УМОВИ ВІДТВОРЕННЯ СПОЖИВАННЯ ПОТУЖНОСТІ В ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖАХ

Анотація

У статті визначено умови, за яких можливе безперервне струмове керування споживанням електричної енергії у великих, розгалужених високовольтних електричних мережах з урахуванням обмеженості вимірювальної інфраструктури. Показано, що для реалізації повного апаратного струмового безперервного керування необхідно забезпечити наявність датчиків активної та реактивної потужності у кожному вузлі електричної мережі (на кожній підстанції) та організувати їх надійний інформаційний зв’язок із диспетчерськими центрами керування. Для енергосистем із значними відстанями між вузлами мережі та центрами управління така вимога супроводжується надмірними капітальними витратами на встановлення вимірювальних засобів, канали передавання даних і системи синхронізації, що ускладнює практичну реалізацію суцільного вимірювального покриття. Обґрунтовано доцільність часткового розміщення датчиків потужності та напруги лише у вибраних вузлах мережі з подальшим визначенням параметрів в інших вузлах розрахунковим шляхом на основі законів Кірхгофа та методу вузлових потенціалів. За такого підходу система рівнянь стає неканонічною, оскільки відомими величинами виступають як окремі вузлові струми, так і частина вузлових потенціалів. Встановлено, що подібна система не завжди має єдине розв’язання, а її розв’язуваність і однозначність визначаються структурою мережі, топологією з’єднань, параметрами гілок та просторовим розміщенням вимірювальних засобів.

Показано, що коректність відновлення режимних параметрів мережі залежить від виконання умов спостережуваності та структурної визначеності, які забезпечують лінійну незалежність рівнянь і повний ранг відповідної матриці провідностей з урахуванням вимірюваних вузлів. Сформульовано вимоги до мінімально достатнього набору вузлів із датчиками, що гарантує однозначне визначення вузлових потенціалів і потокорозподілу потужностей у мережі без необхідності попереднього чисельного моделювання. Запропоновано підхід до вибору точок вимірювання на основі аналізу графової моделі електричної мережі, який дозволяє забезпечити спостережуваність системи за мінімальної кількості датчиків.

Отримані результати можуть бути використані під час проєктування систем моніторингу та керування режимами електричних мереж, оптимізації розміщення вимірювальних пристроїв, а також у задачах побудови цифрових двійників енергосистем. Запропоновані умови правильного розміщення датчиків дають змогу зменшити капітальні витрати на вимірювальну інфраструктуру, підвищити достовірність розрахунку режимних параметрів та забезпечити можливість безперервного струмового керування споживанням електричної енергії в реальному масштабі часу.