Разработка и программная реализация алгоритма расстановки АПС в целях повышения надёжности электроснабжения

Область знаний: «Физика, Экономика»

Тематика Энергопрорыв-2017: «Сети повышенной надежности: технология снижения аварийности, защита сетей от внешних воздействий»

Социальная активность: 53

Команда + Вступить в команду

Описание

Распределительные сети 6-35 кВ построены таким образом, что короткое замыкание на каком-либо участке грозит отключением всей секции, к которой одновременно может быть подключено множество потребителей. Длительность отключений потребителей в России значительно выше, чем в технически развитых странах. В соответствии с «Дорожной картой» EnergyNet Национальной технологической инициативы планируется внедрение нормирования надёжности электроснабжения и ответственности за неё сетевых компаний. Одним из современных методов по её повышению в распределительных сетях является применение автоматических пунктов секционирования (АПС). Для их эффективного использования сетевым компаниям требуется определение оптимальных мест установки данных устройств, что в общем случае является NP-полной задачей.

Для оценки надежности электроснабжения используются интегральные показатели надежности (SAIFI, SAIDI и др.), отражающие среднюю частоту, длительность и другие характеристики аварийных инцидентов. Для нахождения мест установки АПС, соответствующих оптимальному значению индексов, рассматривается использование быстродействующих эвристических алгоритмов.

Использование метода возможно как при проектировании новых систем электроснабжения, так и при реконструкции уже существующих. Установка АПС на основе разработанного алгоритма позволит существенно повысить уровень надежности электроснабжения потребителей.


Что может предложить проект

Разработанная методика в совокупности с программной реализацией позволит определить места установки АПС в электрической сети, ведущих к наилучшим значениям показателей надёжности, что актуально в рамках внедрения планов EnergyNet.

Комментарии

Антон Карпов

Приветствуем на странице нашего проекта!
С удовольствием готовы ответить на Ваши вопросы.

Ответить +2 8 апреля в 14:49
Андрей Антонов

Добрый день, распределительные сети-это 0,4 кВ? так они вообще не чувствуют КЗ и по этому не отключаются, так что нужность подобного секционирования под вопросом или вот мысль для внедрения селективности то можно каждые 5-6 опор устанавливать автоматы, как думаете Вы?

Антон Карпов

Добрый день! Спасибо за вопрос. В проекте исследуются распределительные сети 6-35 кВ, которые в последнее время в мире активно оснащаются автоматическими пунктами секционирования, например, реклоузерами. Выделение с их помощью поврежденного участка сети позволяет минимизировать отключение потребителей, не связанных с данным участком. При этом учитываются отключения, вызванные короткими замыканиями (двухфазные, трехфазные). Однофазные замыкания на землю, которые в большинстве случаев проблематично зафиксировать в сетях с изолированной либо компенсированной нейтралью, как правило, переходят в многофазные. В рамках данной работы вопрос фиксации однофазных замыканий на землю не рассматривается.

Ответить +1 20 апреля в 16:26
Виктор Пчелкин

1. Алгоритм оптимальной расстановки АПС предполагает наличие целевой функции(цф), в данной задачи цф - это показатель надежности. Если для существующей сети описанный показатель возможно рассчитать, то при реализации алгоритма для каждого режима (на каждой итерации) данный показатель будет прогнозироваться. Таким образом необходим алгоритм прогнозирования/расчета показателя надежности - данная задача еще более сложная, так как оценить точность прогноза невозможно.
2. Актуальность применения эвристических алгоритмов в данной задаче вызывает сомнение, так как скорость расчета для задач проектирования не так важна, даже если расчет перебором занимает на несколько секунд больше. АПС не предполагаются к установке в сложно-замкнутых сетях мегаполисов.

Антон Карпов

Здравствуйте, спасибо за вопросы!
1. Изменение режима работы электрической сети возможно при изменении величин нагрузок или изменении топологии электрической сети. Предварительный анализ типовых схем и их показателей надежности показывает, что пропорциональное изменение величин нагрузок в узлах, отражающее суточный или годовой графики нагрузки, не влияет на выбираемые оптимальные с точки зрения данных показателей места установки пунктов АПС. В случае же существенного изменения величин нагрузок из-за подключения новых потребителей требуется анализ новой схемы, выбор оптимальной расстановки пунктов АПС в ней и согласование полученных результатов с результатами анализа схемы с предыдущими схемно-режимными условиями. Того же подхода требует и учет планируемых топологических изменений схемы. При этом хотя правильное прогнозирование значений нагрузок в энергосистеме и является сложной задачей, но данная проблема так или иначе требует решения при проектировании и развитии энергосистем и представляет собой отдельную область научных исследований, не связанную напрямую с тематикой проекта.
2. Исследования показывают, что перебор всех вариантов расстановок для нескольких пунктов АПС даже в несложной схеме может занимать десятки часов. С увеличением числа расставляемых устройств и узлов в схеме время расчета полным перебором возрастает экспоненциально – для подобных (NP-полных) задач целесообразно применение эвристических алгоритмов.

Ответить 0 15 мая в 20:36
Виктор Пчелкин

Уточняю…

Из приведенных описаний формулируется задача следующим образом – Имеется какая-то распредсеть (ее схема), у нас имеется N шт. АПС, необходимо найти такие линии в этой сети куда будут установлены эти АПС и при этом показатель надежности (для всей сети!!!) будет максимальный.

1. Общий вид алгоритма ее решения с помощью эвристических алгоритмов: На первом шаге формируется несколько решений задачи (номера линий куда устанавливаются АПС), на втором производится прогноз/расчет показателя надежности для каждого решения, на третьем (в зависимости от эвристического алгоритма) применяются операторы модификаций этих решений и далее возвращаемся на первый шаг (замыкается цикл) где с учетом модифицированных решений формируется набор новых решений и т.д., пока задача не будет остановлена, после чего получаем оптимальное решение, соответствующее максимальному значению показателя надежности.

2. Показатель надежности является функцией зависимости от переменных, где переменные – это номера линий с установленными в них АПС.

3. Тогда главный вопрос: Как выглядит эта функция зависимости, ее ФОРМУЛА?

Ответить 0 16 мая в 09:19
Дмитрий Акимов

Задача в проекте ставится более широко – не только расстановка N шт. АПС с достижением максимально возможного уровня показателя надежности, но и определение требуемого числа, типа АПС и мест их установки для достижения требуемого уровня надежности, а также оценка требуемого числа АПС и мест их установки с учетом экономического критерия (стоимости АПС, ущерба от недоотпуска электроэнергии, штрафа за недостижение требуемого уровня надежности), оптимизация с учетом различных показателей надежности (SAIFI, SAIDI и пр.).

Что касается алгоритма решения, то в общих чертах Вы правильно описали его ход. Однако для определения мест установки АПС не требуется определение аналитического вида оптимизируемой функции – данная задача относится к классу задач комбинаторной оптимизации, для решения которых могут быть успешно использованы эвристические алгоритмы без определения аналитического вида целевой функции (см., например, известную задачу о расстановке восьми ферзей).

Ответить +1 17 мая в 06:52
Виктор Пчелкин

Хорошо… тогда давайте рассмотрим на примере не такой широкой и сложной задачи, а в самой простой формулировке описанной выше…

В задаче о расстановке ферзей, критерием того, что решение нам подходит является тот факт, что горизонтальные/вертикальные и диагональные поля ни одной фигуры не совпадают. Какой критерий в вашей задаче? Показатель надежности!!!? Как вы его оцениваете (без аналитического вида)?

Ответить 0 17 мая в 10:25
Дмитрий Акимов

Расчет интегральных показателей надежности SAIFI, SAIDI, CAIDI и других на примере различных схем широко освещен в соответствующей литературе. Например, задаваясь данными о средней частоте аварийных инцидентов на всех участках цепи (а подобная статистика обычно есть у сетевых компаний) и количестве потребителей в узлах, можно легко рассчитать для данной схемы показатели SAIFI до установки пунктов АПС (например, реклоузеров) и при различных вариантах их расстановок.

Ответить 0 17 мая в 10:40
Виктор Пчелкин

Так о чем и речь, значит для каждого пробного решения должен быть пересчет показателя надежности (в алгоритме данный показатель будет считаться тысячи (может миллионы) раз и для машины это требуется записать в общей форме (или по крайней мере ограниченное число таких форм)), а если нет аналитической формы, значит будет прогнозирование!?
Или возможно в ручную, в качестве исходных данных, присваивать какой-то «вес» той или иной расстановке АПС!? (Это уже шутка, со смыслом)

Ответить 0 17 мая в 13:20
Дмитрий Акимов

Да, для каждой расстановки происходит вычисление показателя надежности, но запись аналитического вида функции зависимости этого показателя от всех состояний ветвей (содержит или не содержит АПС) не требуется – существует довольно простой алгоритм вычисления показателей надежности, основанный на разбиении схемы на зоны, ограниченные установленными АПС, не отнимающий значительные машинные ресурсы.

Ответить 0 17 мая в 13:30
Наталья Якшина

Добрый день, уважаемые разработчики!
Так как к проекту не прилагаются никакие материалы, прошу прояснить следующие моменты:
1. Принцип действия АПС. Это интеллектуальный выключатель нагрузки, срабатывающий в бестоковую паузу при отключении линии или полноценный автоматический выключатель, который отключается при поступлении сигнала о замыкании и бережет коммутационный ресурс выключателя "в голове" фидера (по типу реклоузера).
2. В любом случае требуется сравнительный анализ с уже существующими технологиями и определение преимуществ. Технология не нова и может "выстрелить" только при наличии значительных преимуществ для какой-либо области применения. Обязательно взять для сравнения реклоузер. На европейских рынках также представлены технологии для данной области применения. Например, интеллектуальный выключатель нагрузки ENSTO AUGUSTE, Fuesaver (Siemens). Это технологии с различным функционалом и для различных типов участков сети, но для одной задачи - локализации повреждений. Хочется понять, как в эту цепочку впишется ваш АПС. Надеюсь, займет достойное место.
3. Если мы говорим о городских сетях, следует принимать во внимание преобладание кабельных ЛЭП. Прошу проанализировать возможность применения АПС (в зависимости от ответа на вопрос 1) на так называемых "проходных" ТП для локализации поврежденного участка сети.

Антон Карпов

Здравствуйте! Благодарим за вопросы.
Прилагаем к проекту нашу первую статью «Оптимизация расстановки реклоузеров в распределительных сетях» (Акимов Д.А., Грунина О.И., Карпов А.И., Шкитина Н.О. // Известия НТЦ ЕЭС. – 2017. - №1 – с. 102-113.).
В настоящий момент на рынке представлены различные устройства АПС, и накоплен некоторый опыт их практического использования. Однако устоявшихся подходов к расстановке подобных аппаратов в электрических сетях и определения их согласованного принципа действия пока не существует. В данном проекте не ставилась задача создания устройства нового типа, а решается проблема выбора места установки и совместной работы устройств АПС - в приложенной статье это показано на примере выбора места установки реклоузеров с точки зрения оптимизации интегрального показателя надежности SAIFI. В дальнейшей работе предполагается разработка аналогичных алгоритмов для большего числа видов устройств АПС и других целевых критериев.

Ответить +2 20 июня в 07:01

Добавление комментария