Создание распределенной системы оптимального управления нормальными и аварийными режимами больших электроэнергетических систем в реальном времени

Page 1
background image

Page 2
background image

58

СЕТИ

РОССИИ

у

п

р

а

в

л

е

н

и

е

 с

е

т

я

м

и

управление сетями

О

сновным

 

теоретическим

 

представлением

на

 

ко

-

тором

 

базируется

 

совре

-

менная

 

практика

 

реше

-

ния

 

задач

 

расчета

планирования

 

и

 

управления

 

режимами

 

электро

-

энергетических

 

систем

  (

ЭЭС

), 

яв

-

ляется

 

представление

 

о

 

системе

 

уравнений

описывающей

 

рассма

-

триваемую

 

ЭЭС

Решение

 

конкрет

-

ной

 

теоретической

 

или

 

практической

 

задачи

 

для

 

данной

 

ЭЭС

 

является

 

решением

 

соответствующей

 

систе

-

мы

 

уравнений

.

В статье рассматривается проблема оптимального управле-
ния режимами больших электроэнергетических систем (ЭЭС) 
и энергообъединений. Проведен анализ основных концепций 
построения систем управления нормальными и аварийны-
ми режимами данных систем. Представлена общая структура 
и организация функционирования распределенной системы 
управления режимами большой ЭЭС, решающей задачу авто-
матической оптимальной координации действий локальных 
центров управления, выполняющих управление режимами 
энерго 

систем. Поставлена задача практической реализации 

данной системы, открывающей возможность обеспечения гло-
бальной оптимальности режимов больших ЭЭС и энергообъе-
динений при минимальном уровне их уязвимости.

Олег СУХАНОВ, д.т.н., главный научный сотрудник 

Всероссийского электротехнического института (ВЭИ), 

Алексей СЕДНЕВ, к.т.н., доцент Московского государственного

машиностроительного университета (МАМИ)

Создание распределенной 
системы оптимального 
управления нормальными 
и аварийными 
режимами больших 
электроэнергетических 
систем в реальном
времени


Page 3
background image

59

Построение

 

систем

 

управления

  (

СУ

режима

-

ми

 

больших

 

ЭЭС

 

на

 

основе

 

данной

 

концепции

 

определяет

 

следующее

 

их

 

свойство

для

 

каждой

 

работающей

 

или

 

создаваемой

 

СУ

 

должны

 

быть

 

определены

 

границы

 

физической

 

системы

в

 

пре

-

делах

 

которой

 

решается

 

соответствующая

 

зада

-

ча

 

расчета

планирования

 

или

 

управления

 

режи

-

мом

В

 

результате

 

происходившего

 

в

 

последние

 

десятилетия

 

процесса

 

интеграции

 

энергосистем

 

они

 

функционируют

 

в

 

настоящее

 

время

 

как

 

части

 

больших

 

ЭЭС

 — 

энергообъединений

По

 

этой

 

причине

 

определение

 

границ

 

энергосис

-

темы

для

 

которой

 

решается

 

соответствующая

 

за

-

дача

 

управления

 

и

 

в

 

пределах

 

которой

 

действует

 

данная

 

СУ

следует

 

рассматривать

 

как

 

выделение

 

подсистемы

 

в

 

большой

 

ЭЭС

в

 

пределах

 

которой

 

действует

 

данная

 

СУ

При

 

этом

 

возникает

 

следу

-

ющее

 

положение

Для

 

решения

 

задач

 

управления

 

в

 

соответствующей

 

подсистеме

 

большой

 

ЭЭС

 

для

 

нее

 

должны

 

быть

 

определены

 

граничные

 

условия

т

е

параметры

 

режима

 

в

 

граничных

 

узлах

 

данной

 

подсистемы

Если

 

задачи

 

расчета

планирования

 

или

 

управ

-

ления

 

режимами

 

должны

 

решаться

 

для

 

реальных

 

энергосистем

являющихся

 

подсистемами

 

боль

-

шой

 

ЭЭС

 

или

 

энергообъединения

то

 

необходимо

 

учитывать

что

 

режим

 

на

 

границах

 

этих

 

подсистем

 

зависит

 

не

 

только

 

от

 

значений

 

заданных

 

и

 

вычис

-

ляемых

 

внутренних

 

переменных

 

этих

 

подсистем

но

 

и

 

от

 

режима

 

других

 

подсистем

 

данной

 

большой

 

ЭЭС

граничащих

 

с

 

данной

 

подсистемой

В

 

процессе

 

решения

 

задач

 

оперативного

 

управ

-

ления

 

режимами

 

энергосистем

входящих

 

в

 

состав

 

больших

 

ЭЭС

 

или

 

энергообъединений

необходи

-

мость

 

учета

 

взаимного

 

влияния

 

управляющих

 

воз

-

действий

  (

УВ

), 

прикладываемых

 

в

 

одних

 

подси

-

стемах

 

большой

 

ЭЭС

 

на

 

режим

 

других

 

подсистем

приводит

 

к

 

необходимости

 

взаимного

 

согласова

-

ния

 

принимаемых

 

решений

 

и

 

прикладываемых

 

УВ

 

между

 

центрами

 

управления

 

граничащих

 

друг

 

с

 

другом

 

энергосистем

.

Процесс

 

согласования

 

действий

 

центров

 

управ

-

ления

 

энергосистем

 (

локальных

 

центров

 

управле

-

ния

происходит

 

на

 

уровне

 

человеческого

 

общения

 

и

 

является

 

медленным

 

и

 

неэффективным

В

  

рам

-

ках

 

процессов

 

такого

 

типа

 

не

 

может

 

быть

 

обеспе

-

чено

 

оптимальное

 

управление

 

режимами

 

энерго

-

объединений

 

и

следовательно

их

 

оптимальное

 

функционирование

.

Возможность

 

эффективного

 

решения

 

задач

 

управления

 

режимами

 

больших

 

ЭЭС

 

и

 

энергообъ

-

единений

 

в

 

целом

 

в

 

условиях

 

самостоятельного

 

решения

 

задач

 

управления

 

энергосистемами

 

в

 

со

-

ответствующих

 

локальных

 

центрах

 

управления

 

(

ЛЦУ

возникает

 

при

 

построении

 

СУ

 

как

 

совокуп

-

ности

 

существующих

 

локальных

 

центров

 

управле

-

ния

дополняемой

 

системой

 

автоматической

 

коор

-

динации

 

действий

 

ЛЦУ

.

Высокая

 

эффективность

 

такой

 

системы

 

может

 

быть

 

гарантирована

если

 

она

 

отвечает

 

следую

-

щему

 

основному

 

требованию

результаты

 

реше

-

ния

 

задач

 

управления

полученные

 

в

 

данной

 

СУ

 

для

 

всей

 

совокупности

 

подсистем

 

большой

 

ЭЭС

 

в

 

соответствующих

 

центрах

 

управления

должны

 

совпадать

 

с

 

результатами

 

решения

 

этих

 

задач

 

управления

которые

 

могут

 

быть

 

получены

 

при

 

решении

 

единой

 

системы

 

уравнений

относящей

-

ся

 

ко

 

всей

 

большой

 

ЭЭС

 

в

 

целом

При

 

выполне

-

нии

 

этого

 

условия

 

данная

 

система

 

может

 

обеспе

-

чить

 

оптимальное

 

решение

 

задач

 

управления

 

для

 

большой

 

ЭЭС

 

или

 

энергообъединения

 

в

 

целом

то

 

есть

 

глобальную

 

оптимальность

 

их

 

режимов

Системой

 

такого

 

типа

удовлетворяющей

 

сфор

-

мулированному

 

выше

 

требованию

является

 

рас

-

пределенная

 

система

 

управления

 

режимами

представленная

 

в

 [1–3]. 

Структура

 

и

 

организация

 

функционирования

 

данной

 

системы

 

определяют

-

ся

 

концепцией

 

распределенного

 

решения

 

задач

 

расчета

планирования

 

и

 

управления

 

режима

-

ми

 

ЭЭС

.

Основой

 

данной

 

концепции

 

является

 

пред

-

ставление

 

большой

 

ЭЭС

 

в

 

виде

 

иерархической

 

модели

включающей

 

в

 

себя

 

системы

 

уравнений

относящиеся

 

к

 

различным

 

уровням

 

иерархии

 

дан

-

ной

 

модели

В

 

соответствии

 

с

 

этой

 

концепцией

 

ре

-

шение

 

задач

 

управления

 

режимами

 

больших

 

ЭЭС

 

выполняется

 

на

 

основе

 

применения

 

следующих

 

принципов

:

• 

построение

 

и

 

функционирование

 

модели

 

боль

-

шой

 

ЭЭС

 

как

 

иерархической

 

структуры

включа

-

ющей

 

в

 

себя

 

модели

 

нижнего

 

уровня

 — 

систе

-

мы

 

уравнений

 

подсистем

 

и

 

модели

 

верхнего

 

уровня

 — 

системы

 

уравнений

 

связи

• 

представление

 

подсистем

 

в

 

модели

 

верхнего

 

уровня

 

функциональными

 

характеристиками

 

(

ФХ

), 

отражающими

 

соотношения

 

между

 

гранич

-

ными

 

переменными

 

подсистем

 

при

 

соблюдении

 

всех

 

внутренних

 

ограничений

 

в

 

виде

 

равенств

 

и

 

неравенств

;

• 

формирование

 

СУС

 

на

 

основе

 

записанных

 

в

 

общем

 

виде

 

уравнений

отражающих

 

зако

-

ны

 

Кирхгофа

 

или

 

условия

 

оптимальности

 

для

 

граничных

 

переменных

при

 

подстановке

 

в

 

них

 

выражений

 

для

 

ФХ

 

подсистем

В

 

представляемой

 

нами

 

распределенной

 

СУ

построенной

 

на

 

основе

 

данной

 

концепции

ЭЭС

для

 

которой

 

выполняется

 

решение

 

задачи

 

опера

-

тивного

 

управления

 

режимом

представляется

 

как

 

совокупность

 

составляющих

 

ее

 

подсистем

рабо

-

тающих

 

в

 

составе

 

данной

 

ЭЭС

Решение

 

задачи

 

оперативного

 

управления

 

ЭЭС

 

в

 

целом

выпол

-

няемое

 

данной

 

системой

 

управления

осущест

-

вляется

 

как

 

процесс

 

совместного

 

решения

 

задач

 

расчета

 

оптимальных

 

режимов

 

подсистем

 

и

   

оп

-

тимальных

 

перетоков

 

мощности

 

между

 

подсис

-

 

темами

.

Расчет

 

оптимального

 

внутреннего

 

режима

 

подсистем

 

выполняется

 

в

 

данной

 

СУ

 

входящими

 

в

 

нее

 

компьютерами

 

нижнего

 

уровня

которые

 

на

-

ходятся

 

в

 

пределах

 

соответствующих

 

подсистем

Решение

 

задачи

 

расчета

 

оптимальных

 

перетоков

 

мощности

 

осуществляется

 

компьютером

 

верхнего

 

уровня

 — 

сервером

 

данной

 

системы

Общая

 

струк

-

 2 (35) 2016


Page 4
background image

60

СЕТИ РОССИИ

тура

 

данной

 

распределенной

 

СУ

 

представлена

на

 

рисунке

 1.

Процесс

 

функционирования

 

данной

 

распреде

-

ленной

 

СУ

 

при

 

управлении

 

режимом

 

ЭЭС

 

в

 

реаль

-

ном

 

времени

 

организуется

 

следующим

 

образом

:

• 

на

 

каждом

 

интервале

 

времени

в

 

пределах

 

которого

 

осуществляется

 

расчет

 

и

 

реализация

 

управляющих

 

воздействий

 (

УВ

данной

 

СУ

в

 

ком

-

пьютеры

 

нижнего

 

уровня

 

вводится

 

информация

 

о

 

режиме

 

соответствующей

 

подсистемы

 

для

 

момента

 

начала

 

данного

 

интервала

содержащая

 

данные

 

о

 

режиме

 

электрической

 

сети

 

подсистемы

 

и

 

значениях

 

активных

 

и

 

реактивных

 

мощностей

вырабатываемых

 

генераторами

 

и

 

потребляемых

 

нагрузками

 

подсистем

;

• 

в

 

компьютерах

 

нижнего

 

уровня

 

выполняется

 

автоматическое

 

формирование

 

систем

 

уравне

-

ний

 

нижнего

 

уровня

определяющих

 

оптимальные

 

режимы

 

подсистем

соответствующие

 

введенным

 

исходным

 

данным

;

• 

в

 

компьютерах

 

нижнего

 

уровня

 

выполняются

 

дей

-

ствия

 

по

 

расчету

 

функциональных

 

характеристик

 

(

ФХ

подсистем

представляющих

 

соотношения

 

между

 

граничными

 

переменными

 

при

 

соблюде

-

нии

 

всех

 

внутренних

 

ограничений

 

в

 

виде

 

равенств

 

и

 

неравенств

;

• 

информация

 

о

 

ФХ

 

каждой

 

подсистемы

 

передает

-

ся

 

в

 

компьютер

 

верхнего

 

уровня

;

• 

в

 

компьютере

 

верхнего

 

уровня

 

выполняется

 

формирование

 

и

 

решение

 

системы

 

уравнений

 

верхнего

 

уровня

 — 

системы

 

уравнений

 

связи

 

(

СУС

), 

определяющей

 

значения

 

оптимальных

 

перетоков

 

мощности

 

между

 

подсистемами

;

• 

информация

 

о

 

вычисленных

 

значениях

 

перетоков

 

мощности

 

передается

 

из

 

компьютера

 

верхнего

 

уровня

 

в

 

компьютеры

 

нижнего

 

уровня

;

• 

в

 

компьютерах

 

нижнего

 

уровня

 

выполняется

 

рас

-

чет

 

параметров

 

внутреннего

 

режима

 

подсистем

соответствующих

 

вычисленным

 

значениям

 

пере

-

токов

 

мощности

;

• 

действия

 

по

 

предыдущим

 

пяти

 

пунктам

 

выполня

-

ются

 

в

 

цикле

 

при

 

итерационном

 

решении

 

нели

-

нейной

 

задачи

 

оптимизации

 

режима

;

• 

полученные

 

значения

 

оптимальных

 

параметров

 

внутренних

 

режимов

 

подсистем

 

сравниваются

 

с

 

оптимальными

 

параметрами

 

режима

 

для

 

пре

-

дыдущего

 

интервала

 

времени

 

и

 

вычисляются

 

значения

 

УВ

 

в

 

подсистемах

;

• 

вычисленные

 

значения

 

УВ

 

реализуются

 

исполни

-

тельными

 

устройствами

 

подсистем

Иерархические

 

алгоритмы

 

расчета

 

и

 

оптимиза

-

ции

 

режимов

 

ЭЭС

которые

 

должны

 

использоваться

 

в

 

создаваемой

 

распределенной

 

СУ

представлены

 

в

 [2] 

и

 [5] .

Создание

 

и

 

применение

 

распределенных

 

сис

-

тем

 

управления

 

данного

 

типа

 

в

 

больших

 

ЭЭС

 

и

 

энергообъединениях

 

открывает

 

перспективу

 

значительного

 

повышения

 

эффективности

 

функ

-

ционирования

 

данных

 

ЭЭС

 

благодаря

 

возмож

-

ности

 

достижения

 

глобальной

 

оптимальности

 

Рис

. 1. 

Структурная

 

схема

 

распределенной

 

информационно

-

вычислительной

 

системы


Page 5
background image

61

их

 

режимов

 

в

 

реальном

 

времени

которая

 

обеспечивается

 

эффек

-

тивной

 

структурой

 

и

 

организацией

 

процесса

 

функционирования

 

дан

-

ной

 

СУ

.  

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Веников

 

В

.

А

., 

Суханов

 

О

.

А

Ки

-

бернетические

 

модели

 

элек

-

трических

 

систем

М

.: 

Энерго

-

издат

, 1982. 328 

с

., 

ил

2. 

Суханов

 

О

.

А

., 

Шаров

 

Ю

.

В

Иерар

-

хические

 

модели

 

в

 

анализе

 

и

 

управлении

 

режимами

 

элек

-

троэнергетических

 

систем

М

.: 

Издательский

 

дом

 

МЭИ

2007. 312 

с

., 

ил

3. 

Макеечев

 

В

.

А

., 

Суханов

 

О

.

А

Па

-

тент

 

Российской

 

Федерации

 

 

2 270 469 

Система

 

управления

 

режимами

 

электроэнергетиче

-

ских

 

сис

 

тем

 20.02.2006. 

Бюлле

-

тень

 

 5. 

4. V.A. Makeechev, Y.V. Sharov, O.A. 

Soukhanov, System for dispatching 
and controlling of generation in 
large-scale electric power systems, 
U.S. Patent 7 489 989, Feb 10, 
2009.

5. 

Суханов

 

О

.

А

Распределенная

 

си

-

стема

 

расчета

планирования

 

и

 

управления

 

режимами

 

боль

-

ших

 

электроэнергетических

 

сис

 

тем

Известия

 

АН

Энерге

-

тика

, 2011, 

 4.

КОММЕНТАРИЙ

Марк

 

РАБИНОВИЧ

д

.

т

.

н

., 

главный

 

эксперт

 

системного

 

моделирования

ОАО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

»

В

 

статье

 

рассматривается

 

практический

 

метод

 

и

 

алгоритм

 

реализации

 

для

 

Распределенной

 

системы

 

оптимального

 

управления

 

нормальными

 

и

 

аварийными

 

режимами

 

больших

 

электроэнергетических

 

систем

 

в

 

реальном

 

времени

Пред

-

ставлены

 

преимущества

 

распределенной

 

оптимизации

 

режима

 

и

в

 

частности

возможность

 

решения

 

задачи

 

глобальной

 

оптимизации

 

по

 

частям

 

большой

 

энер

-

госистемы

 (

энергообъединения

в

 

параллельном

 

режиме

 

в

 

темпе

 

реального

 

времени

Решение

 

задачи

 

двухэтапное

На

 

первом

 

этапе

 

выполняется

 

локальная

 

оптимизация

 

на

 

нижнем

 

уровне

 

отдельных

 

энер

-

госистем

 

и

 

затем

 

на

 

втором

 

этапе

 

по

 

функциональным

 

характеристикам

 (

ФХ

выполняется

 

коррекция

 

режима

 

с

 

учетом

 

их

 

взаимного

 

влияния

При

 

этом

 

подчеркивается

что

 

достигается

 

эффект

 

глобальной

 

оптимизации

 

режима

 

всего

 

энергообъединения

 

в

 

целом

Следует

 

отметить

что

 

к

 

работе

 

есть

 

вопросы

Обычно

 

оптимизация

 

режима

 

выполняется

 

только

 

для

 

нормальных

 

режимов

Не

 

указан

 

порядок

 

глобальной

 

оптимизации

 

по

 

времени

Обмен

 

информацией

 

между

 

процедурами

 

локальной

 

и

 

глобальной

 

оптимизации

 

средствами

 Internet 

может

 

приводить

 

к

 

затя

-

гиванию

 

вычислительного

 

процесса

По

 

мере

 

развития

 

средств

 

информационного

 

обмена

 

этот

 

фактор

 

утратит

 

свою

 

актуальность

.

Таким

 

образом

рассматриваемый

 

в

 

статье

 

метод

 

распределенной

 

оптимизации

 

энергообъединений

 

может

 

оказаться

 

весьма

 

эффективным

 

средством

 

глобальной

 

оптимизации

 

нормального

 

и

 

аварийного

 

режима

 

в

 

темпе

 

реального

 

времени

.

АЛГОРИТМ

 

РАБОТЫ

 

ПТК

 

ПА

1. 

Ввод

 

исходных

 

данных

полученных

 

от

 

системы

 

СМПР

для

 

последующего

 

расчета

 

режима

 

и

 

оценки

 

запаса

 

устойчиво

-

сти

.

2. 

Расчет

 

значения

 

свободного

 

члена

 

характеристического

 

уравнения

 

системы

который

 

должен

 

вычисляться

 

как

 

опре

-

делитель

 

матрицы

 

линеаризованной

 

системы

 

дифференци

-

альных

 

уравнений

 

движения

 

роторов

 

генераторов

 

в

 

рассма

-

триваемой

 

ЭЭС

.

3. 

Вычисление

 

значений

 

производных

 da/dP, 

в

 

совокупности

 

определяющих

 

направление

 

вектора

 — 

градиента

 

для

 

ре

-

шения

 

задач

 

утяжеления

 

режима

 

по

 

статической

 

устойчиво

-

сти

  (

максимально

 

быстрое

 

приближение

 

к

 

границе

 

области

 

устойчивости

и

 

увеличения

 

запаса

 

по

 

статической

 

устойчи

-

вости

  (

максимально

 

быстрое

 

удаление

 

от

 

границы

 

области

 

устойчивости

).

4. 

Расчет

 

последовательности

 

утяжеленных

 

режимов

соответ

-

ствующих

 

траектории

 

максимально

 

быстрого

 

приближения

 

к

 

границе

 

области

 

устойчивости

и

 

выход

 

на

 

границу

 

области

 

устойчивости

Вычисление

 

и

 

запоминание

 

значения

 

суммар

-

ного

 

перетока

 

мощности

 

по

 

опасному

 

сечению

 P2, 

соответ

-

ствующего

 

данному

 

режиму

5. 

Сравнение

 

значений

 

суммарного

 

перетока

 

мощности

 P2, 

вы

-

численного

 

в

 

п

. 4, 

со

 

значением

 

перетока

 

мощности

 P1, 

су

-

ществующего

 

в

 

рассматриваемом

 

реальном

 

режиме

Если

 

значение

 P2 / P1 > 1,08, 

то

 

режим

 

находится

 

в

 

безопасной

 

зоне

 

и

 

введения

 

УВ

 

не

 

требуется

В

  

случае

если

 

данное

 

ус

-

ловие

 

не

 

выполняется

происходит

 

переход

 

к

 

п

. 6.

6. 

Выполняется

 

расчет

 

УВ

соответствующих

 

движению

 

по

 

траектории

 

максимально

 

быстрого

 

удаления

 

от

 

границы

 

области

 

устойчивости

 

в

 

соответствии

 

с

 

алгоритмом

приве

-

денном

 

в

 

Отчете

  (

договор

 

 2015/33 

от

 17.04.2015 

г

меж

-

ду

 

ООО

  «

Распределенные

 

технологии

» 

и

 

Советом

 

рынка

).

Движение

 

по

 

этой

 

траектории

 

происходит

 

до

 

достижения

 

пе

-

ретоком

 

мощности

 

значения

 P3 

при

 P2 / 

Р

3 = 1,08.

 2 (35) 2016


Читать онлайн

В статье рассматривается проблема оптимального управления режимами больших электроэнергетических систем (ЭЭС) и энергообъединений. Проведен анализ основных концепций построения систем управления нормальными и аварийными режимами данных систем. Представлена общая структура и организация функционирования распределенной системы управления режимами большой ЭЭС, решающей задачу автоматической оптимальной координации действий локальных центров управления, выполняющих управление режимами энерго систем. Поставлена задача практической реализации данной системы, открывающей возможность обеспечения глобальной оптимальности режимов больших ЭЭС и энергообъединений при минимальном уровне их уязвимости.

Поделиться:

Спецвыпуск «Россети» № 1(24), март 2022

Учебно-тренировочный комплекс ПАО «Россети Ленэнерго» по обучению современным цифровым технологиям

Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Подготовка кадров
Виктор Катенев, Артем Суворов (ПАО «Россети Ленэнерго»)
Спецвыпуск «Россети» № 1(24), март 2022

Передовые технологии группы компаний «Россети»

Управление сетями / Развитие сетей Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция
Григорий Гладковский, Дмитрий Капустин (ПАО «Россети»), Эльдар Магадеев (НТС «Россети» / «Россети ФСК ЕЭС»)
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»