Нечеткая математическая модель расчета недоотпуска электроэнергии в секционированных электрических сетях 10 кВ

В условиях рыночных отношений между поставщиками и потребителями электрической энергии одним из последствий аварийного отключения электроэнергии становится возмещение ущерба потребителям. Украинское законодательство предусматривает материальную ответственность поставщиков перед потребителями, в том числе и ответственность электроснабжающих организаций. Таким образом, снижение недоотпуска электроэнергии является одной из важнейших задач, которые необходимо решить при разработке и эксплуатации распределительных электрических сетей 10кВ.

Анализ последних исследований и публикаций. Методы снижения недоотпуска электроэнергии в электрических сетях 10 кВ можно условно разделить на два вида:

• методы, которые позволяют снизить недоотпуск электроэнергии за счёт секционирования распределительной сети;
• методы, которые позволяют снизить недоотпуск электроэнергии за счёт уменьшения времени, затраченного на поиск места повреждения в сети, а следовательно и времени, затраченного на устранение повреждения на участке.

На современном этапе развития автоматизации с целью повышения структурной надёжности электроснабжения существует ряд подходов для размещения коммутационных аппаратов в сети. Но все эти методики имеют ряд недостатков: в методике [1] - отсутствие обоснования места и схемы размещения КА, отсутствие рекомендаций по использованию методики при недетерминированном типе исходных данных; в методике [2] - использование расчетной модели линии с равномерно распределенной нагрузкой, отсутствие экономического обоснования места и схемы размещения коммутационных аппаратов (КА), использование только детерминированного типа исходных данных; в [3] - отсутствие учета присутствия дополнительных средств повышения надежности, невозможность использования данной методики для схем распределительной сети с АВР.

В [4 -6] также описаны методики применения и установки современных средств определения мест повреждения, которые существенно улучшают технико-экономические показатели электроснабжения, повышают надежность работы энергосистем, сокращают аварийный недоотпуск электроэнергии потребителям и значительно сокращают трудозатраты на отыскание повреждений.

Однако, при установке таких средств следует учесть, что их установка может оказаться экономически не выгодной, например, при малой активной потребляемой мощности электроустановок потребителей и длине ответвлений. Также проанализированные методики не позволяют провести сравнительный анализ экономической эффективности применения средств для определения мест повреждения в распределительных сетях 10 кВ с коммутационными аппаратами нового поколения, которые, помимо автоматического секционирования сети, могут также выполнять функции указателей повреждённых участков, что делает их более эффективными при большой активной потребляемой мощности электроустановок потребителей.

Цель исследований. Разработать математическую модель расчёта недоотпуска электроэнергии в условиях неопределенности исходной информации для поиска оптимальной схемы размещения средств повышения надёжности в электрических сетях сельских регионов напряжением 10 кВ.

Основные материалы исследований. Математическая модель размещения средств повышения надёжности (СПН) в распределительных сетях сельских регионов построена с учётом того, что процесс функционирования распределительной сети подчиняется закономерности [7], которая определяет простейший поток, то есть поток событий, что удовлетворяет свойствам стационарности, отсутствию последствий и ординарности. При построении математической модели рассматривались такие СПН,  как разъединители, автоматический ввод резерва (АВР), реклоузеры и указатели повреждённого участка (УПУ). Таким образом, формула для расчёта недоотпуска в матричном виде имеет вид:

где K, J, P – это матрицы, размером NхN (N – количество ответвлений) и содержание которых определяется лицом принимающим решение (ЛПР);

R, M, L, I, H – рабочие матрицы, размер которых определяется числом N, элементы матрицы T определяются пользователем и зависят от мест размещения КА;

W - параметр потока отказов, 1/год*км;

t_cp - время срабатывания КА, час;

t - среднее время устранения одного устойчивого повреждения, час.

Так как время срабатывания  напрямую зависит от времени поиска места повреждения, на которое в свою очередь влияет наличие или отсутствие тех или иных СПН в местах их возможной установки, то для его расчёта также разработана математическая модель в матричном виде:

где S, X, Y – рабочие матрицы, размер которых также определяется числом N,

Коэффициенты, обозначающие присутствие или отсутствие того или иного СПН в схеме распределительной сети, принимают значения 1 или 0 соответственно. Так же ряд исходных данных, таких как параметр потока отказов (W), скорость движения ремонтной бригады (V_бр), среднее время устранения 1-го устойчивого повреждения (t) и стоимости самих СПН, представлены в нечётком виде. Соответственно, представленные выше зависимости также являются нечёткими.

Вывод. Таким образом, предложенная нечёткая математическая модель расчёта недоотпуска электроэнергии позволяет учитывать установку сразу нескольких видов СПН и может использоваться в качестве одной из целевых функций при решении задачи построения оптимальной схемы размещения средств повышения надёжности в секционированных электрических сетях сельских регионов напряжением 10 кВ в условиях неопределённости исходной информации.

Список использованной литературы

1. Будзко И. А. Электроснабжение сельского хозяйства / И. А. Будзко, Н. М. Зуль - М.: Агропромиздат, 1990. - 496 с.
2. Будзко И. А. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов / И. А. Будзко, М. С. Левин.- М: Агропромиздат, 1985. - 320с.
3. Керного В. В. Автоматизация некоторых расчетов электрических сетей / В. В. Керного. – Минск: «Наука и техника», 1968. - 140 с.
4. Аржанникова А. Е. Определение расстояния до места короткого замыкания в сетях 6-10 кВ [Текст] // Энергетик. - 1997. – № 12. – С. 22. – Бібліогр.: с. 1. – ISSN 0013-7278.
5. Борухман В. А. Установка указателей повреждённого участка линии 6-10 кВ типа УПУ-1 // Электрические станции.1979. № 10. – С.84.
6. Dong Xinzhou, Optimizing solution of fault location / Dong Xinzhou, Chen Zheng, He Xuanzhou, Wang Kehong, Luo Chengmu // Power Engineering Society Summer Meeting, 2002 IEEE. – V. 3. – P. 1113 – 1117.
7. Арион В. Д. Оптимизация систем электроснабжения в условиях неопределенности / В. Д. Арион, B. C. Каратун, П. А. Пасинковский. - Кишинев: «Штиинца», 1991. - 164с.