Диссертация (Разработка математической модели, численных методов и алгоритмов для структурно-параметрического синтеза электросети мегаполиса с учетом его перспективного развития), страница 6

На подстанциях этонапряжение преобразуется в трехфазное и передается уже по четырехпроводнойлинии конечным потребителям.Далее рассмотрим Великобританию как яркого представителя европейскойсистемы распределения электроэнергии. Лондон имеет население более 8 млн.чел., что позволяет непосредственно сравнивать его с Нью-Йорком и Москвойпо масштабу электросетей и уровню проблем с электроснабжением [100].Великобритания – одна из немногих европейских стран, в которых существуетобщегосударственный стандарт проектирования распределительных линий(Engineering Recommendation P2/6) [1].

В нем изложены минимальныетребования к надежности при проектировании электросетей, которые отражаютнеобходимуюстепеньрезервированияидопустимуювеличинупродолжительности перерывов в питании.Оптимизация проектирования вновь подключаемых распределительныхлиний производится в Европе с точки зрения минимизации потерь. Оптимальноерешение достигается поиском оптимального положения открытых точек вобщем открытом кольце линий электропередач. Основным критерием этогопоиска в Великобритании является удобство эксплуатации линий и скоростьустранения неисправностей. Вторым критерием является распределение токовкороткогозамыкания[1].Следуетотметить,чтоприреконструкциисуществующих и строительстве новых электросетей в Великобритании широко37используется самое передовое оборудование и технические решения, нореализация проектов происходит на основе ставших традиционными еще с 1960х годов типовых схем электросети.

Одна из основных особенностей таких схем– использование тройниковых кабельных муфт. Это позволяет значительносократить расход кабеля, минимизировать сроки подключения потребителя кэлектросети, а так же уменьшить технологические потери [103].Третья страна, на которую следует обратить внимание – Швейцария. Здесьнет столь перенаселенных мегаполисов, однако обеспечению городскихобъектовбесперебойнойподачейэлектроэнергииуделяетсямаксимумвнимания. В результате Швейцария имеет одни из самых низких показателей вмире по частоте отказов работы электросети и времени обесточивания объектовэлектроснабжения [16, 11]. В качестве среды разработки швейцарскиеэнергетики, помимо стандартных CAD-инструментов, активно используютпрограммныеразработкинемецкихинорвежскихспециалистов–CADprofiElectrical [4] и DDS-CAD Electrical [6].Испания. В отличие от Швейцарии, уровень надежности электросетейИспании не слишком высок [11, 16].

Исследования испанских ученых припроектировании электросетей направлены, прежде всего, на повышениенадежности. Этому вопросу посвящена, в частности, работа [7]. Здесьрассматривается расчет модели электросети на основе эволюционного алгоритмаоптимизации. Предложенная методика применима для практических расчетов,как при оптимизации существующих электросетей, так и при планировании ихразвития.Наконец, пятая страна, рассматриваемая в рамках данного обзора – Китай.Значительные размеры и перегруженность мегаполисов (Пекин – около 20 млн.чел., Шанхай – более 24 млн.) в Китае не вызывает сомнения.

Стандарткитайской электросети по классу напряжения аналогичен российскому – 10/0,4кВ. Архитектура электросети также соответствует российской. Для решениясвоих проблем китайские разработчики внедряют собственные программноаппаратные комплексы. Одна из разработок описана в работе [18]. Это – система38принятия решений с восемью подсистемами, предназначенная для планированияи оптимизации электросетей. Статья [8] посвящена такому способу повышениянадежностифункционированияэлектросети,каквнедрениеаварийныхраспределительных сетей на основе изучения некоторых оценочных показателейсуществующих электросетей.От стран Запада электросети России отличает, прежде всего, высокаястепень износа силовой аппаратуры на всех этапах распределения. Однакосегодня этот вопрос начинает разрешаться в положительную сторону, особеннов столице.Если говорить о проектировании электросетей, то традиционно на первоеместовРФвыдвигаютсяинвестиционныхпроектовпоказателиэкономической(финансовые,эффективностибюджетные,социально-экономические).

При выборе варианта развития электросети основнымпараметромоценкиявляетсяусловиеминимумаприведенных(дисконтированных) затрат при обеспечении требуемого энергетическогоэффекта. Понятно, что такой подход характерен и для традиционной западнойэкономики, однако в современных условиях он не является там превалирующим–разработчикипереориентируютсянапоказателинадежностиибесперебойности работы электросети. В России до сих пор показателинадежности учитываются далеко не в первую очередь [104].Несмотря на это, в последнее время наблюдается повышенный интерессреди отечественных разработчиков к проектированию электросетей с точкизрения общеевропейских критериев.

Так, в отчете ОАО «Московскаяобъединенная электросетевая компания» (ОАО «МОЭСК») за 2014 год [44]задачаповышениянадежностиэлектроснабженияназванапервойстратегической целью развития в среднесрочной перспективе.Для повышения надежности электроснабжения ОАО «МОЭСК» реализуетследующий комплекс мероприятий:• реализация масштабной ремонтной и инвестиционной программы;• внедрение комплекса автоматизированного управления электросетью;39• внедрение методов бережливого производства (lean production) [44].Всеэтоэлектросетей,требуетпримененияразработанныхотечественногоопыта.напередовыхосновеРоссийскиеметодовнакопленногоразработчикиСАПРпроектированиязарубежногоипредоставляютпроектировщикам-энергетикам большой выбор специализированных ПК, две изкоторых рассмотрены ниже.ПК EnergyCSLine [52, 84] предназначен для проектирования воздушныхлиний электропередач и решения ряда не только инженерных, но иобщепроектных исследовательских задач. При решении этих задач САПРEnergyCS, разработанная компанией CSoft Development и внедренная в системупроектированияэлектроэнергетическихобъектов,показаласледующиепреимущества:• ПК включает модуль расчета токов короткого замыкания и модульрасчетаустановившегосярежима,причемобавидарасчетоввыполняются на единой модели;• гибкость ПК позволяет довольно быстро просчитать разные вариантысхем;• возможность документирования исходных данных и результатоврасчетов.Другой продукт – Model Studio CS ЛЭП [40], решает сходные задачипроектирования.

При создании этого продукта использовались современныеинтерактивные технологии, результаты эргономических исследований иматематические решения на основе алгоритмов Н. Б. Ильичева (Ивановскийэнергетический университет). ПК полностью соответствует требованиям ПУЭ[77]. Основная отличительная особенность системы – её интерактивность: всяработа осуществляется в режиме реального времени. ПК представляет собойприложение, работающее на платформе AutoCAD 2006/2007/2008. Системаразработана с учетом российских норм и стандартов. Процесс проектирования вПК Model Studio CS ЛЭП можно разбить на следующие основные этапы: ввод40исходных данных, проектирование, проверка допустимых габаритов ирасстояний, формирования проектной документации.Одним из преимуществ использования в проектировании отечественныхпродуктов является возможность непосредственного контакта и консультаций сразработчиками, в результате чего возможно дальнейшее развитие САПР иобогащение его новыми функциями.

Вместе с тем, при разработке САПРучитывается американский и европейский опыт, используются перспективныематематические модели и алгоритмы.В имеющихся в настоящее время обширных наработках в области ПРЭнезначительное значение уделяется анализу перспективы развития города.Кроме того, в рассмотренной литературе отсутствует должная проработкаметодов комплексной оптимизации применительно к решению задачи ПРЭ.Таким образом, учитывая огромное число исследований и наработок вобласти расчетов параметров электросети и средств увеличения надежности икачества обеспечения потребителей электроэнергией, основным направлениемданной работы примем исследование средств и способов оптимизацииструктуры электросети с учетом перспективы развития города.

Данному вопросупосвящено значительное число работ, выполненных в разные года во многихстран (в том числе России), однако процесс автоматизации данного процесса донастоящего момента не реализован в виде программного продукта.Предварительный анализ расчета нагрузок и развития города позволитоптимизировать структуру электросети, снизить потери, и, главное, обеспечитьнадежноеикачественноеэлектроснабжениевсехпотребителейприминимизации затрат электросетевой компании.Используемыйвподавляющембольшинствеработкритерийоптимальности в виде минимума дисконтных затрат не удовлетворяетсовременным требованиям к развитию электросетей. Учет факторов надежностиэлектроснабжения необходим.Необходимость учитывать больше число подключаемых к электросетиобъектов, что делает невозможным применение имеющихся в настоящее время41способов и средств проектирования.

Методы подключения дополнительнойнагрузки ряда стран (использование тройниковых кабельных муфт в Англии,позволяющее производить подключение нагрузки непосредственно к КЛ безподстанции) не применяются в настоящее время в Российской Федерации и темсамым не применимы для расчета электросетей российских мегаполисов.1.4. Выводы по главе 11) Выполнен анализ основных особенностей современных электросетей.Определено, что сложная неоднородная структура электросетей и бурный ростих развития требуют проведения научных исследований, позволяющихоптимизировать структуру электросети в процессе ее проектирования.2) На содержательном уровне рассмотрена задача перспективного развитияэлектросети. Обоснована необходимость учета фактора перспективногоразвития города при ее проектировании.3) На основе обзора литературы определено, что в настоящее времяотсутствует проведенная должным образом проработка методов комплекснойоптимизации применительно к решению задачи перспективного развитияэлектросетей.4) Выполнен анализ опыта проектирования электросетей в России и зарубежом, который показал, что в каждой стране присуще свои особенностипроектированияэлектросетей.Основойакцентприпроектированииэлектросетей в России сделан на надежность и экономичность.5) Рассмотрены имеющиеся в настоящее время программные комплексыпроектированияэлектросетей(EnergyCSLine,ModelStudioCSЛЭП).Установлено, что ни один из рассмотренных программных комплексов нерешает всего комплекса вопросов, возникающих при решении задачиперспективного развития электросети.