Помощь студентам в учебе
Управление потоками реактивной мощности в системе электроснабжения с активно-адаптивными элементами
|
ВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 7
1.1. Нормативно-правовое обеспечение проблемы компенсации реактивной
мощности 7
1.1.1. История стимулирования коррекции коэффициента мощности в Российской
Федерации 11
1.1.2. Новые экономические стимулы коррекции коэффициента мощности в России 14
1.2. Анализ способов компенсации реактивной мощности 16
1.3. Обоснование автоматизации управления потоками реактивной мощности 31
Выводы 35
Глава 2. СОЗДАНИЕ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ГРАНИЦЕ БАЛАНСОВОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ 37
2.1. Параметры модели адаптивного управления потоками реактивной мощности. ... 37
2.2. Структура системы управления 37
2.3. Особенности нейронных сетей для адаптивного управления потоками реактивной
мощности 41
2.3.1 Однослойные сети прямого распространения 42
2.3.2 Многослойные сети прямого распространения. 43
2.3.3. Рекуррентные сети 45
2.4. Численно - математическая модель на основе ИНС для адаптивного управления
потоками реактивной мощности 46
2.5. Автоматизация и программная реализация обучения нейросети. 51
Выводы 57
Глава 3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С АКТИВНО-АДАПТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ 58
3.1. Модели элементов системы электроснабжения и системы управления 61
3.2. Оценка адекватности и эффективности моделирования 72
Выводы 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
Глава 1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 7
1.1. Нормативно-правовое обеспечение проблемы компенсации реактивной
мощности 7
1.1.1. История стимулирования коррекции коэффициента мощности в Российской
Федерации 11
1.1.2. Новые экономические стимулы коррекции коэффициента мощности в России 14
1.2. Анализ способов компенсации реактивной мощности 16
1.3. Обоснование автоматизации управления потоками реактивной мощности 31
Выводы 35
Глава 2. СОЗДАНИЕ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ГРАНИЦЕ БАЛАНСОВОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ 37
2.1. Параметры модели адаптивного управления потоками реактивной мощности. ... 37
2.2. Структура системы управления 37
2.3. Особенности нейронных сетей для адаптивного управления потоками реактивной
мощности 41
2.3.1 Однослойные сети прямого распространения 42
2.3.2 Многослойные сети прямого распространения. 43
2.3.3. Рекуррентные сети 45
2.4. Численно - математическая модель на основе ИНС для адаптивного управления
потоками реактивной мощности 46
2.5. Автоматизация и программная реализация обучения нейросети. 51
Выводы 57
Глава 3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С АКТИВНО-АДАПТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ 58
3.1. Модели элементов системы электроснабжения и системы управления 61
3.2. Оценка адекватности и эффективности моделирования 72
Выводы 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
Для промышленных предприятий эффективность потребления электрической энергии определяется своевременным обеспечением технологического процесса требуемым количеством электроэнергии заданного качества при наименьших потерях и при условии сохранения надежной устойчивой работы электроприемников. Наиболее значимой частью мероприятий по повышению эффективности электропотребления до сих пор является снижение потерь за счет регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности.
Компенсация реактивной мощности позволяет повысить эффективность использования электроэнергии в трех основных направлениях: увеличение пропускной способности линий и трансформаторов, снижение потерь актив¬ной энергии, нормализация напряжения. Установка компенсирующих устройств позволяет снизить активные потери за счет снижения полного тока. Таким образом, компенсация реактивной мощности может быть в полной мере названа одной из технологий энергосбережения. Даже на предприятиях, где нет проблем с перегрузкой электросетевого оборудования, за счет снижения активных потерь мероприятия по компенсации реактивной мощности окупаются за сравнительно короткий период времени.
По величине коэффициента реактивной мощности можно судить о том, какая часть потребляемой энергии полезно используется для совершения работы. В возможном приближении коэффициента мощности приемных устройств к единице в основном и заключается технико-экономическая проблема компенсации реактивной мощности.
Для возможности регулирования потоков реактивной мощности (РМ) при обеспечении допустимых ГОСТом уровней напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий и устойчивости нагрузки необходима разработка централизованной и адаптивной системы управления параметрами средств регулирования, способной мгновенно оценивать параметры текущего режима, находить актуальные причинно-следственные законы функционирования электрической системы, управлять группой разнообразных элементов системы, с большим количеством свойств, также меняющихся со временем.
Целью представленных в магистерской диссертации исследований является разработка системы управления потоками реактивной мощности с использованием активно-адаптивных элементов для поддержания на границе балансовой принадлежности предприятия требуемого значения коэффициента реактивной мощности (tg(p) и обеспечения определяемого ГОСТом уровня напряжения в контрольных точках системы электроснабжения предприятия.
Для достижения постеленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ исследований в области управления потоками ре-активной мощности в системах электроснабжения.
2. Создать адаптивную систему управления потоками реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия с ис-пользованием искусственной нейронной сети и активно-адаптивных элементов.
3. Разработать имитационную модель, которая позволит воспроизвести управление потоками реактивной мощности на границе балансовой принадлежности предприятия и энергосистемы, и оценить ее эффективность.
Методы исследования. Для реализации поставленных в диссертации задач используются: методы анализа и синтеза, теория систем автоматического регулирования, методы оптимизации. В качестве программных инструментов для разработки моделей и алгоритмов применяются системы компьютерной математики MATLAB.
Объект исследования: система электроснабжения (СЭС) промышленного предприятия (ПП).
Предмет исследования: потоки реактивной мощности на границе балансовой принадлежности ПП и энергосетевой компании; уровни напряжения в СЭС ПП; методы моделирования .
Практическая значимость. Реализация предложенной модели управления потоками реактивной мощности позволяет поддерживать на границе балансовой принадлежности предприятия и энергосистемы требуемое значения коэффициента реактивной мощности, а так же решить задачу снабжения потребителей электроэнергией требуемого качества.
Разработанные модели и алгоритмы могут быть применены при выполнении научно-исследовательской работ студентов, магистрантов и аспирантов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 82 наименований. Работа изложена на 91 страницах машинописного текста, включает 3 таблиц, 32 рисунков.
Компенсация реактивной мощности позволяет повысить эффективность использования электроэнергии в трех основных направлениях: увеличение пропускной способности линий и трансформаторов, снижение потерь актив¬ной энергии, нормализация напряжения. Установка компенсирующих устройств позволяет снизить активные потери за счет снижения полного тока. Таким образом, компенсация реактивной мощности может быть в полной мере названа одной из технологий энергосбережения. Даже на предприятиях, где нет проблем с перегрузкой электросетевого оборудования, за счет снижения активных потерь мероприятия по компенсации реактивной мощности окупаются за сравнительно короткий период времени.
По величине коэффициента реактивной мощности можно судить о том, какая часть потребляемой энергии полезно используется для совершения работы. В возможном приближении коэффициента мощности приемных устройств к единице в основном и заключается технико-экономическая проблема компенсации реактивной мощности.
Для возможности регулирования потоков реактивной мощности (РМ) при обеспечении допустимых ГОСТом уровней напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий и устойчивости нагрузки необходима разработка централизованной и адаптивной системы управления параметрами средств регулирования, способной мгновенно оценивать параметры текущего режима, находить актуальные причинно-следственные законы функционирования электрической системы, управлять группой разнообразных элементов системы, с большим количеством свойств, также меняющихся со временем.
Целью представленных в магистерской диссертации исследований является разработка системы управления потоками реактивной мощности с использованием активно-адаптивных элементов для поддержания на границе балансовой принадлежности предприятия требуемого значения коэффициента реактивной мощности (tg(p) и обеспечения определяемого ГОСТом уровня напряжения в контрольных точках системы электроснабжения предприятия.
Для достижения постеленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ исследований в области управления потоками ре-активной мощности в системах электроснабжения.
2. Создать адаптивную систему управления потоками реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия с ис-пользованием искусственной нейронной сети и активно-адаптивных элементов.
3. Разработать имитационную модель, которая позволит воспроизвести управление потоками реактивной мощности на границе балансовой принадлежности предприятия и энергосистемы, и оценить ее эффективность.
Методы исследования. Для реализации поставленных в диссертации задач используются: методы анализа и синтеза, теория систем автоматического регулирования, методы оптимизации. В качестве программных инструментов для разработки моделей и алгоритмов применяются системы компьютерной математики MATLAB.
Объект исследования: система электроснабжения (СЭС) промышленного предприятия (ПП).
Предмет исследования: потоки реактивной мощности на границе балансовой принадлежности ПП и энергосетевой компании; уровни напряжения в СЭС ПП; методы моделирования .
Практическая значимость. Реализация предложенной модели управления потоками реактивной мощности позволяет поддерживать на границе балансовой принадлежности предприятия и энергосистемы требуемое значения коэффициента реактивной мощности, а так же решить задачу снабжения потребителей электроэнергией требуемого качества.
Разработанные модели и алгоритмы могут быть применены при выполнении научно-исследовательской работ студентов, магистрантов и аспирантов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 82 наименований. Работа изложена на 91 страницах машинописного текста, включает 3 таблиц, 32 рисунков.
1. Показано, что согласно нормативно правовым документам потребитель обязан обеспечить функционирование средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности, установленных в границах его балансовой принадлежности, для поддержания значений показателей качества электрической энергии, обусловленные работой его энергопринимающих устройств, а так же соблюдать значения соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств).
2. Проведенный анализ показал, что исследований в области управления потоками реактивной мощности в системах электроснабжения предприятий с использованием активно-адаптивных элементов достаточно мало, в основном регулирование осуществляется в распределительных сетях путем создания управляемых линий электропередачи (SmartGrid) и оборудования для них.
3. Исходя из зарубежного опыта выявлено, что высокоадаптивным решением становится установка СТАТКОМ в СЭС ПП, которая в совокупности с управлением РПН трансформаторов на ГПП, позволит автоматизировать управление потоками реактивной мощности в СЭС предприятия.
4. Доказано, что применение искусственной нейронной сети для оперативности принятия решений управления, дает нужное решение задачи управления потоками реактивной мощности в большинстве практически значимых случаев.
5. Разработана структура системы управления потоками реактивной мощности и регулирования уровней напряжения, на основе синтеза ИНС и собственной логики СТАТКОМ, в которой ИНС оперативно реагирует на изменения уровня напряжения на границе балансовой принадлежности предприятия и энергосистемы, а активно-адаптивные элементы подстраиваются под эти изменения с учетом всех ограничений.
6. Создана имитационная модель системы электроснабжения промышленного предприятия, состоящая из моделей отдельных элементов схемы замещения и включающая активно-адаптивные элементы и инструмент адаптивного управления потоками реактивной мощности и уровнем напряжения в виде ИНС.
7. В результате оценки адекватности и эффективности моделирования показано, что синтезированная система адаптивного управления потоками реактивной мощности позволяет на границе балансовой принадлежности предприятия организовать регулирование уровня напряжения, обеспечивая определяемый ГОСТом, и поддерживать требуемое значение коэффициента реактивной мощности (tg ф).
2. Проведенный анализ показал, что исследований в области управления потоками реактивной мощности в системах электроснабжения предприятий с использованием активно-адаптивных элементов достаточно мало, в основном регулирование осуществляется в распределительных сетях путем создания управляемых линий электропередачи (SmartGrid) и оборудования для них.
3. Исходя из зарубежного опыта выявлено, что высокоадаптивным решением становится установка СТАТКОМ в СЭС ПП, которая в совокупности с управлением РПН трансформаторов на ГПП, позволит автоматизировать управление потоками реактивной мощности в СЭС предприятия.
4. Доказано, что применение искусственной нейронной сети для оперативности принятия решений управления, дает нужное решение задачи управления потоками реактивной мощности в большинстве практически значимых случаев.
5. Разработана структура системы управления потоками реактивной мощности и регулирования уровней напряжения, на основе синтеза ИНС и собственной логики СТАТКОМ, в которой ИНС оперативно реагирует на изменения уровня напряжения на границе балансовой принадлежности предприятия и энергосистемы, а активно-адаптивные элементы подстраиваются под эти изменения с учетом всех ограничений.
6. Создана имитационная модель системы электроснабжения промышленного предприятия, состоящая из моделей отдельных элементов схемы замещения и включающая активно-адаптивные элементы и инструмент адаптивного управления потоками реактивной мощности и уровнем напряжения в виде ИНС.
7. В результате оценки адекватности и эффективности моделирования показано, что синтезированная система адаптивного управления потоками реактивной мощности позволяет на границе балансовой принадлежности предприятия организовать регулирование уровня напряжения, обеспечивая определяемый ГОСТом, и поддерживать требуемое значение коэффициента реактивной мощности (tg ф).