Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электрические станции, сети и системы

Диссертационная работа:

Кривова Людмила Владимировна. Разработка и применение методов и алгоритмов расчета структурной и функциональной надежности электроустановок : Дис. ... канд. техн. наук : 05.14.02 : Томск, 2003 165 c. РГБ ОД, 61:04-5/1688

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

Глава 1. Обоснование предложений по совершенствованию практических
методов расчета надежности схем электрических соединений 15

1.1. Замена показателей надежности в маловероятных схемных состояниях
на усредненные 19

1.2. Алгоритм выбора ремонтных сбстояний структуры схемы
электрических соединений, при которых показатели надежности расчетного
объекта минимальны и максимальны 23

  1. Результаты расчетов показателей надежности и их анализ 25

  2. Краткие выводы по главе 27

Глава 2. Разработка и обоснование метода и алгоритма учета влияния
повреждаемости коммутационных аппаратов на повреждаемость элементов
схемы 33

2.1. Постановка задачи и предложения для ее решения 33

2.2. Выражения для коэффициента взаимосвязи между совокупностями
элементов и коммутационных аппаратов 34

2.3. Результаты расчетов коэффициентов взаимосвязи для разных
совокупностей и их анализ 40

2.4. Краткие выводы по главе 45

Глава 3. Характеристики функциональной надежности и применение их для
обоснования выбранных трансформаторных и линейных связей
электростанций 47

  1. Актуальность вопроса 47

  2. Постановка задачи 51

3.3. Показатели функциональной надежности трансформаторных и
линейных связей электростанций 59

3.4. Вероятностные характеристики трансформаторных и линейных связей
электростанций 60

3.5. Вероятностные характеристики исходных данных для расчета рабочих
режимов 62

3.6. Применение метода селекции границ интервалов данных для
определения вероятностных характеристик выходных данных 66

3.7. Формирование вероятностных характеристик параметров режимов
методом селекции границ интервалов исходных и выходных данных....68

  1. Схемно-режимные параметры станционной электропередачи 73

  2. Вероятностные характеристики предельно-допустимых мощностей по условию устойчивости станционной электропередачи 82

  1. Вероятностные характеристики располагаемых активных и реактивных мощностей электростанций 85

  2. Вероятностные характеристики фактических и располагаемых

мощностей узлов (сборных шин) электростанций и их небаланса 91

Глава 4. Применение характеристик функциональной надежности для
обоснования выбранных трансформаторных и линейных связей
электростанций 94

  1. Сравнение характеристик распределения вероятностей фактических и предельно-допустимых значений режимных параметров связей 94

  2. Сравнение характеристик распределения вероятностей 98

  3. Сравнение однопорядковых квантилей 99

  4. Сравнение моментных характеристик 100

  5. Технико-экономическое обоснование выбора оборудования, токоведущих частей и коммутационных аппаратов элементов или связей электростанции 105

  6. Показатели функциональной надежности с учетом структурной надежности элементов (связей) схем электрических соединений 107

4.7. Пример определения показателей функциональной надежности для
трансформаторных связей Сургутской ГРЭС -1 и линейных связей этой
электростанции ПО

  1. Алгоритм определения показателей функциональной надежности по условию устойчивости станционной электропередачи Сургутской ГРЭС-1 ПО

  2. Алгоритм определения показателей функциональной надежности по условию реализации возможностей электростанции (по располагаемой мощности Сургутской ГРЭС - 1) 117

  3. Последовательности расчетов 120

  4. Анализ полученных результатов 129

Заключение 144

Литература 147

Приложение 1. Обоснование метода селекции границ интервалов исходных

и выходных данных 155

Приложение 2. Схема электрических соединений энергорайона (к расчету

показателей структурной надежности) 159

Приложение 3. Справка об использовании результатов диссертации в

Томском политехническом университете 160

Приложение 4. Справка об использовании результатов диссертации в

управлении электроснабжения СП ОАО «Химстрой» 161

Приложение 5. Справка об использовании результатов диссертации в
региональном диспетчерском управлении «Тюменьэнерго» 162

Введение к работе:

Вопрос об обеспечении надежной работы электроэнергетических систем возник тогда же, когда были созданы первые такие системы, т.е. в начале XX века. Первые публикации по применению теории вероятностей к оценке надежности ЭЭС появились в 30-х годах. В России первая публикация по оценке надежности появилась в 1932 году, автор - Ферман Р.А.. В данной работе [1] для оценки надежности использовались теоремы теории вероятностей. Но уже в 1934 году московский инженер Якуб Б.М. в своей статье [2], посвященной методам расчета надежности в энергетике, подверг подход Фермана критике. В частности, было высказано мнение о неправильном использовании теории вероятностей и, как следствие, получение неправильных результатов. В работе [2] были использованы теоремы теории вероятностей для определения показателей надежности турбинных и котельных агрегатов. В работах [1, 2] использовано много статистических данных, собранной в зарубежных странах, т.к. российской статистики практически не было, что и было отмечено в статье [1].

Затем также в течение последующих лет был ряд публикаций по вопросам надежности в энергетике СССР [3-6]. Но фактически первой книгой по практическому расчету надежности схем электрических соединений стала работа Синьчугова Ф.И. [7]. В данной работе представлен вероятностный метод расчета структурной надежности схем -электрических соединений, который в принципе может быть использован для схем любой степени сложности. В последующие годы в СССР, а затем и в России было издано большое количество книг и ряд публикаций по теории надежности схем электрических соединений [8-22] таких известных российских ученых как Синьчугов Ф.И., Китушин В.Г., Гук Ю.А., Фокин Ю.А., Розанов М.Н., Ту фанов В. А. и др.

За рубежом необходимость исследований, посвященных вопросам надежности признавалась в 30-х годах, но публикаций по данному вопросу не было. Первой книгой на западе, посвященной общим вопросам надежности, была книга Базовски [35], а книга по надежности энергетических систем, написанная Биллинтоном [36], была опубликована в 1970 г. Далее был ряд публикаций, посвященных некоторым частным вопросам надежности [37, 38]. Причем интерес к вопросам надежности за рубежом не ослабевает и в настоящее время [28, 29]

В Северной Америке первые серьезные публикации по надежности электроэнергетических систем появились в 1947 году [30-33]. В этих работах использовалась вероятностная математика. В дальнейшем проводилось некоторое количество исследований и уже в 1964 году появились первые публикации [34 - 36] по моделированию ЭЭС при помощи процессов Маркова.

Из изложенного видно, что развитие теории надежности происходило параллельно во всех странах. Связано это с развитием технического прогресса в электроэнергетике, введением новых мощностей, подключением новых потребителей. Таким образом, чем сложнее становились схемы электроснабжения, тем чаще вставал вопрос об их надежности, надежности отдельных узлов и элементов. Нарушение электроснабжения вследствие системных аварий может привести к значительному ущербу не только определенных энергопредприятий, но может иметь масштабы национального бедствия, что уже имело место как на территории СССР и России, так и в других странах. В настоящее время, когда в России введены принципы рыночной экономики, вопросы надежности становятся еще более актуальными в связи с высокими требованиями гарантии качества электроэнергии и бесперебойности электроснабжения. Таким образом, задачи надежности работы электроустановок и в целом электроэнергетических систем (ЭЭС) всегда были и остаются актуальными.

С тех пор как для решения вопросов надежности начали применять методы теории вероятностей и математической статистики, для показателей

7
надежности энергосистем была также разработана вероятностная мера. Однако
прямое применение вероятностно-статистических методов для практических
задач надежности весьма громоздко и требует для реализации огромных
аналитических и вычислительных ресурсов. В связи с этим возникла
актуальность разработки и применения упрощенных методов [7 - 9, 15]
специализированных, вероятностно-статистических подходов и методик [12 -
14], алгоритмов расчета структурной надежности больших систем
электроснабжения, автоматизированных расчетных вычислительных

комплексов [20 - 22], позволяющих осуществить решение задач структурной надежности с меньшими затратами ресурсов.

Несмотря на это, затраты ресурсов на расчеты структурной надежности схем электрических соединений остаются большими, что обусловливает необходимость дальнейшего исследования и совершенствования алгоритмов. Так, для сокращения вычислений аварийной потери расчетных объектов в работах Фокина предложено исключение слабозагруженных элементов систем электроснабжения по параметру режима, неучет малых влияний повреждений элементов схемы, слабосвязанных с расчетными объектами. В названных работах в качестве параметра режима используется активная мощность перетока по элементу. Если эта мощность ниже заданного порога, то элемент в расчете структурной надежности схемы исключается, что обеспечивает некоторое упрощение структуры схемы или ее декомпозицию относительно РО.

Приведенный выше параметрический подход обеспечивает
определенный эффект при расчетах структурной надежности схем
электрических соединений, однако требуются дополнительные

многочисленные расчеты показателей состояний (режимов) схемы, которые в обычных расчетах структурной надежности были бы излишними, т.е. имеет место упрощение расчетов структурной надежности в обмен на режимные расчеты. Причем результаты применения этого метода не точно и не полно решают вопрос, т.к. порог устанавливается субъективно и нет гарантии, что

8 принятый на основе результатов данного метода вариант упрощения является верным для всех или подавляющего количества возможных режимов загрузки элементов схемы. Последнее может обусловить не столько упрощение расчетов структурной надежности, сколько многократно увеличить их объем, т.к. варианты структуры схем теперь будут еще зависеть от параметров режимов работы элементов и в каком-либо из режимов нагрузки системы электроснабжения потребуется выполнить расчет структурной надежности для варианта первоначальной структуры схемы, ради упрощения которой предпринят расчет параметров первого из режимов работы схемы. Кроме того, для каждой режимной структуры необходимо определение ее удельного веса, чем автор пренебрегает, присваивая удельный вес топологической структуры схемы случайной режимной структуре.

Таким образом, расчетные проблемы многомерности и объемов обработки информации структурной надежности далеки от практического завершения. Например, [9] предприняты усилия по оценке существующих методов расчета структурной надежности и даны рекомендации использования наиболее приемлемых [7,9,22].

Однако, рекомендуемое как указано выше в [22] экспертное нормирование загруженности элементов и связи между ними практически нереально, т.к. зависит от конкретных схемно-режимных условий. Нормирование загруженности элементов путем технико-экономической оптимизации является сложно-реализуемым, т.к. неизвестны простые и наглядные экономические альтернативы для показателей элементов. В связи с этим нерационально усложнять алгоритмы расчетов структурной надежности дополнительными расчетами и анализом режимов работы схем. Общими существенными недостатками анализируемого параметрического и всех других известных методов является то, что они:

1) никак не упрощают и не совершенствуют расчеты показателей надежности в каждом из состояний структуры схемы, которые необозримо множатся с

9 усложнением последней и требуют все больше и больше ресурсов на данные весьма объемные и рутинные расчеты, 2) требуют выполнения многочисленных и объемных расчетов, связанных с выявлением и определением показателей каждого из состояний структуры схем, чтобы учесть влияние показателей состояний схемы на результирующие показатели надежности. Поэтому требуется продолжение поисков приемов, способов, алгоритмов, позволяющих найти приемлемое практическое решение отмеченных узких мест методов расчета структурной надежности. Совершенствующие предложения должны быть направлены на существенное сокращение объема расчетов.

Что касается связи между элементами схем, то поиск эффективных и объективных алгоритмов оценки нормы взаимосвязи между повреждаемостью компонентов схем электрических соединений, является также актуальным, т.к. неучет повреждаемости окружающих элементов не позволяет определять показатели надежности компонентов схемы в требуемом полном объеме.

Хотя привлечение расчетов режимов определения показателей структурной надежности [22], как указано ранее, является нерациональным, следует отметить, что показатели структурной надежности не отражают режимное состояние расчетных объектов схемы, необходимое для решения ряда задач электроэнергетики:

обоснования выбранных оборудования, токоведущих частей и коммутационных аппаратов,

настройки средств релейной защиты и противоаварийной автоматики, обоснования объема располагаемой мощности и резерва электростанций, расчетные значения интересующих величин для конкретного решения данных задач могут быть сформированы только через фактические случайные колебания параметров режимов электроэнергетических объектов.

Некоторые из данных задач были актуальными с самого начала развития электроэнергетики. Так, задача формирования резерва мощности генерирующих элементов энергосистем, определяемого случайными

10 отклонениями спроса нагрузки, повреждаемостью оборудования и сетей, ошибкой прогнозирования, должна выполняться на каждом временном этапе управления, планирования и развития как отдельных частей, так и всей энергосистемы. Первоначальному рассмотрению и поиску рациональных путей решения данной задачи посвящены работы Волкова, Марковича [64, 65]. Практическая незавершенность этой задачи (решение в дискретной области, дискретизация непрерывных случайных величин нагрузки и ошибки прогнозирования, перебор всех значений) обусловливают большой объем рутинных вычислений. С целью их сокращения в последующих работах распределение вероятностей небаланса активной мощности предлагалось аппроксимировать нормальным законом с отысканием его параметров как суммы составляющих располагаемой мощности, нагрузки и ошибки прогнозирования.

Подобное решение других вышеуказанных задач в настоящее время неизвестно. Причем не потому, что они не актуальны, а вследствие сложности определения объективных экстремальных и расчетных значений. Это вызвано неизвестностью и сложностью законов распределения вероятностей (ЗРВ) величин (параметров), характеризующих режимное состояние силовых и приборных объектов. Поэтому в настоящее время расчетные значения определяются субъективно, т.е. экспертным путем. По известным же ЗРВ просто найти любые экстремальные значения объективно, исходя из заданной степени риска. Следовательно, определение ЗРВ режимных параметров интересующих компонентов, конструкций и схем силовых или приборных объектов имеет первоочередную актуальность для решения задач функционально-режимной надежности.

Существующие методы определения ЗРВ (метод неслучайных функций от случайных аргументов - НФСА, метод статистического моделирования исходных данных и статистических испытаний получения режимных параметров по указанным данным - СМСИ) вследствие многомерности электроэнергетических задач являются неэффективными:

метод НФСА - из-за сложности формирования границ области функционалов суммирования (интегрирования) весовой функции в виде совместной вероятности или плотности распределения вероятностей (ПРВ) случайных аргументов (СА),

метод СМСИ - из-за ускоренно нарастающего объема вычислений с увеличением количества моделируемых СА.

Поэтому для определения ЗРВ использован метод селекции границ интервалов исходных и выходных данных1 (СГИД), позволяющий приближенно определять как виды, так и параметры ЗРВ неслучайных функций от случайных аргументов независимо от размерности этой функции.

Цель работы заключается в разработке усовершенствованных методов и алгоритмов расчета структурной надежности схем электрических соединений, разработке алгоритмов формирования ЗРВ параметров рабочих и предельных режимов электроустановок электроэнергетических систем (ЭЭС) с применением метода СГИД, применении характеристик функциональной надежности для выбора и обоснования трансформаторных и линейных связей электростанции.

Для достижения этих целей ставились и решались следующие задачи:

разработка и апробация предложенного метода расчета структурной надежности схем электрических соединений,

разработка и апробация предложенного коэффициента взаимосвязи для учета последовательного каскада поврежедений,

разработка алгоритма определения параметров ЗРВ электрических величин установившихся режимов при помощи метода СГИД,

- разработка алгоритмов определения параметров ЗРВ предельных режимов
структурных образований ЭЭС: электропередач по условию статической
устойчивости; электростанций по условию реализации возможностей в

Метод разработан на кафедре электрических станций Томского политехнического университета с участием автора диссертации

12 располагаемых мощностях; элементов, входящих в состав названных структурных образований,

- определение расчетных значений для обоснования выбора трансформаторных и линейных связей.

В работе использовались методы теории вероятностей, математической статистики, теории надежности, вычислительные расчетные комплексы (ВРК): Дакар, ТКЗ-3000, MathCAD.

Научная новизна данной работы состоит в следующем:

  1. Найден алгоритм, позволяющий определить показатели надежности расчетных объектов в ремонтных и рабочих схемных состояниях весьма точно при существенном сокращении объемов расчетов.

  2. Разработан алгоритм применения коэффициента взаимосвязи для количественной оценки учета глубины повреждаемости компонентов схем электрических соединений при повреждении коммутационных аппаратов с учетом величины и знака взаимосвязи между расчетным объектом и поврежденным компонентом.

  3. Уточнен подход к выбору и обоснованию оборудования, токоведущих частей и коммутационных аппаратов. Разработаны методы и алгоритмы данного обоснования на основе характеристик функциональной надежности электроэнергетических структур типа электростанций, электропередач и др.

4) Разработаны алгоритмы применения метода СГИД для получения
вероятностных характеристик фактических и предельно-допустимых потоков
мощностей и других параметров для элементов и узлов энергетических
структур.

Практическая значимость данной диссертации состоит в том, что: 1) Разработанные алгоритмы доведены до инженерных методов расчета и используются в учебном процессе кафедры электрических станций Томского политехнического университета, в управлении электроснабжения

2 предложен и разработан на кафедре электрических станций Томского политехнического университета

13 строительно-промышленного ОАО «Химстрой», в региональном диспетчерском управлении «Тюменьэнерго», г. Сургут. 2) Внедрение данных методов позволяет:

- быстро и точно определять показатели структурной надежности
любых элементов и объектов схем электрических соединений при
проектировании и эксплуатации,

- определять полные ВХ в виде ЗРВ, а через них гарантированные
заданным риском расчетные экстремальные значения рабочих и предельных
(по условиям динамической, термической и статической устойчивости,
реализации располагаемой мощности) режимов для выбора оборудования,
токоведущих частей и коммутационных аппаратов.

Достоверность полученных результатов подтверждена сравнительными расчетами показателей структурной надежности для разных схем электрических соединений по общепринятым и предложенным методам, расчетами, иллюстрирующими предлагаемый метод функциональной надежности.

Результаты исследований докладывались на научно-практических семинарах и конференциях, в том числе международных, также на семинарах кафедры электрических станций ТПУ, на объединенном семинаре кафедр факультета энергетики Новосибирского государственного технического университета. По результатам исследований опубликовано 17 статей и тезисов.

Основные положения, которые автор защищает в данной работе: по структурной надежности:

  1. алгоритм усредненного учета показателей надежности в ремонтных и рабочих состояниях схемы электрических соединений,

  2. алгоритм учета глубины повреждаемости компонентов схемы электрических соединений при повреждении коммутационных аппаратов с применением разработанного аппарата оценки взаимосвязи;

по функциональной надежности:

  1. уточнение условий выбора и обоснования оборудования, токоведущих частей и коммутационных аппаратов и разработка алгоритмов для этой цели на основе характеристик функциональной надежности электрических структур: электростанций и электропередач,

  2. применение разработанного метода СГИД для получения вероятностных характеристик фактических перетоков и предельно-допустимых потоков мощностей.

Использование результатов диссертации осуществляется в учебном процессе, в управлении электроснабжения строительно-промышленного ОАО «Химстрой», в региональном диспетчерском управлении «Тюменьэнерго», г. Сургут.

Работа состоит их введения, 4-х глав, заключения, списка литературы (71 наименование) и приложений. Основной текст изложен на 154 страницах, содержит 10 рисунков, 16 таблиц.

*

«Ґ

Подобные работы
Красовский Иван Иванович
Анализ взаимодействия электроустановок с окружающей средой и разработка мероприятий повышения их надежности
Васильев Павел Александрович
Совершенствование методов и алгоритмов расчета и анализа установившихся режимов электрических сетей энергосистем
Герих Валентин Платонович
Разработка и применение физической модели для выявления особенностей нормальных режимов управляемых самокомпенсирующихся линий электропередачи
Ебадиан Махмуд
Разработка и применение математических моделей для расчета установившихся и динамических режимов ЭЭС, содержащих устройства управляемой поперечной компенсации
Купарев Михаил Анатольевич
Разработка алгоритма функционирования дифференциальной защиты трансформатора с применением теории распознавания образов
Абдурахманов Абдула Мухтарович
Разработка моделей надежности коммутационного оборудования и рекомендаций по их применению в задачах электроэнергетики
Якимчук Николай Николаевич
Применение метода фазных координат для анализа несимметричных режимов электроэнергетических систем
Толстунов Василий Иванович
Развитие и применение критериального метода для задач управления в реальном времени режимами неоднородных электрических сетей
Попов Владимир Анатольевич
Развитие методов исследований несимметричных режимов электроэнергетических систем и их практическое применение
Макоклюев Борис Иванович
Разработка методов, алгоритмов и программ прогнозирования с учетом метеофакторов графиков нагрузки для повышения эффективности управления режимами энергосистем

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net