на цифрові пристрої, розвиток нетрадиційної енергетики та впровадження розподіленої генерації призводить до посилення спотворення якості електроенергії (КЕ). Розвиток електричних мереж відбувається шляхом підвищення їх зв'язності, в результаті чого змінюється їх структура, і мережі стають багатоконтурними. Особливо чітко це проявляється в мережах 6-10 кВ і 0,4 кВ. Всі ці зміни призводять до загострення проблеми КЕ, в той час як підходи до оцінки та управління КЕ залишаються незмінними. Колишні принципи управління не дають потрібного ефекту, а модель електричної мережі для управління якістю електроенергії, відповідна сучасним викликам, на сьогоднішній день відсутня.

Виходячи з цього, метою роботи є розробка моделі електричної мережі на основі системного підходу, що дозволяє забезпечити ефективне управління якістю електричної енергії при динамічно мінливою структурі мережі і складу джерел спотворення якості електроенергії.

Дана мета повинна реалізовуватися наступними завданнями:

  • аналіз вимог нормативної бази з нормування та контролю КЕ до побудови моделі електричної мережі;
  • виявлення нових властивостей в сучасних електричних мережах, що впливають на КЕ;
  • розробка принципів побудови моделі електричної мережі;
  • побудова моделі електричної мережі для управління КЕ.

Аналіз вимог нормативної бази з нормування та контролю КЕ до побудови моделі електричної мережі

В даний час в Росії діють документи по нормуванню та контролю якості електроенергії в електричних мережах, адаптовані під ринок електричної енергії та потужності [1, 2]. Показники і норми КЕ встановлюються в точках передачі електричної енергії (ТПЕ) користувачам електричних мереж низького, середнього і високого напруги систем електропостачання загального призначення змінного трифазного і однофазного струму частотою 50 Гц [1]. У точках передачі електричної енергії відбувається звернення електроенергії в товар відповідно до договору на поставку або на послуги з передачі електричної енергії встановленої якості, відповідальність за яке несе мережева організація. Споживачеві ГОСТ 32144-2013 пропонує на своєму боці забезпечити умови, при яких відхилення напруги живлення на висновках електроприймачів не перевищують встановлених для них допустимих значень, якщо виконуються вимоги цього стандарту до КЕ в точці передачі електричної енергії. Це узгоджується з тим, що постачальники електричної енергії несуть відповідальність за забезпечення якості електричної енергії, що поставляється споживачам, а виробники електроустановок та електротехнічного обладнання і споживачі, які отримують його, несуть відповідальність за те, щоб зазначені обладнання та установки при введенні в експлуатацію не створювали неприпустимих кондуктивних електромагнітних завад. Введення в [1] поняття ТПЕ призвело до зміни принципів управління якістю електричної енергії, що необхідно враховувати при розробці моделі електричної мережі з управління КЕ. Для розгляду концептуальних підходів до моделі управління КЕ необхідно привести аналіз сучасного стану електричних мереж.

Виявлення нових властивостей в сучасних електричних мережах, що впливають на КЕ

На даний момент електроенергетична система розділена на підсистеми, які є учасниками ринку – генерація, електромережеві комплекси і споживачі. З позицій управління якістю електричної енергії розглядати проблему КЕ окремо для електромережних комплексів не має сенсу. Це обумовлено не тільки функціонуванням ринків електроенергії, а й впровадженням нових інноваційних технологій і пристроїв, що призводять до появи нових функціональних властивостей мереж:

  • насиченість мережі активними елементами, що дозволяють змінювати топологічні параметри мережі;
  • здатність знижувати завантаження розподільчої мережі в пікові періоди за рахунок керування електрообладнанням споживачів, використання розподіленої генерації і альтернативних джерел електроенергії у споживача (акумуляторні батареї, сонячні батареї і інші поновлювані джерела);
  • оптимізація генерації і споживання електроенергії за рахунок регулювання навантаження з максимальним урахуванням вимог споживачів (в тому числі і економічних), а також підвищення пропускної спроможності ліній електропередачі;
  • залучення споживачів-регуляторів в процес управління режимами;
  • самодіагностика, попередження системних аварій (збоїв) і самовідновлення, і, як наслідок, зниження недоотпуск електричної енергії споживачам;
  • підвищення спостережливості мережі (збору інформації) про поточний її стан, включаючи зовнішні впливи навколишнього середовища, а також обробка цієї інформації в режимі реального часу, в тому числі за рахунок застосування приладів цифрового виконання.

Виходячи з нових властивостей, математична модель електричної мережі повинна включати не тільки мережі різних власників, а й генерацію, споживачів, а також елементи, що відповідають цим властивостям мережі. На сьогоднішній день розроблені моделі електричної мережі для аналізу та управління режимами (усталеними і перехідними), моделі для розрахунку втрат електроенергії, моделі мережі для управління потоками реактивної потужності, кожна з яких має свої принципи побудови і виконує свої функції. Існуючі моделі не можна застосувати до задачі управління КЕ, так як вони вирішують інші завдання і не враховують показники якості електроенергії. Необхідно відзначити, що моделі мережі, яка б чітко виконувала завдання по застосуванню системного підходу до управління якістю електричної енергії, в даний час немає. Принципи побудови такої моделі не можуть бути аналогічними принципам побудови перерахованих вище моделей. З урахуванням вищесказаного електричну мережу для керування КЕ необхідно розглядати з позиції системного підходу.

Розробка принципів побудови моделі електричної мережі для управління якістю електроенергії

Для побудови моделі мережі обрано такі принципи моделювання: системності; обгрунтованості та узгодженості: повноти використовуваних засобів; коректності; істинності результату; максимуму ефекту: адекватності; відповідності моделі розв'язуваної задачі; абстрагування від другорядних деталей; відповідності між необхідною точністю результатів моделювання і складністю моделі; багатоваріантності реалізацій елементів моделі; модульне побудова.

Грунтуючись на принципі системності, для вирішення завдань управління КЕ, мережа розглядається як комплекс взаємопов'язаних елементів. Це обумовлено тим, що враховуються зв'язку з іншими об'єктами електроенергетичної системи: з джерелами живлення, включаючи розподілену генерацію, з споживачами, ринками енергії і потужності. Принцип системності вважає поділ системи на підсистеми по ряду ознак, наприклад, за класами номінальної напруги, ієрархічним, функціональною ознакою і т. д., Що необхідно врахувати в моделі.

Принцип коректності має на увазі відповідність реалізованої моделі мережі поставленим цілям і достовірності очікуваних результатів. Саме цей принцип дозволяє реалізувати в моделі можливість використання інформації різної якості, в тому числі неповною, для управління КЕ.

Принцип обгрунтованості і узгодженості реалізується у виборі моделей параметрів режиму, показників якості електроенергії (ПКЕ), що забезпечують узгодженість точності проміжних і кінцевого результату в заданих умовах при обліку роботи ринків енергії та потужності.

Принцип повноти використовуваних засобів означає отримання бажаного результату обраної сукупністю технологій і технічних рішень. Його застосування дозволить вибрати оптимальний математичний апарат і програмне забезпечення для реалізації моделі.

Принцип истинности результата реализуется учетом метрологической обеспеченности решаемой задачи и основан на балансах электроэнергии и балансах погрешностей различных видов. Учитывая тот факт, что информация для управления КЭ должна собираться с разных источников и у разных собственников, а их измерительные средства обладают разной погрешностью и насыщенность ими тоже разная, реализация данного принципа в модели позволит избежать некорректных результатов при управлении.

Принцип максимуму ефекту означає необхідність досягнення бажаного результату мінімальними витратами. Використання даного принципу забезпечить мінімальну вартість моделі електричної мережі для управління КЕ при її реалізації.

Принцип адекватності передбачає відповідність моделі цілям дослідження за рівнем складності і організації, відповідність моделі розглянутої електричної мережі в частині безлічі обраних властивостей. Спираючись на цей принцип, передбачається використання таких моделей параметрів режиму, ПКЕ і еквівалента електричної мережі, які забезпечать виконання поставленої мети з мінімальною складністю структури моделі.

Використання принципу відповідності моделі розв'язуваної задачі означає, що модель повинна будуватися для вирішення всього комплексу завдань, що входять в проблему управління якістю електроенергії в електричних мережах з урахуванням їх нових властивостей і особливостей, а також ринкових відносин в електроенергетиці. Принцип абстрагування від другорядних деталей має на увазі спрощення моделі при збереженні істотних властивостей мережі, представленої як система. Класичне уявлення даного принципу наступне: модель повинна бути простіше прототипу. Його використання дозволить різко скоротити вимоги до обсягу і якості вихідної інформації, використовуваної для управління якістю електроенергії.

Згідно з принципом відповідності, між необхідною точністю результатів моделювання і складністю моделі, при розробці моделі її складність знижується наступними шляхами: агрегированием, т. Е. Зменшенням числа змінних; заміною нелінійної залежності лінійної при моделюванні ПКЕ; зміною обмежень – варіюючи обмеженнями можна знайти можливі граничні значення ефективності моделі мережі при різних якостях вихідної інформації; обмеження точності моделі – точність результатів моделі не може бути вище точності вихідних даних.

Різноманітність реалізацій моделей інформаційного поля, елементів, які використовуються для управління КЕ, в залежності від ступеня невизначеності, дозволить забезпечити оптимальне співвідношення точність/складність. В цьому суть принципу багатоваріантності реалізацій елементів моделі мережі для управління КЕ.

При дотриманні принципу модульного побудови моделі з'являється можливість використання окремих модулів з мінімальними зв'язками між ними, що істотно спрощує модель мережі для управління КЕ. При цьому виділення модулів, має проводитися з урахуванням поділу моделі по етапах рішення і по режимам функціонування мережі. Ефективність дій, що управляють з управління якістю електроенергії безпосередньо залежить від вузла мережі, в якому вони реалізуються. З цією метою модель мережі повинна містити критерій чутливості вузлів до вводиться керуючим впливам.

Перечень ссылок

  1. ГОСТ 32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: Изд-во стандартов, 2014. – 20 с.
  2. ГОСТ 33073–2014. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: Изд-во стандартов, 2015. – 45 с.
  3. Постановление Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 № 854 Об утверждении правил оперативно-диспетчерского управления в энергетике.
  4. Закон № 35-ФЗ Об электроэнергетике в редакции с 31.07.2016 года.
  5. Положение о порядке получения статуса субъекта оптового рынка и ведения реестра субъекта оптового рынка // Протокол № 15/2016 заседания Наблюдательного совета Ассоциации НП Совет рынка.
  6. Постановление Правительства Российской Федерации от 4 мая 2012 г. № 442 О функционировании розничных рынков электрической энергии.
  7. Савина Н. В. Системный анализ потерь электроэнергии в электрических распределительных сетях: моногр. / Н. В. Савина; отв. ред. Н. И. Воропай. – Новосибирск: Изд-во Наука, 2008. – 228 с.
  8. Управление качеством электрической энергии / И. И. Карташев, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов и др.; под ред. Ю. В. Шарова. – М.: Издат. дом МЭИ, 2006. – 320 с.