РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОПТИМАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ СЕКЦИОНИРУЮЩИХ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ СЕЛЬСКИХ РЕГИОНОВ
2.1. Системный подход к решению задачи оптимизации размещения секционирующих коммутационных аппаратов
Согласно теории оптимизации и внедрения мероприятий по усовершенствованию работы систем обеспечения электрической энергией потребителей[24, 47, 56], исследования должны базироваться на комплексном изучении объекта и характерных для него процессов, т.е. на системном подходе. В основе системного подхода должны лежать следующие постулаты: 1) система должна рассматриваться как единое целое, а не как простая совокупность составляющих ее компонентов; 2) в основе оптимизации должны лежать четко сформулированные цели решения; 3) оптимизационная модель должна учитывать все определяющие свойства системы, необходимые для составления достаточно полной картины её поведения.
С точки зрения системного подхода, согласно приведенным выше положениям, необходимо большую систему (систему обеспечения электрической энергией потребителей), разложить на составляющие с целью проведения оптимального планирования и управления ее дальнейшим развитием.
Рассмотрим систему обеспечения электрической энергией потребителей (рис. 2.1) в ракурсе решения задач, поставленных в диссертационном исследовании. Указанная система состоит из следующих подсистем: подсистемы электроснабжения, представляющей совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией (линии электропередачи, трансформаторные подстанции, установленные мощности потребителей); места размещения исследуемого региона (характер погодных условий и ландшафт территории); мероприятия направленные на повышение надежности электроснабжения потребителей.
Рис. 2.1. Схема анализа факторов влияющих на обеспечение электрической энергией потребителей
Одной из главенствующих задач системы обеспечения электрической энергией потребителей является поставка потребителям товара (электроэнергии) в требуемом объеме и заданного качества, что осуществляется повышением надежности электроснабжения. Возможные мероприятия приведены на рис. 2.1. Анализу эффективности использования методов повышения структурной надежности посвящено большое количество научных трудов [31,32,72,86]. Рядом современных научных разработок в отечественной [3, 7, 67] и зарубежной науке [91-95] показано, что одним из наиболее эффективных методов повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей является секционирование сети с использованием автоматических выключателей, в частности реклоузеров, с одновременной организацией локализованной и селективной работы релейной защиты. Основываясь на методологии системного подхода, осуществлено описание объекта исследования и выявлены факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность секционирования (рис. 2.2). На суммарное годовое отключение влияет: схема сети, из-за существующего различия схемного исполнения сетей; линии электропередачи [23]; трансформаторные подстанции; погодные условия характерные для данной территории - существует ряд исследований [12,29,49], показывающих существования зависимости количества и времени повреждений от погодных условий характерных данной территории - температуры, осадков, влажности, интенсивности грозовой деятельности; характеристика ландшафта, оказывающая влияние на скорость восстановления электроснабжения [72] из-за различной степени сложности переездов при поиске места повреждения; степень изношенности основных фондов, определяющая изменение вероятности повреждения последних, а также наличие уже установленных средств повышения надежности.
На величину суммарного годового ущерба оказывают влияние характер и активная потребляемая мощность нагрузки, вследствие изменения величины недоотпущенной электрической энергии и степени критичности последствий из-за перерывов в электроснабжении. Эффективность секционирования обосновывается экономическими показателями: ценой установки, сроком окупаемости и величиной амортизационных отчислений.
Таким образом, с целью повышения надежности функционирования распределительных сетей сельских регионов, целесообразно использовать секционирование автоматическими коммутационными аппаратами, на эффективность установки которых влияет ряд параметров, приведенных на рис. 2.2. При составлении математической модели поиска оптимального места и схемы установки секционирующего коммутационного аппарата, требуется произвести оценку влияния возможного изменения исходных данных на результат оптимизации.
Рис. 2.2 Схема оценки эффективности секционирования распределительных сетей
2.2. Математическая модель размещения коммутационных аппаратов при магистральной нерезервируемой схеме распределительной сети
Известно, что оптимизация надежности, применительно к электрическим сетям сельских регионов заключается в выборе состава, объема, мест размещения и очередности ввода СПН [58]. Термин "средства" понимается в широком смысле как устройства или мероприятия (в том числе и организационные), применение которых в электрических сетях позволяет изменить характеристики надежности сети и электроснабжения потребителей. При этом оптимизация надежности сводится к трем задачам: обеспечение максимального уровня надежности при наличии ограниченного ресурса; обеспечение минимального расхода ресурса при заданном уровне надежности; обеспечение уровня надежности, соответствующего минимуму затрат, связанных с низким уровнем надежности (включая затраты ресурса и ущерб от нарушений электроснабжения). Во всех трех задачах оптимизации под надежностью понимается численное значение принятых показателей, характеризующих надежность. Ресурс задается в виде физического объема СПН либо капиталовложений (приведенных затрат) в СПН.
Сформируем математическую модель размещения СПН, в частности установки секционирующих КА с целью