Применение итерационного метода расчета для определения оптимальной конфигурации объектов возобновляемой генерации

23 Apr 2021, 11:50
15m
1224 (Lomonosov st. 9)

1224

Lomonosov st. 9

ITMO University
oral Energy Saving and Energy Efficiency Energy Saving and Energy Efficiency

Speaker

Yana Malkova

Description

В настоящее время в мировой электроэнергетике наблюдается тенденция широкого внедрения объектов возобновляемой генерации. Так, в 2020 году суммарная установленная мощность объектов на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) (с учетом гидроэлектростанций) составила около 2500 ГВт [1].

При внедрении в электроэнергетическую систему (ЭЭС) объекты ВИЭ оказывают влияние на режимные параметры ЭЭС, в частности, потери и перетоки активной и реактивной мощности, относительный уровень напряжения шин ЭЭС, величину и направление токов короткого замыкания и др. Таким образом, необходимо исследовать характер данного влияния и в соответствии с ним определять на этапе проектирования нового ввода оптимальные конфигурационные параметры (место установки в ЭЭС - номер шины и размер - мощность объекта).

Для дальнейшего описания одного из способов оценки влияния объектов ВИЭ на режим ЭЭС необходимо ввести понятие целевой функции. Целевой функцией называется функциональная зависимость контролируемых параметров ЭЭС с учетом их важности, выраженных в виде весовых коэффициентов, от изменения перетоков мощности ввиду внедрения объектов дополнительной генерации. В качестве параметров целевой функции, в контексте обозначенной задачи, принимают потери активной и реактивной мощности, относительный уровень напряжения шин ЭЭС, капиталовложения и эксплуатационную стоимость, период окупаемости и др. В первом приближении примем в качестве целевой функции потери активной мощности с весовым коэффициентом, равным единице.

Расчет перетоков и потерь активной мощности будем производить в соответствии с итерационным методом [2]. Суть данного метода заключается в выполнении n-ого числа итераций пересчета перетоков и потерь мощности, падения напряжения на шинах ЭЭС до получения ошибки расчета меньше наперед заданного сколь угодно малого значения. Каждая итерация, в свою очередь, выполняется в два этапа:

Расчет перетоков и потерь мощности с учетом следующего допущения - значение напряжения на всех шинах ЭЭС принимается равным номинальному значению (для исследуемой 15-узловой IEEE схемы, параметры которой приведены в [3], номинальное напряжение составляет 11 кВ);
Пересчет значений напряжения на всех шинах ЭЭС в соответствии с перетоками мощности, найденными на первом этапе.

На этом первая итерация заканчивается. Переходим к первому этапу второй итерации. При расчете вместо номинального значения 11 кВ используем значения напряжения, найденные на втором шаге первой итерации. Расчет ведем до тех пор, пока разность напряжений (ошибка расчета) k+1-ой и k-ой итерации не будет меньше наперед заданного значения этой ошибки.

В рамках данной работы определим величину ошибки, получаемую при проведении только первой итерации расчета перетоков и потерь мощности в ЭЭС для определения оптимальных параметров конфигурации (место установки и мощность) объектов ВИЭ, при проектировании ввода последних в ЭЭС, на примере 15-узловой IEEE схемы.
Выполним реализацию представленного метода в программном комплексе MathCAD для исходной схемы (без установки дополнительной генерации).

Таким образом, ошибка определения потерь активной мощности составила 0,02%, что свидетельствует о возможности проведения расчета только в одну итерацию для оптимизации времени расчета без потери заданной точности расчета.

На основании проведенного анализа можем заключить, что в настоящее время возобновляемой энергетике свойственна тенденция широкого распространения в ЭЭС мира. При внедрении в сеть данные объекты оказывают влияние на режимные параметры, в соответствии с чем на этапе проектирования необходимо решать задачу определения оптимальной конфигурации объектов ВИЭ, в том числе посредством программного расчета перетоков и потерь мощности. В частности, как один из возможных вариантов решения поставленной задачи применяется итерационный метод, предполагающий проведение n-ого числа итераций. Посредством осуществленного математического моделирования на примере 15-узловой IEEE схемы получены результаты, свидетельствующие о справедливости применения при решении обозначенной оптимизационной задачи только первой итерации без потери точности наперед заданного значения ошибки (точности решения).

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, грант МК-5320.2021.4

Список литературы

  1. Renewable capacity statistics 2020. IRENA 2020 [Электронный ресурс]. URL: https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Renewable-Capacity-Statistics-2020 (дата обращения: 20.02.2021).
  2. F. Jabari, S. Asadi, and S. Seyed-barhagh. A Novel Forward-Backward Sweep Based Optimal DG Placement Approach in Radial Distribution Systems // Optimization of Power System Problems. Methods, Algorithms and MATLAB Codes. - 2020. - Vol. 262. - Pp. 49-61.
  3. M. Jayamohan, E.K. Bindumol, and C.A. Babu. Voltage stability enhancement of radial distribution system by optimal placement of DG and D-STATCOM // International Conference on Recent Trends in Engineering, Science & Technology (ICRTEST) - 2016. - 2018. - Pp. 1-6.
Affiliation of speaker Tomsk Polytechnic University
Publication Журнал «Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов»
Position of speaker Student

Primary authors

Yana Malkova Mr Ruslan Ufa (Tomsk Polytechnic University) Mr Nikolay Ruban (Tomsk Polytechnic University)

Presentation Materials