Решение режимных задач электрических сетей 6—35 кВ на СМ ЭВМ с ориентацией на реальное время
РОЙТЕЛЬМАН И. Г., канд. техн. наук, ЧЕШЕНКОВ А. Г.г ТОМАШКЕВИЧ М. Г., инженеры, Киевское РП Энергосетьпроекта
Значительный прогресс в оснащении центров диспетчерского управления электросетей напряжением 6—35 кВ мини, микро- и персональными ЭВМ, широкая телемеханизация питающих центральных подстанций (ДП) и распределительных (фидерных) пунктов (РП) создали предпосылки перехода к автоматизированному управлению режимами распределительных сетей.
Целью автоматизированного управления является повышение надежности принимаемых диспетчером решений по непосредственному управлению сетями и улучшение их технико-экономических показателей (снижение потерь электроэнергии, соблюдение ГОСТ по качеству).
Анализ отечественных и зарубежных публикаций показывает, что разработка и внедрение системы автоматизированного управления электрическими сетями идет в два этапа. Сначала разрабатывается основное программное обеспечение системы: оперативный информационно-управляющий комплекс (ОИУК), обеспечивающий обработку телеинформации по ЦП (РП), и вычислительный комплекс, решающий задачи анализа и оптимизации режимов.
Основная проблема первого этапа — использование телеинформации, поступающей в ОИУК, для проведения режимных, расчетов, т. е. анализ режимов в реальном, а точнее в близком к реальному времени. В результате ее решения повышается надежность и качество принимаемых диспетчером решений по управлению электрической сетью («советчик диспетчера»).
Второй этап — это переход к оптимальному автоматизированному (в перспективе автоматическому) централизованному управлению распределительной сетью с целью снижения потерь или регулирования отпуска электроэнергии в сеть (энергосберегающее управление). При этом сразу определяется экономический эффект в виде стоимости сэкономленной электроэнергии.
Указанная цель автоматизированного управления может быть достигнута изменением положения точек деления и воздействием на устройство РПН трансформаторов ЦП и конденсаторные батареи, которые обычно имеются в потребительских сетях. Как показывают проведенные расчеты и анализ публикаций, подобные переключения с целью ощутимого эффекта должны производиться хотя бы два раза в сутки (днем и ночью). Для этого соответствующее телеуправление (ТУ) должно выполняться посредством сетевых коммутационных аппаратов, локальных автоматических регуляторах напряжения ДРН трансформаторов и конденсаторных батарей АРКОН.
Телеуправление следует реализовывать на тех выключателях, где это дает экономический эффект, превышающий затраты (с учетом срока окупаемости) на внедрение ТУ. Целесообразные места установки соответствующей телемеханики позволяет определить программный комплекс режимных расчетов, эксплуатируемый в реальном времени достаточно долго (один-два года).
Выполняя с определенной цикличностью оптимизационные расчеты точек деления, уставок устройств АРН и АРКОН, можно собрать статистическую информацию, обосновывающую решение задачи.
Состав задач, решаемых при планировании режимов распределительных сетей, достаточно традиционен. Это расчеты токораспределения, на основе которых анализируется загрузка сети, определение потерь мощности и электроэнергии, вычисление узловых напряжений и выбор ответвлений трансформаторов, оптимизация точек деления, расчет токов короткого и однофазного замыканий на землю.
Общеизвестны трудности режимных расчетов сетей 6—35 кВ, обусловленные отсутствием достоверных нагрузок распределительных трансформаторных подстанций (ТП) и большими объемами схем, в которых ежедневно производят плановые и аварийные переключения (изменения положений точек деления). Так, объем схемы, имеющей электрические связи по сети 6—35 кВ и контролируемой одним диспетчерским центром, достигает 1—2 тыс. ТП.
Общий подход к преодолению указанных трудностей заключается в совместном использовании для режимных расчетов телеизмерений по ЦП (РП) и всей имеющейся статистической информации об электропотреблении отдельных ТП, в создании специального программного обеспечения для автоматизированной подготовки расчетной схемы и внесения в нее текущих конфигурационных изменений на основе единой для всех режимных программ базы данных (БД).
Описанные подходы реализованы в разработанном Киевским РП Энергосетьпроекта по заказу Латвэнерго комплексе программ расчета режимов электросетей напряжением 6—35 кВ с ориентацией на реальное время ЭСКИЗ-РВ.
Комплекс предназначен для миниЭВМ СМ-1420 (СМ-4) в операционной системе ОС-РВ (RSX). Новый комплекс ЭСКИЗ-РВ во многом развивает предыдущую разработку — комплекс ЭСКИЗ, который внедряется на электросетевых предприятиях с 1986 г. и в настоящее время используется более чем в 15 электрических сетях.
Ориентация на реальное время комплекса ЭСКИЗ-РВ предусматривает формирование текущей топологии электрической сети и оценивание нагрузок ТП по данным, поступающим от телемеханики через ОИУК.
При отсутствии ОИУК информация о текущем положении точек деления и измерениях по трансформатору ЦП и линиям, отходящим от ЦП и РП, готовится обычным образом, а комплекс используется для планирования режимов.
Далее приводятся отличительные особенности комплекса ЭСКИЗ-РВ.
- В качестве исходной информации о текущем режиме используются реальные измерения (с учетом погрешностей агрегатных средств измерения) мощности и напряжения трансформатора ЦП, токов линий, отходящих от ЦП и РП, а также все имеющиеся статистические данные о электропотреблении ТП (сезонные измерения токов, информация о пропуске электроэнергии или мощности, о средней загрузке и коэффициенте tg ф, суточные типовые графики и др.).
При этом каждый тип задания исходных данных о нагрузке ТП характеризуется своим экспертно определяемым коэффициентом достоверности. Затем на основании перечисленной информации по специальной программе оценивается состояние режима — определяются наиболее достоверные значения узловых нагрузок.
- Отдельная группа программ обеспечивает подготовку расчетной схемы большого объема (до 2,5 тыс. ветвей, 1 тыс. ТП) и внесение в нее текущих конфигурационных изменений. Схема замещения заносится в базу данных по фрагментам, каждый из которых представляет подсхему одного ЦП при нормальном состоянии разрезов.
Подсхемы, связанные между собой перемычками по сети 6—35 кВ, объединяются специальной программой комплекса («компоновщиком») в единую расчетную схему, которая также хранится в БД. Число расчетных схем доходит до 100. С полной расчетной схемой взаимодействует программа оценивания состояния схемы, обепечивающая внесение текущих топологических изменений из специального файла с учетом хронологии (используется журнал оперативных переключений).
Программой оценивания состояния схемы контролируется конфигурация сети (определяются отключенные фрагменты, наличие замкнутых контуров). Кроме того, она может использоваться при выборе вариантов переключений и поиске путей восстановления электроснабжения после аварий.
С внесением текущих конфигурационных изменений из расчетной (полной) схемы замещения происходит автоматический выбор подсхемы требуемой ЦП, которая помещается в транзитную область данных. С этой областью взаимодействуют все режимные программы, кроме «оптимизации точек деления», работающей с полной схемой. Режимные программы могут также взаимодействовать с подсхемами отдельных ЦП непосредственно после внесения их в базу данных, т. е. без оценивания, что обеспечивает проведение упрощенных перспективных расчетов.
- В состав комплекса входят следующие технологические программы: расчет режима и его анализ по загрузке и качеству напряжений; расчет токов короткого замыкания; расчет токов однофазного замыкания на землю по расчетным напряжениям; анализ режима напряжений в контрольных точках и выбор ответвлений в устройстве ПБВ трансформаторов ТП, а также законов регулирования устройства РПН трансформаторов ЦП; оптимизация точек деления (разработка ИЭД АН УССР); оптимизация режимов по реактивной мощности с целью снижения потерь электроэнергии или по отпуску электроэнергии с шин ЦП (энергосберегающее управление).
Программу оптимизации режима по реактивной мощности следует отметить особо вследствие нетрадиционности ее постановки. В ней минимизируется целевая функция (потери мощности или отпуск мощности по ЦП с учетом потерь в питающей сети) путем подбора напряжения ЦП и имеющихся в сети мощностей конденсаторных батарей (как со стороны высокого, так и низкого напряжений), по которым пересчитываются уставки устройств АРН и АРКОН. Выход за допустимый диапазон напряжений на шинах низкого напряжения ТП и в потребительской электрической сети учитывается штрафами. Задача решается направленным покоординатным поиском.
Расчет режима при оптимизации производится с учетом фазовых углов нагрузок в случае итерационного уточнения токов холостого хода, обусловленных проводимостями трансформаторов, кабельных линий и конденсаторных батарей. Нагрузка представляется статическими характеристиками активной и реактивной мощности по напряжению.
Описанная программа совместно с программой оптимизации точек деления обеспечивает подготовку перехода к оптимальному автоматизированному управлению распределительной сетью.
- Комплекс ЭСКИЗ-РВ имеет развитый, дружественный к пользователю (специалисту по режимам сетей) диалог. Подготовка исходных данных осуществляется «загрузчиками» комплекса по шаблонам или с помощью экранных форм с одновременным контролем вводимой информации. Контролируется также конфигурация подготовленной схемы с выдачей диагностики возможных логических ошибок.
Технологические программы имеют «подсказки» на все команды, выдаваемые по запросу или при неправильных действиях. Для выбора альтернативы широко используются «меню». Пользователю предоставляются возможность анализировать результаты расчета перед их документированием на экране.
Комплекс ЭСКИЗ-РВ функционирует под управлением монитора, который обеспечивает взаимодействие с программами и доступ к исходной информации на языке, близком к естественному.
