
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

УПРАВЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМИ СЕТЯМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОТОКОВОЙ МОДЕЛИ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА

Работа №	102296
Тип работы	Авторефераты (РГБ)
Предмет	электроэнергетика
Объем работы	24
Год сдачи	2018
Стоимость	250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	147

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение

Актуальность темы. До недавнего времени основной функцией распределительных сетей (РС) на классах напряжения 6-35 кВ являлось обеспечение надежной поставки электрической энергии (ЭЭ) в режиме одностороннего питания - от шин центров питания (ЦП) к потребителям. Средства управления электрической схемой сети и режимом ее работы практически отсутствовали, а имеющихся измерительных устройств было недостаточно для управления РС. В таких условиях измерительная информация и данные о состоянии схемы сети собирались в основном выездными бригадами, что обеспечивало низкую скорость передачи этих данных в пункты управления.
Среди основных направлений современного развития сетей 6-35 кВ можно отметить их техническое и информационное перевооружение в рамках концепции «интеллектуальных» активно-адаптивных сетей (Smart Grid) с использованием технологий «интеллектуальных» измерений (Smart Metering). Наряду с уже имеющимися в РС устройствами регулирования напряжения под нагрузкой силовых трансформаторов (РПН) и гибкой компенсации реактивной мощности становится возможным дистанционное управление современными выключателями и автоматизированными реклоузерами для оптимизации режима работы сети. Повышается число потребительских установок распределенной генерации (РГ). Важным направлением развития информационно-измерительной системы РС является ее тесная интеграция в единую систему цифровых устройств релейной защиты и автоматики, позволяющих контролировать схему сети по данным дискретных сигналов и локальных систем оперативно-технологического управления. Последние, так же как и развивающиеся в РС автоматизированные информационно-измерительные системы (АИИС), могут строиться с применением микропроцессорных счетчиков ЭЭ с возможностью двухстороннего обмена информацией. Тенденции в развитии электрических схем РС связаны с появлением участков сетей 6-20 кВ с двухсторонним питанием вследствие внедрения в них установок РГ. Начинают использоваться замкнутые локально-кольцевые схемы сетей с подключением к одному источнику питания, а также глобально-кольцевые схемы электроснабжения, имеющие сотовую (гексагональную) структуру. Все это приближает РС к сетям более высоких классов напряжения и открывает новые возможности по управлению ими.
Перечисленные системы и устройства управления формируют современную информационную и технологическую основу для управления установившимися и квазиустановившимися режимами работы участков РС и установленными в них генерирующими установками с целью снижения затрат на энергообеспечение их собственников. Решение отмеченных задач невозможно без разработки новой модели режима работы для сетей 6-35 кВ, соответствующей основным тенденциям их развития и особенностям работы.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», номер соглашения 14.578.21.0226 (уникальный идентификатор проекта: RFMEFI57817X0226) на тему «Разработка масштабируемого программно-технического комплекса для управления электрическими подстанциями на базе протокола МЭК 61850».
Достоинством предлагаемой в работе потоковой модели (ПМ) для РС по сравнению с классической моделью установившегося режима (УР), использующей уравнения узловых напряжений в форме баланса мощностей, является учет специфики информационного развития РС, ориентированной в основном на измерения ЭЭ, и в меньшей степени на измерения токов и напряжений. В основе потоковой модели предлагается использовать модель энергораспределения, опирающуюся на балансовые уравнения в ветвях и узлах схемы сети, что позволяет легко осуществлять переход из расчетных потоков мощностей в потоки энергии для подзадач, решаемых на разных по длительности интервалах времени. Достоинства использования ПМ в задаче оценивания состояния (ОС) режима работы сети связаны с возможностью решения этой задачи при отсутствии базисного узла, в условиях схемно-режимных изменений и при наличии ненаблюдаемых участков, которые часто имеют место в РС. К другим преимуществам ПМ относятся возможности учета ветвей с резко различающимися сопротивлениями и моделирования ветвей с нулевыми сопротивлениями при условии наличия в них измерительных комплексов.
В сетях 6-35 кВ можно выделить различных участников и организаторов энергообмена, имеющих в своем распоряжении участки РС и устройства управления. К ним относятся сетевые компании, потребители с генерацией, крупные потребители и монопотребители с собственной генерацией и электрической сетью, а также независимая РГ. Управление участками РС или отдельным оборудованием с целью снижения затрат на энергообеспечение они строят исходя из своих критериев оптимальности. В зависимости от доступных в распоряжении участника энергообмена устройств управления в алгоритме системы их согласованного управления возможно формирование своей целевой функции оптимизации. Она может содержать одну или несколько следующих затратных составляющих: затраты на покупку ЭЭ из сети и доход от ее продажи, затраты на выработку ЭЭ собственными установками РГ, плата за отклонение фактического объема потребленной/выданной ЭЭ от планового значения. Все указанные составляющие могут быть выражены через единый для задач ОС и оптимизации расчетный вектор ПМ, состоящий из потоков активной и реактивной мощности или энергии и узловых напряжений.
Решение оптимизационной задачи опирается на измерительную информацию о текущем режиме работы сети, прогнозные значения нагрузок узлов, изменение цен на топливо и ЭЭ в сети общего пользования и использует при этом единый математический алгоритм ПМ. Автоматизированные устройства управления РС на основе ПМ позволят полнее реализовывать возможности установленных в сети активных устройств управления и систем сбора и передачи измерительной информации для повышения эффективности работы их собственников, подключенных к сети на напряжениях 6-35 кВ.
Целью работы является использование новой - потоковой модели установившегося режима работы РС, адекватной их технологическому и информационному развитию для последующего решения на ее основе задач ОС и оптимизации с целью снижения затрат на энергообеспечение различных участников энергообмена при наличии в их распоряжении устройств управления. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
• анализ современных тенденций в технологическом и информационном развитии распределительных сетей напряжением от 6 до 35 кВ;
• обзор существующих и выявление перспективных электрических схем РС в условиях повышения требований к их надежности и управляемости вследствие появления в них генерации и других устройств управления;
• адаптация потоковой модели установившегося режима работы к сетям напряжением 6-35 кВ, учитывающая специфику их работы и развития;
• постановка и решение задачи оценивания состояния режима работы сетей 6¬35 кВ на основе потоковой модели с учетом ее ориентации на системы учета электроэнергии, измерения токов и напряжений;
• постановка и определение способов решения задачи оптимизации режима работы для различных участников энергообмена РС в потоковой модели, принимая во внимание механизмы формирования стоимости ЭЭ в сети общего пользования, а также технологические возможности устройств управления и систем сбора и передачи измерительной информации;
• описание информационной среды и алгоритмической модели для создания автоматизированного устройства управления распределительной сетью.
Объектами исследования являются распределительные сети и системы внешнего электроснабжения вместе с установленными в них устройствами выработки, передачи, распределения и потребления ЭЭ, с информационно-измерительной инфраструктурой, работающие на классах напряжения 6-35 кВ.
Научная новизна:
• Показана необходимость разработки новой модели установившегося режима работы распределительных сетей напряжением 6-35 кВ, адекватной их схемно-режимному и информационному развитию для последующего ее использования в системах мониторинга и управления участками сетей.
• В качестве режимной модели РС обосновано использование потоковой модели, вектор состояния которой содержит потоки мощности или энергии в ветвях схемы сети. Эта модель обладает слабой чувствительностью к неоднородности параметров схемы замещения сети, а эквивалентирование расчетной модели осуществляется без появления новых фиктивных связей.
• Потоковая режимная модель адаптирована под РС для решения задачи ОС с использованием измерений электроэнергии, полученных от счетчиков, а также измерений от датчиков тока и напряжения. В задаче ОС потоковая модель позволяет производить оценку режима работы сети на разных интервалах времени и использовать данные от измерительных комплексов, установленных в ветвях с нулевым сопротивлением (например, содержащих выключатели).
• Предложен новый подход к снижению затрат на энергообеспечение различных собственников РС и устройств управления, основанный на решении задачи оптимизации согласно набору затратных составляющих (функций), выраженных в рамках расчетного вектора потоковой модели.
• Предложено раздельное управление активными устройствами с дискретным и непрерывным характером управления режимом работы РС. Расчет воздействий на них осуществляется согласованно по их типам на различных интервалах времени с использованием математического алгоритма ПМ.
• Описаны информационная среда и алгоритмическая модель устройства управления процессом электроснабжения (АУУПЭ) микросети, использующего ПМ и предназначенного для различных собственников РС.
Практическая значимость работы заключается в снижении суммарных затрат на энергообеспечение различных участников энергообмена РС за счет уменьшения потерь в их сетях, выбора оптимальной стратегии работы генерирующих установок, условий покупки и продажи ЭЭ, принимая во внимание изменение цен на ЭЭ в сети общего пользования и топливо. Предлагаемая в работе новая потоковая модель режима работы сети имеет хорошие предпосылки для ее использования в системах мониторинга режимов работы сетей напряжением 6-35 кВ и отдельных энергообъектов, а также для реализации на ее основе функций оценивания состояния и оптимизации в программных комплексах и микропроцессорных системах управления.
Методы исследования. Поставленные задачи решались c использованием методов комбинаторного анализа, теоретических основ электротехники, применялись методы нелинейного программирования. Вычислительные эксперименты в работе выполнялись с помощью следующего программного обеспечения: MathCAD 15, Balance 4, RastrWin 3. Применялся программно-технический комплекс (ПТК) ARIS-SCADA инженерной компании ООО «Прософт-Системы» с модулем расчета режимных параметров энергообъектов собственной разработки, написанным на языке программирования Lua.
Основные положения диссертационного исследования, выносимые на защиту:
1. Потоковая модель ОС и оптимизации режима работы сети, основанная на методике энергораспределения и позволяющая использовать для описания технических процессов и экономических критериев единый расчетный вектор, включающий потоки электроэнергии или мощности.
2. Стратегии компоновки целевой функции задачи оптимизации и управления устройствами коррекции режима работы с целью раздельного повышения эффективности системы электроснабжения для потребителей с собственной генерацией, сетевых компаний, крупных предприятий и монопотребителей с генерирующими установками и участками сетей.
3. Принципы управления различными устройствами коррекции режима работы собственников сети на разных интервалах времени с использованием измерительной информации и прогнозов графиков нагрузок узлов сети.
4. Информационная среда и алгоритмическая модель для автоматизированного устройства управления локальными участками распределительных сетей.
Личный вклад автора заключается в адаптации потоковой модели для РС и постановке на ее основе задач ОС и оптимизации их режимов работы. Предложено решение этих задач в рамках единого расчетного алгоритма потоковой модели. Подготовлены примеры, доказывающие практическую применимость новой потоковой модели и подчеркивающие ее основные достоинства. Произведено внедрение разработанного алгоритма ОС на основе ПМ в ПТК ARIS-SCADA компании ООО «Прософт-Системы».
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 11 конференциях, в том числе:
• Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи» - Екатеринбург-2012, Томск-2014, Иваново-2015, Казань-2016, Самара-2017;
• Всероссийская студенческая научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», Екатеринбург, 17-20 декабря 2013 г.;
• Международная научно-практическая конференция «Материаловедение. Машиностроение. Энергетика», Екатеринбург, 8-11 июля 2015 г.;
• International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Челябинск, 2016 г.;
• XI International Symposium on Industrial Electronics (INDEL), Banja Luka, Bosnia and Herzegovina, 2016;
• The 26thIEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Edinburgh International Conference Centre (EICC), Edinburgh, UK, 2017;
• The 58thInternational Scientific Conference of Riga Technical University on Power and Electrical Engineering (RTUCON) October 12-13, 2017, Riga, Latvia.
Основные положения работы рассматривались на ежегодных научных семинарах кафедры «Автоматизированные электрические системы» УралЭНИН УрФУ, г. Екатеринбург, в период с 2013 года по 2018 год.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 2 - в русскоязычных изданиях из перечня Высшей аттестационной комиссии («Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики», «Новое в российской электроэнергетике» - электронное издательство); 5 - в изданиях, индексируемых в международных реферативных базах цитирования Scopus и Web of Science.
Внедрение результатов работы. Получен акт о внедрении алгоритма расчета режимных параметров для объектов электроэнергетики в ПТК ARIS- SCADA компании ООО «Прософт-Системы» (договор на НИР №15-29396 от 20 июля 2015 г.). Выполнена работа по оценке потерь ЭЭ в изолированной сети электроснабжения АО «Аметистовое» - Этап 2. (договор на НИР №2-АЭС-2 от 31 мая 2016 г.). Результаты работы используются в дисциплине «Информационные технологии управления режимами ЭЭС» магистратуры по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» в УрФУ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 146 наименований и 2 приложений. Содержит 218 страниц, включает 55 рисунков и 21 таблицу.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

1. На основе обзора литературы показаны направления технического и информационного развития сетей 6-35 кВ, заключающиеся в появлении и росте в них числа различных типов генерирующих установок, современных коммутационных аппаратов, устройств гибкой компенсации реактивной мощности, во внедрении автоматизированных систем учета электроэнергии. Выявлена тенденция перехода распределительных сетей от радиальных электрических схем к замкнутым кольцевым схемам. Это постепенно приближает сети 6-35 кВ по своим возможностям управления к сетям более высоких классов напряжения и требует разработки новой режимной модели сетей 6-35 кВ, адекватной их особенностям работы и специфике развития.
2. В качестве модели установившегося режима для сетей предложено использовать потоковую модель, разработка которой имеет самостоятельное значение. Ее расчетный вектор определяется потоками мощности (энергии) в ветвях схемы сети, и он расширен по сравнению с вектором состояния. В сравнении с классической режимной моделью, использующей уравнения узловых напряжений, потоковая модель обладает явными преимуществами:
• не чувствительна к неоднородности параметров схемы замещения и ее система уравнений существенно лучше обусловлена. Это позволяет рассчитывать схемы сетей с нулевым сопротивлением ветвей (например, с силовыми выключателями), что важно при наличии в них измерений;
• позволяет эквивалентировать схему сети с сохранением ее исходной топологии. Это достигается путем объединения соседних узлов в район, используя математическую процедуру сложения нескольких балансовых уравнений.
3. Показано, что в задаче оценивания состояния потоковая модель позволяет учитывать особенности информационного обеспечения распределительных сетей, а также обладает следующими ключевыми достоинствами:
• позволяет легко осуществлять переход из расчетных потоков мощностей в потоки энергии для подзадач, решаемых на разных интервалах времени;
• позволяет отказаться от расчета реактивных потоков мощности или энергии и/или напряжений при отсутствии соответствующих измерений за счет снижения точности расчета технических потерь;
• не требует для расчета наличия базисного и балансирующего узлов, не чувствительна к разделению схемы на несвязные части;
• слабо чувствительна к схемным и режимным изменениям, когда расчет режима производится на основе измерений электрической энергии.
4. Предложен единый расчетный алгоритм для последовательного решения задач оценивания состояния и оптимизации режима работы сетей 6-35 кВ в потоковой модели. Переход от одной задачи к другой производится в рамках формирования схожей целевой функции, дополненной ограничениями, и ее дальнейшего решения с использованием итерационного метода Ньютона.
5. Для различных собственников сети, таких как крупные потребители, сетевые компании, а также для потребителей с генерацией и независимых генерирующих установок, в рамках потоковой модели сформирован набор затратных составляющих, включающий затраты на компенсацию потерь, затраты на покупку электроэнергии из сети и доход от ее продажи в сеть, затраты на выработку электроэнергии собственной генерацией, затраты, связанные с платой за отклонение фактического объема электроэнергии от планового. Управляющие воздействия на устройства управления режимом работы сети реализуются с разной дискретностью в зависимости от их регулировочного ресурса и степени оказываемого влияния на режим.
6. Описана информационная среда и алгоритмическая модель автоматизированного устройства управления процессом электроснабжения микросети, в основе которого лежит потоковая режимная модель. Работа устройства обеспечивается информацией о сети и оборудовании, измерениями и информацией о ценах на топливо и электрическую энергию из сети Интернет. Дано описание области применения устройства управления процессом электроснабжения, его взаимодействия с устройствами управления, имеющимися в сети, и порядка реализации управляющих воздействий.

Литература

1. Мухлынин, Н.Д. Решение задачи оценивания состояния режима работы распределительной сети / Н.Д. Мухлынин, А.В. Паздерин // Новое в российской электроэнергетике - электронный журнал. - 2017. - № 6. - С. 55-65. 0.69 п.л./0.56 п.л. (индексирована в РИНЦ)
2. Nikita D. Mukhlynin, Andrey V. Pazderin, Pavel Yu. Kovalenko Concept of Automated Energy Distribution System Based on the Flow Model for Microgrids Control // 58thInternational Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON), Riga, Latvia on October 12-13, 2017, pp 1-4. 0.25 п.л./0.24 п.л.
3. Andrey V. Pazderin, Andrey A. Pazderin, Nikita D. Mukhlynin Technical and Economic Model of Energy Transmission and Distribution Based on the Smart Metering Technologies // The 26thIEEE International Symposium on Industrial Electronics, 19-21 June 2017 Edinburgh, Scotland, UK, pp 163-168. 0.5 п.л./0.25 п.л. (индексирована в Scopus)
4. Мухлынин, Н.Д. Потоковая модель оценивания состояния и оптимизации режимов работы распределительных сетей / Н.Д. Мухлынин, А.В. Паздерин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 9-10. - С. 3-15. 0.81 п.л./0.63 п.л. (индексирована в РИНЦ)
5. Nikita D. Mukhlynin, Andrey V. Pazderin, Aleksandar Sukalo Estimating operating mode parameters in distribution grids with regard to the peculiarities of their development // 2016 International Symposium on Industrial Electronics (INDEL), Banja Luka, November 3-5 2016, pp 1-4. 0.25 п.л./0.19 п.л. (индексирована в Web of Science и Scopus)
6. Nikita D. Mukhlynin, Andrey V. Pazderin The Model of Distribution Grids State Estimation and Optimization based on the Energy Balances Equations // ICIEAM-2016, IEEE International Energy Conference. 2016, 19-20 May Chelyabinsk, pp 1-4. 0.25 п.л./0.19 п.л. (индексирована в Web of Science и Scopus)
7. Nikita D. Mukhlynin, Yuriy M. Komlev Method of Direct Coordinatewise Discrete Optimization in Choosing the Optimal Normal Open Points in Distribution Grids // ICIEAM-2016, IEEE International Energy Conference. 2016, 19-20 May Chelyabinsk, pp 1-5. 0.31 п.л./0.13 п.л. (индексирована в Web of Science и Scopus)
Другие публикации:
8. Мухлынин, Н.Д. Интервальная оптимизация различных субъектов распределительных сетей / Н.Д. Мухлынин, А.В. Паздерин // Электроэнергетика глазами молодежи - 2017: материалы VIII Международной молодежной научно-технической конференции, г. Самара, 02-06 октября, 2017 г. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2017. - Т 3. - С. 250-253. 0.25 п.л./0.22 п.л. (индексирована в РИНЦ)
9. Мухлынин, Н.Д. Оценка влияния режима работы распределенной генерации на график нагрузки питающей подстанции / В.В. Дубайлова, Н.Д. Мухлынин // Электроэнергетика глазами молодежи - 2017: материалы VIII Международной молодежной научно-технической конференции, г. Самара, 02-06 октября, 2017 г. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2017. - Т 3.- С. 13-16. 0.25 п.л./0.13 п.л. (индексирована в РИНЦ)
10. Мухлынин, Н.Д. Ценовая модель распределения электроэнергии в сетях 35, 6-10 кВ / Н.Д. Мухлынин, А.В. Паздерин // Электроэнергетика глазами молодежи - 2016: материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции, г. Казань, 19-23 сентября, 2016 г.- Казань: Казан. гос. энерг. ун-т 2016. - Т 3. - С. 265-268. 0.25 п.л./0.22 п.л.
11. Мухлынин, Н.Д. Решение задачи управления распределительными сетями
для оптимизации режимов их работы / Н.Д. Мухлынин, А.В. Паздерин // Электроэнергетика глазами молодежи: сборник докладов VI Международной научно-технической конференции, г. Иваново, 9-13 ноября 2015 г. - Иваново: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина», 2015. - Т 1. С. 332-337. 0.38 п.л./0.25 п.л. (индексирована в РИНЦ)
12. Мухлынин, Н.Д. Перспективные топологии и информационное обеспечение в распределительных сетях / Н.Д. Мухлынин, А.В. Паздерин // Вестник науки Сибири: Изд-во Томский политехнический университет. - 2015. - №15. - С. 72-76. 0.31 п.л./0.25 п.л. (индексирована в РИНЦ)
13. Мухлынин, Н.Д. Перспективные топологии и информационное обеспечение в распределительных сетях / Н.Д. Мухлынин, А.В. Паздерин // Электроэнергетика глазами молодёжи - 2014: сборник докладов V Международной молодёжной научно-технической конференции. - Томск: Изд-во Томский политехнический университет. - 2014. - Т.2. - С. 308-312. 0.31 п.л./0.25 п.л.
14. Мухлынин, Н.Д. Создание интерактивной карты системы электроснабжения ОАО «ЕЭСК» в рамках концепции ЗшаЛСйу и Зтаг1Ме1еппд / Н.Д. Мухлынин, А.О. Егоров, А.В. Овчинников // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: сборник материалов всероссийской студенческой научно-практической конференции и выставки работ студентов, аспирантов и молодых учёных, г. Екатеринбург, 17-20 декабря 2013 г. - Екатеринбург, 2013. - С. 59-60. 0.13 п.л./0.10 п.л.
15. Мухлынин, Н.Д. Учёт режима работы измерительного комплекса электроэнергии в задаче поиска его неисправностей / Н.Д. Мухлынин, А.О. Егоров, А.В. Паздерин, В.Г. Литвинов // Электроэнергетика глазами молодёжи: материалы докладов третьей международной научно¬технической конференции. - Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2012. - Т.1. - С. 612-616. 0.31 п.л./0.25 п.л.