Алгоритм определения режимных параметров электрической сети в задаче оптимальной реконфигурации в реальном времени

Abstract

Актуальность. Обусловлена необходимостью разработки технических решений по сокращению потерь электрической энергии в распределительных электрических сетях среднего класса напряжения нефтяных и газовых месторождений. Цель. Разработка алгоритма определения параметров режима работы электрической сети, применимого в системе оптимального управления конфигурацией сети, с целью снижения уровня потерь электроэнергии в сети. Методы: математического моделирования и комбинаторной оптимизации. Для расчета режима работы сети применяются метод узловых напряжений и метод Ньютона-Рафсона. Коррекция режима производится с использованием матрицы чувствительности. Результаты и выводы. Разработан алгоритм определения параметров режима работы электрической сети при определении ее оптимальной конфигурации. Оптимизация оптимальной конфигурации производится по критерию минимума потерь активной мощности в линиях с учетом ограничений по резерву мощности питающих трансформаторных подстанций и по количеству нормальных разрывов на одной линии. Разработанный алгоритм основан на решении нелинейных систем уравнений узловых напряжений методом Ньютона-Рафсона, а также на коррекции параметров ранее рассчитанного режима работы путем применения матрицы чувствительности. Оптимальная конфигурация сети определяется путем решения задачи комбинаторной оптимизации методом ветвей и границ. Работа алгоритма проиллюстрирована на примере участка сети, содержащей две воздушных линии электропередачи с двумя источниками питания и три питающих трансформаторных подстанции. По результатам анализа всех возможных конфигураций сети, определяемых комбинациями нормальных разрывов, сделан вывод о том, что применение алгоритма позволит снизить уровень потерь активной мощности на величину до 23,8 %, что повысит эффективность функционирования электросетевого комплекса

Relevance. The need to develop technical solutions to reduce electrical energy losses in medium-voltage distribution electrical networks of oil and gas fields. Aim. Development of an algorithm for determining the parameters of the operating mode of an electrical network, applicable in a system of optimal control of the network configuration in order to reduce the level of electricity losses in the network. Methods. Mathematical modeling methods and combinatorial optimization methods. The nodal voltage method and the Newton-Raphson method are used to calculate the network operating mode. The mode is corrected using a sensitivity matrix. Results and conclusions. The authors have developed an algorithm for determining the parameters of the electric network operating mode when defining its optimal configuration. Optimization of the optimal configuration is performed based on the criterion of minimum active power losses in lines, taking into account the limitations on the power reserve of the feeding transformer substations and the number of normal breaks on one line. The developed algorithm is based on solving nonlinear systems of equations of nodal voltages using the Newton-Raphson method, as well as on correcting the parameters of the previously calculated operating mode using the sensitivity matrix. The optimal network configuration is determined by solving the combinatorial optimization problem using the branch and bound method. The operation of the algorithm is illustrated by the example of a network section containing two overhead power lines with two power sources and three feeding transformer substations. Based on the results of the analysis of all possible network configurations determined by combinations of normal breaks, it is concluded that the use of the algorithm will reduce the level of active power losses by up to 23.8%, which will increase the efficiency of the electric grid complex