Способ автоматического распределения отключения нагрузки

Использование: в области электротехники для создания систем автоматического распределенного отключения нагрузки. Технический результат - упрощение способа и повышение его оперативности. Согласно способу производят построение модели энергосистемы, выделяют перегруженные связи между энергорайонами и определяют вектор управляющих воздействий, при этом предварительно определяют элементы матрицы коэффициентов токораспределения для каждого топологического состояния энергорайонов с учетом нагрузки и заносят их в память системы противоаварийного управления, передают по средствам диспетчерско-технологического управления данные о задающих токах для определения текущих режимов энергорайонов и топологических состояний их электрических схем, по текущим векторам задающих токов управляющих воздействий и матрице коэффициентов токораспределения вычисляют токи ветвей электрических схем энергорайонов, формируют рациональные варианты противоаварийного управления, после чего вносят данные о рациональных вариантах противоаварийного управления в память системы противоаварийного управления и в случае превышения токов ветвей электрической схемы энергорайона допустимых значений считывают информацию о рациональных вариантах противоаварийного управления и определяют вектор управляющих воздействий, который в виде управляющих команд передают на конечные устройства реализации команд управления и отключения нагрузки энергосистемы. 6 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания распределенных автоматических систем, выполняющих функции отключения нагрузки потребителей для целей снижения перетоков мощности по элементам энергосистемы при их перегрузке.

При этом предполагается, что сложная энергосистема может быть разбита на подсистемы (энергорайоны), оказывающие минимальное взаимное влияние, а автоматика каждой подсистемы контролирует текущий режим и предотвращает перегрузку элементов путем выдачи управляющих воздействий (УВ), том числе на отключение нагрузки потребителей.

Известны способы централизованного контроля перетоков мощности [«Методические указания по устойчивости энергосистем», утверждены Приказом Минэнерго России от 03.08.2018 №630].

Согласно этим указаниям в настоящее время при реализации централизованного противоаварийного управления (ПАУ) энергосистему разбивают на энергорайоны. Перетоки по сечениям и частичным сечениям нормируются с учетом необходимых запасов. Обычно границы энергорайонов определяются как их технологическими особенностями, так и возможностями организации надежной и быстрой телепередачи необходимой информации о схемах и режимах контролируемой сети. Различные аварийные ситуации приводят к набросам мощности на линии электропередачи, входящие в сечения, и с целью предотвращения нарушения устойчивости по ним противоаварийная автоматика (ПА) производит разгрузку путем отключения нагрузки или посредством изменения генерации отправной или приемной частей.

Выбор уставок ПА осуществляется с учетом тяжести возмущения, текущего режима и схемы энергорайона, в котором возник небаланс мощности. Описанный подход в настоящее время применяется при реализации ПАУ в ЕЭС России.

Однако рост электропотребления и последующее сетевое строительство, а также сопутствующая реструктуризация электроэнергетики и переход к рынку оказывают существенное влияние на процесс функционирования энергосистем. Дальнейшее усложнение структуры сети крупных энергорайонов, вероятнее всего, приведет к необходимости создания в данных районах централизованной системы ПАУ, которая будет контролировать не только перетоки по отдельным сечениям, а работу всего энергорайона как единого объекта управления. Даже в случае использования существующей идеологии ПАУ применительно к управлению крупными энергорайонами со сложной структурой, алгоритмы централизованного комплекса ПАУ претерпят существенные изменения, связанные с необходимостью учета взаимного влияния перетоков по различным сечениям.

К основным недостаткам централизованных комплексов ПАУ следует отнести высокую стоимость их реализации и эксплуатации. Кроме того, скорость реализации УВ для централизованных комплексов ПАУ задана нормативами, однако, при росте числа каналов связи обеспечить требуемую скорость реализации УВ будет все труднее, что связано в основном с необходимостью синхронизации измерений во времени. Таким образом, рост сложности централизованного комплекса ПАУ приведет к дальнейшему росту стоимости его создания и эксплуатации.

Дополнительно к отмеченному, централизованные комплексы ПАУ не учитывают возможность возникновения маловероятных событий, но, как показала практика, именно наложения маловероятных отказов являются причиной возникновения крупных системных аварий.

Надежность централизованных комплексов ПАУ существенно зависит от надежности функционирования большого числа каналов связи для передачи данных. На практике каналы связи резервируются, а также могут использоваться адаптивные централизованные алгоритмы, для работы которых необходима лишь часть информации о текущем состоянии системы. Однако важно отметить, что, во-первых, резервирование каналов связи является довольно затратным мероприятием, во-вторых, если алгоритмы централизованных систем ПАУ будут требовать полного набора данных, то такие алгоритмы ненадежны по своей сути.

Если же разрабатывать централизованные адаптивные алгоритмы, работающие на произвольном объеме информации, то они будут не только сложны, но и создадут существенные сложности при реализации взаимодействия с устройствами ПА нижнего уровня.

Предлагаемый способ автоматического распределенного отключения нагрузки призван повысить интеллектуальный уровень быстродействующих устройств локальной ПА, контролирующей загрузку внутрисистемных связей. Локальные устройства ПА всегда работали совместно с централизованными комплексами ПАУ.

Таким образом, внедрение предлагаемого способа приведет к повышению уровня надежности системы ПАУ в целом. Кроме того, предлагаемый способ позволит снизить ущерб от отключения нагрузки за счет реализации рациональных УВ.

Известен способ автоматического контроля загрузки элементов сети энергообъединения, [RU 2530836, С2, H02J 03/00, H02J 03/06, H02J 03/24, 20.10.2014], включающий учет взаимного влияния перетоков мощности по элементам сети для распределенного контроля загрузки элементов в сетях со сложной структурой и который включает выполнение следующего набора действий: сложную систему разбивают на совокупность контролируемых и неконтролируемых подсистем, оказывающих минимальное взаимное влияние, для каждой контролируемой подсистемы обеспечивают набор синхронизированных измерений тока с граничных узлов и с основных генераторных узлов подсистемы, а также набор несинхронизированных измерений активной и реактивной мощности узлов нагрузки и дискретных сигналов о состоянии топологии сети; внутри каждой подсистемы организуют локальный комплекс противоаварийного управления (ПАУ), контролирующий перетоки мощности по связям подсистемы; далее циклически выполняют следующую совокупность действий: получают информацию о текущем состоянии подсистемы, исходя из полученной информации, строят упрощенную линейную модель текущего режима подсистемы, при этом нагрузку задают шунтом, параметры которого вычисляют по формуле (где - проводимость шунта нагрузки; Р_НАГР и Q_НАГР - текущие параметры активной и реактивной мощности узла нагрузки; U_НОМ - номинальное напряжение узла нагрузки); граничные узлы подсистем и основные узлы генерации внутри подсистем задают источниками тока, линейную модель текущего режима энергосистемы описывают матричным уравнением I=Y⋅U₀ (где I - вектор задающих токов в узлах; Y - матрица собственных и взаимных проводимостей, в которую также включены шунты нагрузки; U₀ - вектор напряжений узлов); далее оценивают текущее состояние режима подсистемы, и в случае отсутствия перегрузки элементов подсистемы вновь выполняют процедуру получения информации о текущем режиме подсистемы и повторяют следующую за ним последовательность действий; в противном случае запускают процедуру разгрузки, которая включает следующую последовательность действий: проверяют следующее логическое условие - если в предыдущем цикле работы автоматика осуществила управляющие воздействия, однако изменение перетоков по всем сильно загруженным связям оказалось ниже некоторой заданной величины уставки ε, то формируют сигнал о невозможности дальнейшей разгрузки элементов сети и прекращают выполнение работы автоматики; в противном случае выполняют следующую последовательность действий: для каждого устройства, способного контролировать продольное сопротивление, получают столбец коэффициентов влияния изменения его сопротивления на перетоки по связям подсистемы, коэффициент влияния n-го устройства контроля продольного сопротивления на переток по i-му элементу рассчитывают по формуле (где α_in - коэффициент взаимного влияния; - рассчитанный переток по связи в текущем режиме; - рассчитанный переток по связи в возмущенном режиме, под возмущенным режимом понимается режим при изменении сопротивления устройства, полученный путем использования линеаризованной модели текущего режима; Δx_n - величина изменения сопротивления устройства, данную величину подбирают таким образом, чтобы модель режима оставалась вблизи зоны линеаризации); далее используют столбцы коэффициентов влияния для записи следующего матричного уравнения изменения перетока по связям в зависимости от изменения сопротивлений устройств: ΔP=α⋅Δx (где ΔP=(ΔP₁, ΔР₂, …, ΔP_m)^T - вектор изменения перетоков по связям, здесь m - общее количество связей в подсистеме; - матрица коэффициент взаимного влияния; ΔX=(Δx₁, Δx₂, …, Δx_k)^T - вектор изменения сопротивлений устройств); далее получают управляющие воздействия путем решения линейной задачи оптимизации, включающей следующую целевую функцию: minΔP⋅λ (где ΔP=(ΔP₁', ΔP₂', …, ΔP_m') - вектор, каждый элемент которого определяется выражением (где ΔP_i - i-й элемент вектора изменения перетока по связям; - комплексная величина перетока по i-й связи); λ=(λ₁, λ₂, …, λ_k)^Т - вектор загрузки линий, каждый элемент которого определяют некоторой весовой функцией g(S_i, S_maxi) (где S_i - модуль перетока по связи в текущем режиме; S_maxi - максимальная величина перетока по связи, функция g(S_i, S_maxi) должна удовлетворять следующему условию - чем больше величина отношения |S_i/S_maxi|, тем больше значение функции g(S_i, S_maxi))); при этом на рассматриваемую задачу оптимизации накладывают линейные ограничения, учитывающие диапазон возможных изменений величин сопротивлений устройств, данные ограничения записываются для каждого устройства в виде:

и

(где x - текущее сопротивление устройства; Δ - возможный диапазон изменения сопротивления устройства, данный диапазон выбирают таким образом, чтобы уравнения установившегося режима оставались в зоне линеаризации; x_min и x_max - минимальная и максимальная величины сопротивления устройства); затем сопротивления устройств, способных контролировать продольное сопротивление, корректируют в соответствии с управляющими воздействиями, полученными при выполнении процедуры оптимизации; далее вновь выполняется весь цикл работы автоматики, начиная с момента получения информации о текущем состоянии режима подсистемы.

Недостатком этого способа является большая сложность реализации, требующая создание специальной информационной сети для сбора информации и передачи команд управления.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ автоматического распределенного отключения нагрузки для целей снижения перетоков активной мощности по элементам энергосистемы при их перегрузке [RU 2476969, С2, H02J 03/24, 27.02.2013 Бюл. №6], включающий учет уменьшения ущерба от отключения нагрузки и включающий выполнение следующего набора действий: на основании компьютерной модели энергосистемы создают базу данных, содержащую информацию о коэффициентах влияния для каждой линии для различных типов возмущений; на основании разработанной базы данных сложную систему разбивают на совокупность контролируемых и неконтролируемых подсистем, оказывающих минимальное взаимное влияние; все линии и узлы нагрузки в каждой из контролируемых подсистем оснащают агентами связей и агентами нагрузки; внутри каждой контролируемой подсистемы реализуют информационную систему, которая способна организовать передачу сообщений между агентами; агенты связей с определенной периодичностью получают информацию о текущем состоянии узлов нагрузки, которые оказывают наибольшее влияние на загрузку связей, контролируемых агентами; все агенты связей получают соответствующую базу данных коэффициентов чувствительности и предельно допустимых перетоков активной мощности по связям контролируемой подсистемы; далее циклически выполняют следующую совокупность действий: исходя из информации о текущей топологии сети агенты всех перегруженных связей выбирают соответствующую таблицу коэффициентов влияния; на основании таблицы коэффициентов влияния и информации о текущем состоянии узлов нагрузки агенты перегруженных связей выполняют предварительный расчет вектора управляющих воздействий по формуле:

где В - множество узлов нагрузки в подсистеме, участвующих в работе автоматики; C_i и ΔP_i - соответственно стоимость и объем отключения i-й нагрузки; - соответственно максимально допустимый и текущий переток активной мощности по j-й перегруженной связи; k_ij - коэффициент влияния, определяющий величину воздействия изменения i-й нагрузки на переток по j-й связи; α - минимально допустимое значение коэффициента влияния, α≥0; - текущее значение величины i-й нагрузки; если задача расчета управляющих воздействий не имеет решения, то работа алгоритма завершается, в противном случае на основании предварительно рассчитанного вектора управляющих воздействий формируют список уникальных связей с отрицательными коэффициентами влияния; агенты перегруженных связей запрашивают и получают информацию о текущем перетоке активной мощности у агентов, входящих в список уникальных связей; затем выполняют повторный расчет вектора управляющих воздействий с учетом полученной информации по формуле:

где В - множество узлов нагрузки в подсистеме, участвующих в работе автоматики; Г - множество узлов нагрузки, входящих в текущий вектор УВ, Г⊂В; Т - множество связей, входящих в список уникальных связей; C_i и ΔP_i - соответственно стоимость и объем отключения i-й нагрузки; - соответственно максимально допустимый и текущий переток активной мощности по j-й перегруженной связи; - соответственно максимально допустимый и текущий переток активной мощности по m-й связи, m∈T; kij - коэффициент влияния, определяющий величину воздействия изменения i-й нагрузки на переток по j-й связи; α и β - минимально допустимые значения коэффициентов влияния, α≥0, β≥0; P^current - текущее значение величины i-й нагрузки; если задача расчета управляющих воздействий не имеет решения, то работа алгоритма завершается, в противном случае элементы вектора управляющих воздействий округляются исходя из информации о загрузке присоединений нагрузочных узлов; далее формируют список связей, которые ранее не входили в список уникальных связей с отрицательными коэффициентами влияния; если сформированный список связей окажется не пустым, вновь выполняют весь цикл работы автоматики, начиная с момента формирования уникальных связей с отрицательными коэффициентами влияния, в противном случае каждый элемент вектора управляющих воздействий передают соответствующему агенту нагрузки; агенты нагрузки обрабатывают запросы, поступающие от агентов связей; если агент нагрузки не в состоянии выполнить отключение запрашиваемого присоединения, либо если объем нагрузки на присоединении существенно меньше запрашиваемого, то агенту связи, запросившему реализацию УВ, отправляют информационное сообщение о невозможности выполнения отключения запрашиваемого присоединения, данное сообщение должно содержать информацию о текущем состоянии агента нагрузки; если агенту нагрузки удается реализовать запрашиваемое УВ, то агенту связи отправляют сообщение об успешной реализации запрашиваемого УВ; если после реализации УВ переток активной мощности хотя бы по одной из контролируемых связей в подсистеме превышает предельно допустимый, то весь цикл работы автоматики начинается с начала; в противном случае завершают работу алгоритма; на любом шаге выполнение алгоритма может быть завершено при условии, что переток активной мощности по связи, контролируемой агентом, станет меньше предельно допустимого.

Наиболее близкое техническое решение обладает рядом недостатков, которые ограничивают его применение в системах противоаварийной автоматики. В частности, он требует создания специальной информационной сети для сбора информации и передачи команд управления, а также установки на всех линиях и во всех узлах нагрузки в каждой из контролируемых подсистем (энергорайонов) специальных агентов связей и агентов нагрузки. Это сужает область применения известного способа.

Кроме того, реализация этого способа предполагает циклическое непосредственное решение сложных расчетных и оптимизационных задач, что существенно влияет на его оперативность при аппаратной реализации. Таким образом, его практически невозможно применять в энергорайонах с источниками распределенной генерации, где время отключения нагрузки должно быть очень малым (составлять сотни миллисекунд) и определяется постоянными времени T_j генераторов (составляют единицы секунд).

Задача, реализуемая в предложенном изобретении, направлена на создание способа автоматического распределенного отключения нагрузки для снижения перетоков мощности по элементам энергосистемы, имеющего более простую реализацию и обладающего более высокой оперативностью, позволяющую повысить быстродействие систем, реализующих способ.

Требуемый технический результат заключается в упрощении способа и повышение его оперативности с целью расширения арсенала технических средств, которые могут быть использованы для автоматического распределенного отключения нагрузки.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается в способе, основанном на том, что, производят построение модели энергосистемы, включающей модели энергорайонов, исходя из информации о текущей топологии сети энергорайонов формируют базу данных контролируемых и неконтролируемых энергорайонов, выделяют перегруженные связи между энергорайонами и определяют вектор управляющих воздействий, согласно изобретению, определяют элементы матрицы коэффициентов токораспределения для каждого топологического состояния энергорайонов с учетом нагрузки и заносят их в память системы противоаварийного управления, передают по средствам диспетчерско-технологического управления данные о задающих токах для определения текущих режимов энергорайонов и топологических состояний их электрических схем, по текущим векторам задающих токов управляющих воздействий и матрице коэффициентов токораспределения вычисляют токи ветвей электрических схем энергорайонов и определяют, находятся ли токи ветвей в пределах допустимых значений или превышают их и путем имитационного моделирования формируют рациональные варианты противоаварийного управления, предполагающие минимальные отключения нагрузки, после чего вносят данные о рациональных вариантах противоаварийного управления в память системы противоаварийного управления, и в случае превышения токов ветвей электрической схемы энергорайона допустимых значений считывают информацию о рациональных вариантах противоаварийного управления и определяют вектор управляющих воздействий, который в виде управляющих команд передают на конечные устройства реализации команд управления и отключения нагрузки энергосистемы.

На графических материалах представлены:

- на фиг. 1 - структурная схема устройства, реализующего способ автоматического распределенного отключения нагрузки, со средствами 7₁, …, 7_n реализации управляющих воздействий;

- на фиг. 2 - пример расчетной схемы с параллельным соединением сопротивлений;

- на фиг. 3 - пояснения к расчетному примеру, где а - исходная схема электрической сети; б - расчетная схема электрической сети; в -направленный граф расчетной схемы; г - возможные деревья графа.

Устройство 1 автоматического распределенного отключения нагрузки (фиг. 1) включает блок 2 измерения и определения топологии, блок 3 хранения результатов предварительных расчетов матриц токораспределения, вычислительный блок 4, блок 5 сравнения, блок 6 хранения результатов имитационного моделирования и выдачи управляющих воздействий, средства 7₁, …, 7_n реализации управляющих воздействий.

Элементы устройства 1 автоматического распределенного отключения нагрузки для снижения перетоков мощности по элементам энергосистемы (фиг. 1) соединены следующим образом.

Первый и второй выходы блока 2 измерения и определения топологии соединены с первым входом блока 3 хранения результатов предварительных расчетов матриц токораспределения и вычислительного блока 4. На входы блока 2 измерения и определения топологии поступает информация от средств диспетчерско-технологического управления (оперативно-информационных комплексов, SCADA - систем, комплексов АСУ ТП подстанций, устройств релейной защиты и др.). На второй вход блока 3 хранения результатов предварительных расчетов матриц токораспределения поступают предварительные расчеты матриц токораспределения. Выход блока 3 хранения результатов предварительных расчетов матриц токораспределения через вычислительный блок 4 подключен к первому входу блока сравнения 5, на второй вход блока сравнения 5 поступают численные значения диапазонов изменения токов ветвей схемы энергорайона. Выход блока сравнения 5 подключен к первому входу блока 6 хранения результатов имитационного моделирования и выдачи управляющих воздействий. На второй вход блока 6 хранения результатов имитационного моделирования и выдачи управляющих воздействий поступают результаты имитационного моделирования по выбору оптимальных управляющих воздействий. Выход блока 6 хранения результатов имитационного моделирования и выдачи управляющих воздействий является выходом устройства 1 автоматического распределенного отключения нагрузки и подключен ко входам средств 7₁, … 7_n реализации управляющих воздействий.

Предложенный способ автоматического распределенного отключения нагрузки реализуется следующим образом.

Предварительно рассмотрим теоретическое обоснование способа и работу реализующего его устройства.

Существенного повышения быстродействия и упрощения способа автоматического распределенного отключения нагрузки можно добиться за счет модификации процедур оценки текущего режима функционирования энергорайона на основе использования существующих устройств мониторинга режимов, коммуникаций, телемеханики, релейной защиты и автоматики.

Задачи, связанные с получением реальных решений при расчетах режимов сложных электрических сетей, достаточно трудные, и им посвящен целый ряд работ [например, Мельников Н.А. Матричный метод анализа электрических цепей. - М.: Энергия, 1972; Гурский С.К. Алгоритмизация задачи уравнения режимами сложных систем в электроэнергетике. - Минск: Наука и техника, 1977].

Трудности получения реальных решений при расчете режимов могут быть в значительной степени преодолены, если исходить из обращенной формы узловых уравнений. Известно, что классический подход получения матрицы Z электрической сети, основанный на прямом обращении матрицы проводимости Y, по мере усложнения ее схемы оказывается малопригодным. Матрица узловых сопротивлений в этих условиях может быть построена различными методами, разработанными на основе совершенствования прямых, косвенных и итерационных методов обращения матрицы узловых проводимостей. Однако отсутствие оперативных аналитических методов расчета матрицы узловых сопротивлений существенно тормозило развитие данного направления.

Проблемы, связанные с аналитическим методом определения матрицы Z узловых сопротивлений, могут быть решены, если исходить из следующего. Токи в ветвях схемы при известной матрице коэффициентов распределения задающих токов определяются матричным выражением [Мельников Н.А. Матричный метод анализа электрических цепей. - М.: Энергия, 1972]:

где J - столбцовая матрица задающих токов; С - прямоугольная матрица коэффициентов токораспределения.

При известной матрице С всегда можно найти однозначное соответствие реакции схемы исследуемой электрической сети на возмущения задающих токов. Коэффициенты токораспределения совместно с сопротивлениями ветвей достаточно полно характеризуют свойства схем электрических сетей, что указывают на некоторую универсальность их применения. Матрица С исследована достаточно хорошо, ее определение не представляет особых трудностей. Коэффициентом распределения задающего тока j-го узла для i-ой ветви называется отношение

определяемое комплексным числом, где I_i - ток в i-ой ветви.

При условии J_j=1, получается равенство

C_ji=I_i.

Однако, при исследовании электрической системы большой размерности, могут возникнуть трудности, связанные с чрезмерно большим объемом и обеспечением наглядности результатов расчета. Среди множества методов наиболее привлекательным являются методы, основанные на топологии электрических сетей. Сложность существующего метода заключается в определении числителей топологических выражений путем деления сети на две части, с целью нахождения двух деревьев графа [Ионкин П.А., Соколов А.А. Топологический анализа электрических цепей. // Электричество, №4, 1964. С. 59-66]. Предлагается аналитический подход к топологическому методу определения матрицы С на основе свойств возможных деревьев графа, без деления сети на две части.

С целью обеспечения наглядности и простоты изложения предлагаемого метода, коэффициенты токораспределения представляются в виде аналитической функций параметров сети.

Элементы матрицы С разомкнутых схем не зависят от параметров сети и могут быть найдены непосредственно по схеме или в виде [Мельников Н.А. Применение коэффициентов распределения при расчетах сложных схем замещения электрических цепей // Электричество, №2, 1961. С. 9-13]

где М - первая матрица инциденции.

При наличии замкнутых контуров, матрица С не может быть найдена непосредственно по схеме или по формуле (3). В общем случае, матрица С может быть определена путем распределения единичного тока в схеме, любыми известными методами, например, методом контурных токов. Для схемы, изображенной на фиг. 1, элементы столбцовой матрицы коэффициентов распределения задающего тока, выраженные относительно сопротивлений ветвей

определяются решением системы контурных уравнений:

где Z₁₁=Z₁+Z₂, Z₂₂=Z₂+Z₃ - контурные сопротивления.

Полученные выражения для матрицы коэффициентов токораспределения не являются показательными функциями топологии сети. Поэтому, производятся дальнейшие преобразования выражений матрицы (4) путем замены сопротивлений ветвей соответствующими проводимостями и после несложных преобразований получим:

где - проводимости ветвей.

Числители и знаменатели элементов столбцовой матрицы (5), выраженные через проводимости ветвей, характеризуют топологию сети, состоящей из трех деревьев графа. Знаменатели для всех коэффициентов одни и те же и определяются в виде суммы величин деревьев, а числители, значениями дерева, включающие в себя рассматриваемую ветвь. В частном рассматриваемом случае, дерево характеризуется одной ветвью, а его величина определяется соответствующей ей проводимостью. В общем случае, весовые значения деревьев определяются произведениями проводимостей ветвей.

Анализ коэффициентов распределения узловых токов на основе топологии сложных электрических сетей позволяет раскрыть сущность вскрытых свойств, не поддающихся к изучению численными методами.

Приведем пример расчета матрицы токораспределения для электрической схемы (фиг. 2а).

При этом параметры схемы замещения (фиг. 2б) имеют следующие значения

z₁=6,6+j19,9, z₂=6,8+j16,24, z₃=13,5+j21, z₄=16,2+j25,2

z₅=24,3+j37,8

На фиг. 2в, г представлены направленный граф и возможные деревья графа. Знаменатель коэффициентов токораспределения, входящих в матрицу С, имеет одно и тоже значение и определяется для схемы (фиг. 2б) выражением

F=Y₁Y₂Y₄+Y₁Y₂Y₅+Y₁Y₃Y₄+Y₁Y₃Y₅+Y₂Y₃Y₄+Y₂Y₃Y₅+Y₂Y₃Y₅+Y₂Y₄Y₅=-4,543⋅10^-4+j6,263⋅10⁵.

Коэффициенты токораспределения записываются следующим образом

Из полученных коэффициентов токораспределения составляется матрица С размером 5×3

Особенность рассмотренного варианта расчета режима электрической сети заключается в том, что коэффициенты токораспределения в сложной схеме могут быть определены на стадии формирования исходных данных по топологии сети, что существенно снижает вычислительные затраты реальных расчетов сложной электрической сети. Причем, по вектору задающих токов J и матрице С коэффициентов токораспределения могут быть получены токи ветвей электрической схемы (1).

Следовательно, зная текущую топологию электрической сети энергорайона и вектор задающих токов можно определить токи ветвей его электрической схемы. Если токи ветвей находятся в пределах допустимых значений, то отсутствует перегрузка (превышение допустимых значений токов) линий электропередачи энергорайона и не требуется введения автоматического распределенного отключения нагрузки для снижения перетоков мощности.

Матрицы С коэффициентов токораспределения для каждого топологического состояния электрической схемы энергорайона, в том числе, с учетом нагрузки, можно получить расчетным путем заблаговременно и хранить в памяти системы ПАУ.

Таким образом, расчет токов в ветвях схемы энергорайона будет сводится к определению текущей топологии электрической сети, выбору соответствующей матрицы С коэффициентов токораспределения и умножению на вектор задающих токов J. В состав вектора задающих токов входят, в том числе, токи на выходах генераторов энергорайона, а также токи перетоков между энергорайонами.

Т.о., предлагаемый способ дополнительно позволяет реализовать противоаварийное управления не только внутри энергорайона, но и между энергорайонами. Информацию о текущем топологическом состоянии электрической схемы энергорайона и токах, входящих в задающий вектор J, можно получить из средств диспетчерско-технологического управления (оперативно-информационных комплексов, SCADA - систем, комплексов АСУ ТП подстанций, устройств релейной защиты и др.), поэтому для реализации предлагаемого способа автоматического распределенного отключения нагрузки для снижения перетоков мощности не требуется создания специальной информационной системы. Также для исполнения УВ целесообразно в качестве устройств реализации команд управления и отключения нагрузки использовать существующие цифровые устройства релейной защиты с подачей соответствующих команд на их дискретные входы. Тем самым обеспечивается исключение необходимости введения специальных агентов связей и агентов нагрузки, как в способе-прототипе.

Для каждого из вариантов превышения токов в ветвях энергорайона (а также их сочетаний) методами имитационного моделирования могут быть выбраны рациональные варианты ПАУ, обеспечивающие минимальное воздействие на потребителей электроэнергии и надежность их электроснабжения, включающие: дополнительную загрузку генераторов энергорайона, введение в работу устройств хранения энергии, средств компенсации реактивной мощности, подачу команд на управляемые элементы электрической сети (устройства регулирования потоков мощности, гибкие линии электропередачи и др.), а также при необходимости отключение электроприемников потребителей. Эти варианты ПАУ (совокупность вариантов выдачи команд управления) также целесообразно хранить в памяти устройств ПА, реализующих предлагаемый способ автоматического распределенного отключения нагрузки, для быстрого их извлечения и, таким образом, обеспечения высокое быстродействие способа.

Дополнительно необходимо отметить, что для поддержания требуемого уровня напряжений в узлах энергорайона при реализации предлагаемого способа автоматического распределенного отключения нагрузки, целесообразно использовать локальную автоматику ограничения снижения напряжения (АОСН).

Пример реализации предложенного способа поясним с использованием устройства 1 автоматического распределенного отключения нагрузки (фиг. 1).

Для эффективного функционирования устройства 1 автоматического распределенного отключения нагрузки, используемого для снижения перетоков мощности, проводятся предварительные расчеты, целью которых является:

- получение матриц С коэффициентов токораспределения для каждого топологического состояния электрической схемы энергорайона, в том числе с учетом параметров нагрузки;

- определение диапазонов допустимых значений токов в ветвях схемы энергорайона для фиксации фактов перегрузки (превышения допустимых значений токов) линий электропередачи энергорайона и необходимости введения автоматического распределенного отключения нагрузки для снижения перетоков мощности.

Результаты предварительных расчетов загружаются, соответственно, в блок 3 хранения результатов предварительных расчетов матриц токораспределения и блок 5 сравнения.

Дополнительно проводится предварительное имитационное моделирование, целью которого является определение для каждого из вариантов превышения токов в ветвях энергорайона (а также их сочетаний) оптимальных вариантов ПАУ, обеспечивающих минимальное воздействие на потребителей электроэнергии и надежность их электроснабжения.

Такие варианты включают: дополнительную загрузку генераторов энергорайона, введение в работу устройств хранения энергии, средств компенсации реактивной мощности, подачу команд на управляемые элементы электрической сети (устройства регулирования потоков мощности, гибкие линии электропередачи и др.), а также, при необходимости, отключение электроприемников потребителей.

Варианты работы ПАУ (совокупность вариантов выдачи команд управления) вносятся в блок 6 хранения результатов имитационного моделирования и выдачи управляющих воздействий.

Для определения текущей топологии электрической сети энергорайона, а также мониторинга режимов его функционирования задействуется блок 2 измерения и определения топологии устройства 1. Блок 2 может быть реализован, например, на основе SCADA-системы. В блок 2 поступает информация из систем диспетчерско-технологического управления (например, оперативно-информационных комплексов, SCADA-систем, комплексов АСУ ТП подстанций, устройств релейной защиты и др.) о задающих токах электрической схемы энергорайона, а также топологические данные о положениях коммутационных аппаратов системы электроснабжения энергорайона, определяющие состояние («отключено»/«в работе») электрооборудования (источников распределенной генерации, линий электропередачи, трансформаторов, электроприемников потребителей и др.), сопротивлениях элементов сети энергорайона и нагрузки.

В каждый момент времени на основе входной информации блок 2 определяет текущий режим и топологическую схему энергорайона. Топологические данные с первого выхода блока 2 поступают на первый вход блока 3 хранения результатов предварительных расчетов матриц токораспределения и используются для выбора матрицы токораспределения, характеризующей текущее состояние схемы энергорайона. В последующем с выхода блока 3 информация об элементах текущей матрицы токораспределения поступает на второй вход вычислительного блока 4. На первый вход блока 4 со второго выхода блока 2 поступает информация о задающих токах. В результате вычислений в блоке 4 в соответствии с выражением (1) формируются токи ветвей схемы энергорайона, которые с выхода блока 4 поступают в блок 5 сравнения, в котором производится сравнение полученных токов ветвей схемы энергорайона с их допустимыми значениями и в случае превышений, в соответствии с величинами допустимых превышений, количеством и ситуационным расположением ветвей схемы этих превышений формируется соответствующий сигнал на выходе блока 5 сравнения. По сигналу с выхода блока 5 сравнения в блоке 6 хранения результатов имитационного моделирования и выдачи управляющих воздействий осуществляется выбор из соответствующей таблицы, хранящейся в памяти требуемого вектора управляющих воздействий. Составляющие вектора в виде управляющих команд передают на конечные средства 7₁, …, 7_n реализации команд управления и отключения нагрузки.

Высокая оперативность предлагаемого способа автоматического распределенного отключения нагрузки для снижения перетоков мощности по элементам энергосистемы обеспечивается заблаговременным формированием управляющих воздействий для различных аварийных ситуаций, быстрой оценкой текущего режима энергорайона с быстрой выдачей команд управления и отключения нагрузки. Реализация предлагаемого способа не требует создания специальной информационной сети для сбора информации и передачи команд управления, а также установки на всех линиях электропередачи и во всех узлах нагрузки энергорайона специальных агентов связей и агентов нагрузки, как в способе-прототипе.

Таким образом, в предложенном техническом решении достигается требуемый результат, заключающийся в упрощении способа и повышении его оперативности с одновременным расширением арсенала технических средств, которые могут быть использованы для автоматического распределенного отключения нагрузки.

Способ автоматического распределенного отключения нагрузки, основанный на том, что производят построение модели энергосистемы, включающей модели энергорайонов, и, исходя из информации о текущей топологии сети энергорайонов, формируют базу данных контролируемых и неконтролируемых энергорайонов, выделяют перегруженные связи между энергорайонами и определяют вектор управляющих воздействий, отличающийся тем, что подают в блок измерения и определения топологии устройства информацию из систем диспетчерско-технологического управления о задающих токах электрической схемы энергорайона, а также топологические данные о положениях коммутационных аппаратов системы электроснабжения энергорайона, определяющие состояние электрооборудования, сопротивлениях элементов сети энергорайона и нагрузки, в каждый момент времени на основе входной информации блок измерения и определения топологии устройства определяет текущий режим и топологическую схему энергорайона, топологические данные с первого выхода блока измерения и определения топологии устройства подают на первый вход блока хранения результатов предварительных расчетов матриц токораспределения и используют для выбора матрицы токораспределения, характеризующей текущее состояние схемы энергорайона, в последующем с выхода блока хранения результатов предварительных расчетов матриц токораспределения информация об элементах текущей матрицы токораспределения поступает на второй вход вычислительного блока, на первый вход которого со второго выхода блока измерения и определения топологии устройства поступает информация о задающих токах, в вычислительном блоке формируются токи ветвей схемы энергорайона, которые поступают в блок сравнения, где сравниваются с их допустимыми значениями и в случае превышений, в соответствии с величинами допустимых превышений, количеством и ситуационным расположением ветвей схемы этих превышений, формируется соответствующий сигнал, по которому в блоке хранения результатов имитационного моделирования и выдачи управляющих воздействий осуществляется выбор из соответствующей таблицы, хранящейся в памяти, требуемого вектора управляющих воздействий, составляющие вектора в виде управляющих команд передают на конечные средства реализации команд управления и отключения нагрузки.