Методы оптимизации распределения нагрузки в электрических подстанциях
"Научный аспект №6-2024" - Электротехника
УДК 621.311
Михайлов Евгений Валерьевич – студент Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения.
Аннотация: Играющую роль в обеспечении бесперебойного и надежного электрообеспечения для населения и производства, электрические подстанции являются ключевыми элементами инфраструктуры. Однако с увеличением потребления энергии и расширением электрических сетей возникает необходимость эффективного управления нагрузкой на электрических подстанциях. В связи с этим, поиск новых и эффективных методов оптимизации распределения нагрузки приобретает важное значение в сфере электроэнергетики. для повышения энергоэффективности, улучшения качества электроснабжения и снижения нагрузки на существующие инфраструктурные системы. В данной статье рассмотрены общие методы оптимизации распределения нагрузки на электрических подстанциях, направленные на снижение энергопотребления, оптимизацию работы оборудования и балансировку нагрузки.
Ключевые слова: подстанция, нагрузка, электроэнергия, энергетика, методы оптимизации.
Электрическая подстанция, будь то генерирующая станция или передающая распределительная, остается одной из самых сложных и захватывающих областей электроэнергетики.
Электрическая подстанция (ЭП) – это электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств [1].
Ключевую роль в обеспечении непрерывного и надежного электроснабжения населения и промышленности играют электрические подстанции. Однако с постоянным увеличением энергопотребления и развитием сетей передачи электроэнергии, возникает необходимость эффективного распределения нагрузки в электрических подстанциях. Основной целью распределения и планирования нагрузки является определение плана минимальных затрат на расширение систем генерации, передачи электроэнергии для обеспечения прогнозируемой нагрузки с учетом ограничений, связанных с техническими, экономическими и политическими аспектами [2]. В этой связи, поиск современных и эффективных методов оптимизации распределения нагрузки имеют важное значение для повышения энергоэффективности, улучшения качества электроснабжения и снижения нагрузки на существующие инфраструктуры.
Рассмотрим современные и возможные методы оптимизации распределения нагрузки в электрических подстанциях на сегодняшний день.
- Управление нагрузкой с использованием технологий умных сетей.
Умные сети представляются в качестве современных систем управления, позволяющие проводить мониторинг и контроль нагрузки на подстанциях в реальном времени. В работе [3] отмечено, что концепция умных сетей в первоначальном виде представляет собой энергосеть, которая объединяется и сочетается с передовыми методами контроля, технологиями мониторинга и двусторонней связью в сети. Так, технологии таких сетей способны значительно улучшить способности системного оператора по управлению и мониторингу электроэнергетических потоков в сети за счет использования гибких систем передачи переменного тока. В первую очередь, применение передового датчика, известного как векторный измерительный блок, позволяющего отслеживать реакцию поставщиков услуг в режиме реального времени, ведет к повышению эффективности всей системы электроснабжения [4]. Во-вторых, автоматизация интеллектуальной сети становится более гибкой, обеспечивая более тщательный контроль за подстанцией в децентрализованной сети.
Автоматизация распределительной системы искусственной нейронной сети способствует улучшению надежной коммуникации в распределительной сети и предотвращает прерывания энергоснабжения конечных пользователей в случае чрезвычайных ситуаций, таких как экологические катастрофы, которые могут разрушить опоры линий электропередачи или повредить инфраструктуру подстанции. Таким образом, нагрузка конечных пользователей может быть более эффективно контролируется с помощью внедрения автоматизации в систему распределения энергии.
- Оптимальное планирование ресурсов – применение оптимизационных методов и математических моделей с целью определения оптимального распределения нагрузки с учетом различных критериев. Оптимизационные модели способствуют планированию расширения новых систем распределения электроэнергии (PDS) c целью оптимизации нагрузки на существующих подстанциях. Данный метод включает в себя: усиление существующей сети, строительство новых фидеров или подстанций, а также определение мощности, местоположения и установку нового оборудования. Стоит учитывать и некоторые ограничения данного метода оптимизации: пропускная способность линий распределения, показатели непрерывности для обеспечения надежности распределения, а также стандарты безопасности и надежности, установленные регулирующими органами [5].
- Прогнозирование потребления электроэнергии. Проводится с целью разработки алгоритмов прогнозирования, основанных на данных о предыдущих потребностях и внешних факторах, для оптимизации распределения нагрузки на подстанциях.
- Динамическое управление нагрузкой. Данный метод позволит регулировать нагрузку на подстанции в зависимости от текущих условий с целью избегания перегрузок и оптимизации использования энергоресурсов.
- Внедрение эффективных технологий. Для оптимизации распределения нагрузки на электрических подстанциях очень важно внедрение эффективных технологий. Одним из ключевых подходов является использование энергоэффективного оборудования, которое поможет снизить потребление электроэнергии и повысить эффективность системы. Также следует внедрить системы хранения энергии, которые помогут балансировать нагрузку и обеспечивать стабильное энергоснабжение в случае возникновения пиковых нагрузок.
Кроме того, важно использовать возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, чтобы диверсифицировать источники электропитания и снизить зависимость от традиционных источников. Внедрение этих технологий поможет улучшить эффективность работы электрических подстанций, сделать распределение нагрузки более гибким и надежным, а также сократить потребление ресурсов и воздействие на окружающую среду.
Таким образом, приведенные методы оптимизации распределения нагрузки на электрических подстанциях позволяют совершенствовать управление данным процессом, повышая эффективность, надежность и экономичность электрических подстанций.
Cписок литературы
- Красник В. Эксплуатация электрических подстанций и распределительных устройств: производственно-практическое пособие. – Litres, 2012.
- Resener, M., Haffner, S., Pereira, L. A., & Pardalos, P. M. (2018). Optimization techniques applied to planning of electric power distribution systems: a bibliographic survey. Energy Systems, 9(3), 473–509. doi:10.1007/s12667-018-0276-x.
- Саттаров В. А. Применение ВИЭ и умных сетей для обеспечения энергетической безопасности //вестник магистратуры. – 2020. – №. 12-2. – С. 10.
- Paulo Regis C., De Araujo,Raimir, Holanda Filho, Joel J. P. C. Rodrigues, Joao P. C. M. Oliveira, Stephanie A. Braga. Infrastructure for Integration of Legacy Electrical Equipment into a Smart-Grid Using Wireless Sensor Networks // MDPI. 2018. Vol. 18. P 1312.
- Pardalos, P., Resende, M.: Handbook of Applied Optimization. Oxford University Press, Oxford (2002).