Прогнозирование и оптимизация режимов и задачи проектирования развития ЭЭС

Классы задач и математический аппарат

Расчеты установившихся режимов

Анализ электрической системы, так же как и механических систем, включает изучение положений равновесия. Для определения положений равновесия механических систем составляются и решаются системы алгебраических уравнений, основанных на равенстве внутренних и внешних сил, действующих на рассматриваемую систему. Аналогичная картина наблюдается и при расчетах ЭЭС.

Установившиеся процессы описываются законами Ома и Кирхгофа или вытекающими из них системами уравнений узловых напряжений (УУН) или контурных токов. Математический аппарат основан, как правило, на решении систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений. Здесь оцениваются такие параметры режима ЭЭС, как напряжения в узлах расчетной схемы, токи и перетоки мощности по линиям связи, реактивные мощности источников питания, коэффициенты трансформации трансформаторов и др.

Анализ переходных процессов

ЭЭС – это система динамического типа, где постоянно изменяются ее состояния (величина нагрузки, состав включенных генераторов, выключателей, трансформаторов и др.). Отсюда все физические величины (напряжения, токи) меняются во времени, стремясь к новому установившемуся значению. При отклонении системы от положения равновесия возникают различные переходные процессы, изучение которых необходимо для адекватной оценки устойчивости электрического режима и допустимости максимального отклонения электрических величин.

Для анализа движения систем используются математический аппараттеории дифференциальных уравнений. В механических системах для описания неустановившихся режимов широко используется второй закон Ньютона. Анализ переходных процессов в ЭЭС более сложен, чем в механических системах, поскольку в ЭЭС приходиться учитывать поведение не только механических величин (скорость, ускорение, механические моменты турбо и гидрогенераторов, двигателей и др.), но и электрических параметров (токи, напряжения, мощности). Однако существующие параллели позволяют не только лучше понять переходные процессы в ЭЭС, но и помогают при синтезе систем дифференциальных уравнений.

Прогнозирование и оптимизация режимов и задачи проектирования развития ЭЭС

Задача эксплуатации ЭЭС заключается не только в том, чтобы поддерживать оборудование в работоспособном состоянии и как-то обеспечивать потребителей электрической энергией, но и выполнять эти функции с наименьшими затратами материальных, трудовых, финансовых и энергетических ресурсов. Здесь решаются задачи прогнозирования и оптимального распределения суммарной нагрузки ЭЭС между параллельно работающими генерирующими агрегатами, минимизации потерь мощности и энергии в электрических сетях, прогнозирования развития ЭЭС и оптимального распределения инвестиций.

Проблемы оптимизации присутствуют практически во всех задачах эксплуатации и развития ЭЭС.

Основным математическим аппаратомприпрогнозировании нагрузок является статистический анализ с элементами теории аппроксимации, а при оптимизации – математическое программирование.

Оптимальное управление режимами ЭЭС

Как было отмечено выше, одной из основных задач эксплуатации ЭЭС является управление режимами. Недостаточно только наблюдать за процессами, происходящими в ЭЭС – необходимо в них активно вмешиваться, чтобы не допустить их катастрофических последствий. При этом вмешательство должно осуществляться в соответствии с некоторой стратегией управления, различной для разных целей, например, для ликвидации короткого замыкания, для анализа поведения генераторов при переходных процессах, для ввода параметров электрического режима в область допустимых значений, обеспечения длительности переходного процесса до минимально допустимого уровня и др.

С этой целью разрабатываются и внедряются в ЭЭС различные средства автоматического и автоматизированного управления.

Основной математический аппаратданного класса задач – теории оптимального, автоматического и автоматизированного управления сложных электроэнергетических систем.

Надежность ЭЭС

Эффективность любой технической системы, в том числе и электроэнергетической, как правило, рассматривается с позиции трех основных свойств: экономичность, надежность, безопасность. ЭЭС состоит из огромного числа элементов, отказ каждого из которых может привести к непредсказуемым последствиям. Так, например, нарушение герметизации в воздушном выключателе может привести к отказу в отключении КЗ, что в свою очередь приводит к действию УРОВ (устройство резервирования отказов выключателя), в результате чего отключаются остальные выключатели, связанные с поврежденной системой шин. Это, в свою очередь, может привести к нарушению статической или динамической устойчивости и т.д.

Надежность ЭЭС - наука, изучающая вероятностные состояния ЭЭС, способность ЭЭС выполнять свои функции при возникновении тех или иных отказов элементов, устройств или установок.

Основной математический аппаратданного класса задач – теории вероятности, математической статистики и надежности технических систем.

Информационное обеспечение ЭЭС

Для любого управления системой требуется информация о режимных параметрах, состоянии элементов ЭЭС и др. В электроэнергетике приходиться иметь дело с системами, поведение которых определяется сотнями или даже тысячами переменных, подвергаемых влиянию многих случайных или детерминированных факторов. Наблюдение этих параметров затрудненно, а в ряде случаев и вообще невозможно. В условиях частичной неопределенности и неполной наблюдаемости параметров требуется не просто вести режим системы, но и адекватно управлять ее функционированием и развитием. При этом необходимо принимать во внимание наличие погрешностей измерения и передачи данных. Возникает проблема передачи, фильтрации, оценки и использования данных.

Основной математический аппаратданного класса задач – теории информации и оценки состояний ЭЭС.