Развитие методов оценивания состояния ЭЭС на основе интеграции данных SCADA и PMU Коркина Елена Сергеевна

Коркина Елена Сергеевна. Развитие методов оценивания состояния ЭЭС на основе интеграции данных SCADA и PMU : диссертация . кандидата технических наук : 05.14.02 / Коркина Елена Сергеевна; [Место защиты: Ин-т систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН].- Иркутск, 2009.- 147 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/640

Содержание к диссертации

ГЛАВА 1. Задача оценивания состояния ЭЭС и методы ее решения 19

1.1 Формулировка задачи оценивания состояния ЭЭС 19

1.2 Метод Контрольных Уравнений 25

1.3 Источники ошибок при традиционном ОС 26

1.4 Синхронизированные измерения комплексных электрических величин и их применение в электроэнергетических приложениях 28

1.5 Обзор современных подходов к задаче оценивания состояния ЭЭС, основанных на применении PMU- измерений 41

ГЛАВА 2. Методические подходы к решению задачи ОС с применением данных PMU 54

2.1 Методы решения задачи ОС с применением данных PMU 54

2.2 Способы задания данных PMU в задачу ОС 56

2.3.Условия выбора оптимального способа задания данных PMU 62

ГЛАВА 3. Расстановка PMU на схеме энергосистемы при ОС ЭЭС 66

3.1 Расстановка PMU в ЭЭС (зарубежный опыт) 66

3.2 Основной подход к размещению устройств PMU в СМПР 78

3.3 Методы и критерии расстановки PMU для повышения качества решения задачи ОС ЭЭС 80

ГЛАВА 4. Развитие метода ОС по КУ на основе интеграции данных SCADA HPMU 107

4.1 .Формирование контрольных уравнений 107 t

4.2 Априорная достоверизация ТИ Ill

4.3. Решение задачи ОС методом КУ. Выбор базисных измерений 115

4.4 Расчет оценок методом Краута. Модификация алгоритма выбора базисных измерений при использовании данных PMU 116

4.5 Критерии эффективности применения PMU при ОС 119

ГЛАВА 5. Примеры экспериментальной проверки эффективности разработанных алгоритмов 121

5.1 Исследование вида распределения невязок нелинейных контрольных уравнений .122

5.2 Достоверизация измерений 127

5.3 Оценивание состояния 129

5.4. Расстановка PMU на реальной схеме ЭЭС 130

Введение к работе

Актуальность работы. Для эффективного управления электроэнергетической системой (ЭЭС) требуется полная и точная информация о параметрах режима, которая характеризует текущее состояние ЭЭС. В оперативно-информационный комплекс (ОИК) диспетчерского центра, далее именуемый системой сбора и управления данными SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), такая информация поступает с помощью средств телемеханики в виде телесигналов (ТС) о состоянии коммутационного оборудования и телеизмерений (ТИ) параметров режима.

Оценивание Состояния (ОС) - одна из основных задач подсистемы оперативного управления режимами ЭЭС. Она состоит в расчете установившегося режима (УР) ЭЭС по ТИ для текущей расчетной схемы сети, сформированной по ТС, и осуществляет фильтрацию ошибок в ТИ, диагностику измерительных трактов, позволяет производить оперативный прогноз режима ЭЭС.

Методы ОС ЭЭС начали разрабатываться с 70-х годов ХХв. Основы теории оценивания состояния были заложены в трудах А.З.Гамма, F.C.Schweppe, E.J.Handschin и др.

Большой вклад в развитие методов и решение задачи ОС внесли Б.И.Аюев, П.И.Бартоломей, Л.А.Богатырев, В.В.Володин, А.З.Гамм, Л.Н.Герасимов, И.И.Голуб, Ю.А.Гришин, И.Н.Колосок, А.М.Конторович, В.Г.Курбацкий, В.З.Манусов, К.Г.Митюшкин, А.А.Окин, В.Г.Орнов, А.В.Паздерин, С.И.Паламарчук, В.Л.Прихно, А.А.Тараканов, М.В.Хохлов, А.В.Челпанов, П.А.Черненко, Ю.Я.Чукреев, О.Н.Шепилов, Т.СЯковлева. Хорошо известны труды таких зарубежных авторов, как A.Abur, K.A.Clements, D.Dopazo, R.Larson, A.Monticelli, L.Mili и др.

Для решения задачи ОС в ИСЭМ СО РАН разработан метод контрольных уравнений (КУ). Увеличение размеров расчетной схемы и рост объемов измерений, используемых при решении задачи ОС, обуславливают актуальность и востребованность этой задачи в современных условиях.

В последние два десятилетия на систему диспетчерского управления ЕЭС России огромное влияние оказали социально-экономические преобразования в стране, реформирование и реструктуризация электроэнергетики, а также ряд серьезных аварий. Развитие систем спутниковой связи GPS (США) и ГЛО-НАСС (Россия) и других привело к созданию WAMS (Wide Area Measurement System) - широкомасштабной системы сбора информации нового поколения от измерительного оборудования PMU (Phasor Measurement Unit). PMU, установленное в узле, измеряет модуль и фазу узлового напряжения, модули токов в инцидентных линиях и углов между током и напряжением. Объединенные в систему сбора измерений - WAMS, датчики PMU дают реальную динамическую картину состояния энергосистемы: WAMS-технология состоит в организации с помощью PMU вычисления взаимных углов векторов напряжения в однозначно определенные моменты времени благодаря синхронизации с точностью до 1 мкс выполняемых ими измерений. Анализ такой информации поможет предотвращению аварийных ситуаций в ЭЭС. Российским аналогом WAMS является система мониторинга переходных режимов (СМПР) создание которой началось в 2005 г.

Задача ОС включена в основной состав задач СМПР. Поэтому необходимо наряду с традиционными SCADA-измерениями рассмотреть возможность включения новых векторных измерений электрических величин (данных

PMU, далее называемых PMU-измерениями) в состав измерений, используемых при ОС. Совместное использование ТИ SCADA и PMU-измерений ведет к необходимости развития известных и создания новых быстрых алгоритмов обработки информации. В современных условиях, при использовании PMU, требуется дальнейшее развити е методов ОС, а также методов расстановки PMU для улучшения свойств решения задачи ОС ЭЭС. Цель диссертационной работы: разработка методических подходов к использованию данных PMU при ОС ЭЭС и реализация этих подходов при ОС методом КУ.

Для этого поставлены следующие задачи, определяющие основные направления исследований:

Изучение современных подходов к решению задачи ОС с использованием векторных измерений электрических величин (PMU-измерений).

Исследование точности PMU-измерений для повышения качества результатов ОС.

Выбор оптимального способа задания PMU-измерений в задачу ОС.

Разработка критериев и методов расстановки PMU при ОС ЭЭС.

Развитие метода КУ при совместном использовании измерений от PMU и ТИ SCADA.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теория и методы оценивания состояния ЭЭС, методы теории вероятности и математической статистики, теории графов, методы решения систем нелинейных уравнений, численные и эвристические методы оптимизации. Рассматриваемые в диссертационной работе методы оценивания состояния ЭЭС базируются на разработанном в ИСЭМ СО РАН методе контрольных уравнений (КУ). Научная новизна работы. В результате проведенных исследований:

Проанализированы существующие в настоящее время подходы к решению задачи ОС с использованием PMU-измерений. На основе анализа точности этих измерений подтверждена эффективность применения их в задаче ОС.

Выбран оптимальный способ задания измерений PMU в задачу ОС и проанализирована точность псевдоизмерений, вычисленных на их основе.

Выбраны критерии и методы расстановки PMU при ОС, разработаны базирующиеся на теории графов алгоритмы расстановки PMU, применены эвристические методы (генетический алгоритм, метод имитационного отжига) для реализации этих алгоритмов.

Исследована возможность совместного использования измерений от PMU и ТИ SCADA при ОС методом КУ, для этого:

Предложены топологический и алгебраический методы формирования КУ при совместном использовании данных SCADA и PMU.

Подтверждена правомочность применения методики достоверизации исходной информации на основе КУ к нелинейным контрольным уравнениям электрических цепей, получаемым при использовании данных

Исследованы алгоритмы выбора базисных измерений при ОС. Показано, что результаты ОС более устойчивы к погрешностям в исходных данных при наличии измерений фаз напряжений в векторе измерений.

На основе метода Краута для расчета вектора состояния модифицирован алгоритм выбора базисного состава измерений с учетом данных PMU.

Выбраны критерии оценки качества ОС при использовании измерений PMU. Подтверждено результатами расчетов на тестовых схемах, что качество ОС может быть существенно повышено при включении данных PMU в вектор измерений. На защиту выносятся положения:

Методика использования данных PMU при ОС ЭЭС, включающая исследование точности PMU-измерений для повышения качества результатов ОС, подходы к использованию PMU-измерений в задаче ОС, выбор оптимального способа задания PMU-измерений в задачу ОС.

Развитие метода КУ для. ОС при совместном использовании данных SCADA и PMU: разработка новых алгоритмов формирования КУ, достове-ризации измерений, выбора базисных измерений и расчета оценок на основе КУ.

Критерии и методы расстановки PMU при ОС и алгоритмы решения задачи расстановки PMU.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Предложенные в работе методические подходы к применению данных PMU в алгоритмах оценивания состояния и к расстановке устройств PMU могут быть использованы при функционировании отечественной СМПР как для определения мест установки PMU на расчетной схеме, так и для повышения качества решения задачи ОС.

Результаты исследований использовались при выполнении проектов:

Интеграционный проект № 120 СО РАН «Обеспечение живучести электроэнергетических систем» (Интеграционный проект СО РАН на 2006-2008 гг.)

Гос.контракт №02.527.11.0004 «Разработка оборудования и систем управления крупных энергетических систем» шифр "2008-0-2.7-31-01-007". (2008-2011 гг.)

Проект в рамках 7-й рамочной программы научных исследований и технологических разработок Европейского Союза по направлению «Энергия»: FP7-ENERGY-2008-Russia - Intelligent Coordination of Operation and Emergency Control of EU and Russia Power Grids (ICOEUR) (№ 227122) (2009-2011 гг.).

Апробация работы. Основные научные результаты докладывались на международных и всероссийских конференциях и научно-практических семинарах:

Семинар «Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики» КГЭУ, Казань, 2001г.

The International Conference «PowerTech 1999», Budapest 1999, «PowerTech 2007», Lausanne, 2007, «PowerTech 2009» Bucharest 2009.

Международные конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе», Гурзуф, 2002,2009.

The International Workshop «Liberalization and modernization of power systems: operation and control problems», Irkutsk, ESI, 2000, 2006,2009.

6-й Всероссийский семинар «Информационные технологии в энергетике, экономике, экологии», Иркутск, 1-8 июля, 2002г.

Международный научно-практический семинар «Современные программные средства для расчётов нормальных и аварийных режимов, анализа надежности, оценивания состояния, проектирования и автоматизации опера-

тивно-диспетчерского управления электроэнергетических систем». - Иркутск: ИДУЭС. 2002,2003,2005,2006, 2007,2008гг.

Conference DRPT 2008 6-9 April, Nanjing, China.

Международная конференция «Monitoring of Power System Dynamics Per-- Развитие методов оценивания состояния ЭЭС на основе интеграции данных SCADA и PMU