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.

  1. 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.

  1. 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].
  2. Прогнозирование потребления электроэнергии. Проводится с целью разработки алгоритмов прогнозирования, основанных на данных о предыдущих потребностях и внешних факторах, для оптимизации распределения нагрузки на подстанциях.
  3. Динамическое управление нагрузкой. Данный метод позволит регулировать нагрузку на подстанции в зависимости от текущих условий с целью избегания перегрузок и оптимизации использования энергоресурсов.
  4. 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

  1. Красник В. Эксплуатация электрических подстанций и распределительных устройств: производственно-практическое пособие. – Litres, 2012.
  2. 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.
  3. Саттаров В. А. Применение ВИЭ и умных сетей для обеспечения энергетической безопасности //вестник магистратуры. – 2020. – №. 12-2. – С. 10.
  4. 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.
  5. Pardalos, P., Resende, M.: Handbook of Applied Optimization. Oxford University Press, Oxford (2002).

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Автор: Михайлов Евгений Валерьевич