Исследование режимов работы электрических сетей ОАО "ММК им. Ильича" и разработка адаптивной системы управления режимами электропотребления

При исследовании режимов электрических сетей необходимо обратить особое внимание на явления, связанные с передачей реактивной мощности по сети, а также на способы ее компенсации.
В отличие от активной мощности реактивная мощность, потребляется элементами сети и электроприемниками в соизмеримых количествах. При этом она может генерироваться не только на электрических станциях, но и в сети. В частности, генерация реактивной мощности емкостью линий является вынужденной.
Реактивная мощность является практически удачной формой учета условий протекания периодических процессов в цепи переменного тока. Поскольку для обеспечения условий их протекания при допустимых параметра режима приходится применять специальные компенсирующие устройства, то возникает задача их наивыгоднейшего использования в условиях эксплуатации сети.
При решении этой задачи целесообразно прежде всего выяснить, с какими дополнительными явлениями связана передача реактивной мощности по элементам сети и какое влияние эти явления оказывают на технико-экономические показатели работы систем электроснабжения.
Как известно, передача реактивной мощности приводит к увеличению потерь напряжения в сети. С передачей реактивной мощности непосредственно связано увеличение нагрузки в соответствующих элементах сети.
Отсюда следует также и увеличение потерь активной мощности в элементах системы электроснабжения, которое должно учитываться в балансе по системе, т. е. компенсироваться соответствующей дополнительной установленной мощностью оборудования электрических станций.
Одновременно увеличиваются потери энергии за любой промежуток времени. Дополнительный расход электроэнергии означает дополнительный расход энергоносителей, практически — топлива, что связано с дополнительными денежными и материальными расходами.
Это означает, что для выполнения поставленной вначале задачи в действительности требуется генерация соответственно большей реактивной мощности, т. е. практически установка дополнительных компенсирующих устройств.
Следует обратить внимание и на вторичное явление. Указанное выше увеличение потерь напряжения при неограниченной величине высшего допустимого напряжения приводит к снижению его низшего значения у приемного конца сети. А это приводит к увеличению значений токов при тех же значениях передаваемой мощности и к дополнительной потере активной и реактивной мощности, а также к дополнительной потере энергии.
При наличии соответствующих компенсирующих устройств целесообразно компенсировать реактивную мощность на месте, по возможности устраняя передачу ее по элементам сети на большие расстояния. Однако надо иметь в виду, что включение в работу новых устройств или увеличение нагрузки уже работающих иногда приводит к увеличению потерь активной мощности в них. Наивыгоднейшее решение заранее может быть неизвестно и получается путем расчета.
В распределительных сетях, особенно в промышленности, обычно имеет место потребление реактивной мощности в больших количествах. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели, только намагничивающий ток которых составляет от 40 до 60% номинального.
Компенсирующие устройства (батареи конденсаторов), устанавливаемые в распределительных сетях, могут быть использованы для регулирования напряжения. Это сокращает потребность в местных регулирующих устройствах. Поэтому экономичность работы компенсирующих устройств в распределительных сетях следует рассматривать с учетом воздействия на режим напряжений.
При этом потери энергии в сети не обязательно получаются наименьшими, так же как и в случае распределения активной мощности между электрическими станциями в энергетической системе. Наибольшим должен быть результирующий экономический эффект.
Другое положение получается при использовании реактивной мощности, генерируемой синхронными двигателями, которые могут быть установлены в промышленной распределительной сети. Генерация реактивной мощности синхронными двигателями приводит к аналогичном эффекту регулирования напряжения, но связана со значительными потерями активной мощности, а следовательно, и энергии в самих двигателях. Поэтому регулирование напряжения автоматическим изменением тока возбуждения синхронных двигателей не всегда экономически обосновано. Обычно использование для этого синхронных двигателей малой мощности экономически не оправдывается.
В питающей сети, на всех приемных подстанциях которой имеются регулирующие устройства с достаточным регулировочным диапазоном, распределение реактивной мощности можно осуществлять по условиям экономичности работы самой питающей сети. Определяющими здесь являются условия минимума потерь активной мощности в сети при заданных ограничениях по наибольшему допустимому напряжению и рабочей реактивной мощности источников питания.
В послеаварийных режимах перераспределением реактивной мощности в сети часто удается улучшить параметры режима. При этом экономичность режима приходится рассматривать как факт второстепенный.
Комплексная проблема определения оптимальных условий эксплуатации энергосистем или энергообъединений должна решаться на основе использования экономического критерия минимизации приведенных народнохозяйственных затрат на производство и распределение электрической и тепловой энергии. Решение этой проблемы в настоящее время осуществляется на основе рассмотрения ряда взаимосвязанных задач, условно представленных на рисунке ниже.
Каждая из перечисленных задач характеризуется своими частичным экономическим критерием и математической моделью поведения энергосистемы, которым отвечают определенные алгоритмы, наиболее полно учитывающие специфику задачи. В процессе решения используются различные исходные данные, в значительной мере вероятностные и неравноточные.

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................8
1 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ 14
1.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИИ 14
1.2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 14
1.3 МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ЗАДАЧ 15
1.3.1 Общая характеристика методов решения задач нелинейного программирования 16
1.4 МЕТОДЫ ПРЯМОГО ПОИСКА 17
1.4.1 Метод Хука-Дживса 18
1.4.1.1 Исследующий поиск. 18
1.4.1.2 Поиск по образцу. 19
1.4.1.3 Описание алгоритма метода 19
1.4.2 Метод комплексов 20
1.4.3 Методы случайного поиска 21
1.4.4 Метод покоординатного спуска 23
1.5 ГРАДИЕНТНЫЕ МЕТОДЫ 23
1.5.1 Градиентный метод с постоянным шагом 24
1.5.2 Метод скорейшего спуска 25
1.5.3 Метод проектирования градиента 27
1.6 МЕТОД ШТРАФНЫХ ФУНКЦИЙ 29
1.7 МЕТОДЫ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ АППРОКСИМАЦИИ 30
1.7.1 Квадратичная аппроксимация 31
1.7.1.1 Метод Пауэлла 32
1.7.2 Кубическая интерполяция 33
1.7.3 Квадратичные функции 35
1.8 МЕТОД НЕЛДЕРА-МИДА 36
1.9 МЕТОД НЕОПРЕДЕЛЕННЫХ МНОЖИТЕЛЕЙ ЛАГРАНЖА 40
1.10 ВЫБОР МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ 42
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ ПО РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 43
3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ 49
4 РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ 55
4.1 ФУНКЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ 55
4.2 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ 55
4.2.1 Ввод системы в работу 55
4.2.2 Работа системы в нормальном режиме 56
4.2.3 Работа системы в случае изменения конфигурации сети 57
4.3 ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ И ПРОГРАММНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ 58
4.4 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ 60
4.4.1 Учет электроэнергии 60
4.4.1.1 Устройства мониторинга PowerMonitor 60
4.4.1.2 Программное обеспечение RSEnergy для контроля электропотребления 61
4.4.2 Процессор для диспетчерского пункта 62
4.4.3 Сервер связи 63
4.4.3.1 Основные преимущества 64
4.4.3.2 Минимальные требования RSLinx: 65
4.4.3.3 Различия между разными версиями программного обеспечения RSLinx 65
4.4.3.4 Версия программного обеспечения RSLinx Lite 66
4.4.3.5 Версия программного обеспечения RSLinx OEM 66
4.4.3.6 Версия программного обеспечения RSLinx Professional 67
4.4.3.7 Версия программного обеспечения RSLinx Gateway 68
4.4.3.8 Версия программного обеспечения RSLinx SDK 69
4.4.3.9 Графические функции SuperWho и RSWho 69
5 ИССЛЕДОВАНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ДЛЯ ОАО "ММК ИМ. ИЛЬИЧА" 71
5.1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ 71
5.1.1 Теоретические положения 71
5.1.2 Расчет параметров схем замещения линий 73
5.1.3 Расчет параметров схем замещения трансформаторов 73
5.2 РАСЧЕТ СЕТИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ НАГРУЗКАХ 80
ВЫВОДЫ...............................................................................................................82
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК........................................................................................83
Приложение А.......................................................................................................84
Приложение Б........................................................................................................93
Приложение В........................................................................................................

Пояснительная записка: 96 страниц, 25 рисунков, 21 таблица, 3 приложения, 14 источников.
Объект исследования: электрическая сеть ОАО ММК им. Ильича
Рассмотрены вопросы оптимизации текущего режима электропотребления по реактивной мощности и разработки адаптивной системы управления режимами электропотребления.
Разработано программное обеспечение по определению оптимальных режимов работы электрических сетей.
Предложена система автоматизации процесса распределения реактивной мощности, реализованная на оборудовании фирмы Allen-Bradley.
Разработанная система автоматизации производит сбор необходимых параметров, рассчитывает текущий режим, определяет оптимальные мощности компенсирующих устройств и передает управляющие воздействия на устройства, регулирующие мощности компенсирующих устройств.
ОПТИМИЗАЦИЯ, ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕ, РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ, АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ, ПОТЕРИ МОЩНОСТИ, АВТОМАТИЗАЦИЯ

1. В.Н. Костин.: Оптимизационные задачи электроэнергетики: Учеб. пособие. – СПб.: СЗТУ, 2003 – 120с.
2. В.Г. Карманов. Математическое программирование. – М.: Наука, 1980 – 256с.
3. Дж. Деннис, Р. Шнабель. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. – М.: Мир, 1988 – 440с.
4. З.Н. Бененсон, М.Р. Елистратов, Л.К. Ильин и др. Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств. – М.: Радиосвязь, 1981 – 272с.
5. С. Гилл, У. Мюррей. Численные методы условной оптимизации. – М.: Мир, 1977 – 339с.
6. Васильев С.П. Численные методы решения экстремальных задач. – М.: Наука, 1980 – 518с.
7. И.Т. Черноруцкий. Методы оптимизации в теории управления, С.-П.: Питер, 2004 – 226с.
8. В.Е. Болконин, П.И. Чинаев. Анализ и синтез систем автоматического управления на ЭВМ. Алгоритмы и программы. – М.: Радио и связь, 1986 – 248с.
9. В.Н. Костин, Е.В. Распопов, Е.А. Родченко. Передача и распределение электроэнергии: Учеб. пособие. – СПб.: СЗТУ, 2003 – 147с.
10. Барзам А.Б. Системная автоматика. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 446с.
11. Баркан Я.Д., Орехов Л.А. Автоматизация энергосистем: учебное пособие для студентов вузов. – М.: Высш. школа, 1981. – 271с.
12. А. А. Черносвитов. Курс MCSD Visual C++ 6.0 и MFC, С.-П.: Питер, 2000 – 554с.
13. Веников В.А. Управление переходными режимами в электрических системах. – М.: Высшая школа, - 1972. – 352с.
14. www.vdt-automation.com.ua