RU2793231C1 - Method for intelligent control of voltage and reactive power of a power system - Google Patents

Method for intelligent control of voltage and reactive power of a power system Download PDF

Info

Publication number
RU2793231C1
RU2793231C1 RU2022108776A RU2022108776A RU2793231C1 RU 2793231 C1 RU2793231 C1 RU 2793231C1 RU 2022108776 A RU2022108776 A RU 2022108776A RU 2022108776 A RU2022108776 A RU 2022108776A RU 2793231 C1 RU2793231 C1 RU 2793231C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
power system
power
data
voltage
Prior art date
Application number
RU2022108776A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Валериевич Замула
Александр Владимирович Домышев
Алексей Борисович Осак
Original Assignee
Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Магаданэнерго"
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Магаданэнерго" filed Critical Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Магаданэнерго"
Application granted granted Critical
Publication of RU2793231C1 publication Critical patent/RU2793231C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: method includes installation of a centralized coordinating system (CCS), which contains a coordinating control system connected by communication channels with a database and an optimal control subsystem for voltage and reactive power of a power system (OCS), and at least one decentralized voltage and reactive power control system node (DVRPCS), connected to the CCS by communication channels for data transmission. The coordinating control system receives information about the state of the power system, forms a slice of data on it and transfers it to the OCS, receives a list of control actions and settings of local regulators of operating automation from the OCS and transfers them to the power system in accordance with the required time of their application. The OCS evaluates and processes the data slice, selects the composition of the control actions and settings, generates an output tag for each control action corresponding to the number of the power system node to which the control action is directed. Each decentralized DVRPCS calculates the control actions and settings of local regulators of regime automation in stand-alone operation in the event of the disappearance of all communication channels with the CCS.
EFFECT: minimization of losses in the power system, increased optimization of operating modes of the power system equipment with simultaneous increase in the overall fault tolerance of the power system.
5 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области распределения электрической энергии и предназначено для использования при осуществлении интеллектуального управления режимами работы электроэнергетических систем.The invention relates to the field of electrical energy distribution and is intended for use in the implementation of intelligent control of the operating modes of electric power systems.

Уровень техникиState of the art

Известен способ фазового управления напряжением в электрической системе (Патент RU 2588058 от 27.06.2016, МПК H02J 3/12), при котором создают фазовое смещение напряжения, отличающийся тем, что задаются требуемыми режимными параметрами электрической системы, механический момент абсолютного движения ротора синхронной машины электрической системы расчленяют на относительный и переносный и управление переносным моментом производят указанным фазовым смещением напряжения в соответствии с требуемыми режимными параметрами.A known method of phase voltage control in an electrical system (Patent RU 2588058 dated 06/27/2016, IPC H02J 3/12), in which a phase voltage shift is created, characterized in that it is set by the required operating parameters of the electrical system, the mechanical moment of the absolute motion of the rotor of a synchronous electrical machine the systems are divided into relative and portable ones, and the portable moment is controlled by the specified voltage phase shift in accordance with the required operating parameters.

Известны система и способ для управления электроэнергетической системой (Патент RU 2518178 от 10.06.2014, МПК H02J 3/00, H02J 13/00, H04L 12/00, H04L 12/54, G05B 19/00, G05B 19/042), содержащие для улучшения управления сетями электроэнергетической системы базовую структуру интегрирования для обеспечения связи множества компонентов электросети и энергетической системы с центральным органом управления электроэнергетической системы, который управляет электроэнергетической системой, причем указанное множество компонентов электросети и энергетической системы выполнено с возможностью генерировать рабочие данные и данные событий в электроэнергетической системе, содержащей:A system and method for controlling an electric power system are known (Patent RU 2518178 dated 06/10/2014, IPC H02J 3/00, H02J 13/00, H04L 12/00, H04L 12/54, G05B 19/00, G05B 19/042), containing to improve grid management of an electric power system, an integration framework for communicating a plurality of electric grid and power system components with a central electric power system control that controls the electric power system, said plurality of electric grid and power system components being configured to generate operational and event data in the electric power system containing:

рабочую шину, выполненную с возможностью передачи рабочих данных в центральный орган управления электроэнергетической системы, причем рабочие данные содержат по меньшей мере одно измерение в режиме реального времени напряжения, тока, активной мощности или реактивной мощности по меньшей мере для части электроэнергетической системы;a work bus configured to transmit operating data to a central control of the electric power system, the operating data comprising at least one real-time measurement of voltage, current, active power, or reactive power for at least a portion of the electric power system;

и шину событий, выполненную с возможностью передачи данных событий в центральный орган управления электроэнергетической системы, причем шина событий отделена от рабочей шины, данные событий являются отличными от измерений в режиме реального времени, причем получены из указанных измерений в режиме реального времени и содержат по меньшей мере одно аналитическое определение, касающееся работы электроэнергетической системы, основанное на указанном по меньшей мере одном измерении в режиме реального времени, при этом рабочая шина выполнена с возможностью передавать рабочие данные и не передавать данные событий, а шина событий выполнена с возможностью передавать данные событий и не передавать рабочие данные.and an event bus configured to transmit the event data to the central control of the electric power system, wherein the event bus is separated from the operating bus, the event data is different from real-time measurements, and is obtained from said real-time measurements and contains at least one analytical determination regarding the operation of the electric power system based on said at least one real-time measurement, wherein the operating bus is configured to transmit operating data and not transmit event data, and the event bus is configured to transmit event data and not transmit work data.

Известно интеллектуальное ядро системы (Патент RU 2541911 от 20.02.2015, МПК H02J 13/00), центр управления которой для повышения надежности и быстродействия при управлении энергосистемой, типа системы энергоснабжения, поддерживает связь с несколькими системами сбора и обработки данных учета и с несколькими терминальными системами. Центр управления энергосистемой содержит уровень шлюза и уровень ядра. Уровень шлюза включает несколько входных соединительных процедур для связи с каждой из нескольких систем-источников и несколько выходных соединительных процедур для связи с каждой из нескольких целевых систем. Уровень ядра содержит несколько адаптеров ядра, так что эти адаптеры ядра осуществляют взаимно-однозначную трансляцию связи от нескольких систем сбора и обработки данных учета, генерирующих команды, к нескольким терминальным системам.An intelligent core of the system is known (Patent RU 2541911 dated 20.02.2015, IPC H02J 13/00), the control center of which, in order to increase reliability and speed in managing the power system, such as a power supply system, communicates with several systems for collecting and processing metering data and with several terminal systems. The power system control center contains a gateway layer and a kernel layer. The gateway layer includes multiple input connection procedures for communicating with each of the multiple source systems and multiple output connection procedures for communicating with each of the multiple target systems. The kernel layer contains multiple kernel adapters such that these kernel adapters perform one-to-one translation of communications from multiple command-generating accounting data collection and processing systems to multiple terminal systems.

Известен способ управления режимами электроэнергетической системы (Патент RU 2750260 от 25.06.2021, МПК H02J 3/06, G05B 13/02, H02J 3/24), направленный на управление режимами электроэнергетической системы (ЭЭС), которая содержит энергокластеры с группами объединенных станций и подстанций (ПС), центрами управления сетями (ЦУС) и автоматизированными системами управления технологическим процессом (АСУТП), а также линии электропередач между энергокластерами.A known method for controlling the modes of an electric power system (Patent RU 2750260 dated 06/25/2021, IPC H02J 3/06, G05B 13/02, H02J 3/24), aimed at controlling the modes of an electric power system (EPS), which contains energy clusters with groups of combined stations and substations (SS), grid control centers (NCC) and automated process control systems (APCS), as well as power lines between energy clusters.

ЦУС энергокластеров ЭЭС оснащают устройствами сбора и хранения оперативных данных, поступающих с ПС от АСУТП в рамках соответствующих энергокластеров, и программно-техническими платформами с программными агентами мультиагентной системы (MAC). ЦУС объединяют между собой глобальной вычислительной сетью и обмениваются по ней сообщениями от MAC, с помощью которых определяют параметры распределенной оптимизации, отправляют с ЦУС команды для реализации оптимизированного режима обратно в АСУТП ПС в рамках своих энергокластеров.The NCC of EPS energy clusters is equipped with devices for collecting and storing operational data coming from the SS from the process control systems within the corresponding energy clusters, and with software and hardware platforms with software agents of the multi-agent system (MAC). The NCCs are interconnected by a global computer network and exchange messages from the MAC over it, with the help of which they determine the parameters of distributed optimization, send commands from the NCC to implement the optimized mode back to the automated process control system of the substation within their energy clusters.

В качестве программно-технических платформ ЦУС с программными агентами MAC используют дополнительные вычислительные устройства (ДВУ) на основе промышленных серверов.As software and hardware platforms, NCCs with MAC software agents use additional computing devices (TLDs) based on industrial servers.

В начале процесса управления режимами ЭЭС в каждом ДВУ для сбора информации запускают агенты MAC и рассчитывают оптимальный режим работы энергокластера, управляемого из данного ДВУ, оптимизируют агентами MAC режим внутри своего энергокластера и определяют граничные параметры напряжения и активной мощности для создания общего режима с другими энергокластерами на основе интересов собственника энергокластера.At the beginning of the process of managing EPS modes in each TLD, MAC agents are launched to collect information and calculate the optimal operation mode of the energy cluster controlled from this TLD, optimize the mode inside their energy cluster by MAC agents and determine the boundary parameters of voltage and active power to create a common mode with other energy clusters on based on the interests of the power cluster owner.

Каждым ДВУ обнаруживают ДВУ смежных энергокластеров, связанных общими линиями электропередач с энергокластером данного ДВУ, причем управление режимом работы ЭЭС начинают всеми ДВУ одновременно и проводят в параллельном режиме.Each TLD detects TLDs of adjacent energy clusters connected by common power lines with the energy cluster of this TLD, and the control of the EPS operation mode is started by all TLDs simultaneously and is carried out in parallel mode.

С каждого ДВУ по глобальной вычислительной сети отправляют ДВУ смежных энергокластеров полученные в ходе расчета оптимального режима каждого энергокластера значения напряжений и параметры перетоков активной мощности по линиям электропередач между энергокластерами.From each TLD, via the global computer network, TLDs of adjacent energy clusters are sent to the voltage values and parameters of active power flows along power lines between energy clusters obtained in the course of calculating the optimal mode of each energy cluster.

Каждым ДВУ от ДВУ смежных энергокластеров получают сообщения с ограничениями, наложенными по напряжению и параметрам перетока активной мощности по линиям электропередач и представленными для каждого ДВУ в виде целевой функции (ЦФ) потерь, обеспечивающей поддержание уровней граничных напряжений линий электропередач и перетоков активной мощности. С учетом этих ограничений, а также критериев, обусловленных бизнес-интересами, корректируют оптимизацию режима своего энергокластера, прекращают взаимодействие ДВУ друг с другом при совпадении уровней граничных напряжений линий электропередач смежных энергокластеров и параметров перетоков активной мощности, а также при учете интересов всех субъектов процесса оптимизации.Each TLD receives messages from TLDs of adjacent power clusters with restrictions imposed on the voltage and parameters of active power flow along power lines and presented for each TLD in the form of an objective function (TF) of losses, which ensures the maintenance of the levels of boundary voltages of power lines and active power flows. Taking into account these restrictions, as well as criteria determined by business interests, they adjust the optimization of the mode of their energy cluster, stop the interaction of TLDs with each other if the levels of boundary voltages of power lines of adjacent energy clusters and the parameters of active power flows coincide, and also taking into account the interests of all subjects of the optimization process .

Недостатками указанных выше технических решений является большое число узлов, регулирующих процесс управления, а также большое число узлов, обменивающихся между собой информацией о вводимых ограничениях или управляющих воздействиях, что, в свою очередь, приводит к снижению общей надежности системы.The disadvantages of the above technical solutions are a large number of nodes that regulate the control process, as well as a large number of nodes that exchange information about the introduced restrictions or control actions, which, in turn, leads to a decrease in the overall reliability of the system.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Техническая проблема - создание способа интеллектуального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы для минимизации потерь в данной энергосистеме.The technical problem is to create a method for intelligent control of the voltage and reactive power of the power system to minimize losses in this power system.

Технический результат - минимизация потерь в энергосистеме, повышение согласованности оптимизации режимов работы оборудования энергосистемы с одновременным повышением общей отказоустойчивости энергосистемы.EFFECT: minimizing losses in the power system, increasing the consistency of optimizing the operating modes of the power system equipment with a simultaneous increase in the overall fault tolerance of the power system.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что используют способ интеллектуального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы, который включает установку централизованной координирующей системы (ЦКС) для сбора и обработки данных от узлов энергосистемы, а также формирования и передачи управляющих воздействий к узлам энергосистемы, содержащей соединенные каналами связи координирующую управляющую систему с базой данных и подсистему оптимального управления (ПОУ) напряжением и реактивной мощностью энергосистемы, и по меньшей мере одну децентрализованную узловую систему управления напряжением и реактивной мощностью (УСУНРМ), соединенную с ЦКС каналами связи для передачи данных, при этом координирующую управляющую систему выполняют с возможностью получения информации о состоянии энергосистемы, формирования среза данных по ней, передачи среза данных в ПОУ, получения перечня управляющих воздействий и уставок локальных регуляторов режимной автоматики от ПОУ и передачи управляющих воздействий и уставок в энергосистему в соответствии с требуемым временем их применения, ПОУ выполняют с возможностью оценки и обработки среза данных, сформированного координирующей управляющей системой, выбора на основе среза данных состава управляющих воздействий и уставок, формирования в базе данных для каждого управляющего воздействия выходного тэга, соответствующего номеру узла энергосистемы, на который направлено данное управляющее воздействие, и каждую децентрализованную УСУНРМ выполняют с возможностью расчета управляющих воздействий и уставок локальных регуляторов режимной автоматики для оптимального управления напряжением и реактивной мощностью узлов энергосистемы в реальном времени посредством передачи запросов и управляющих воздействий к узлам энергосистемы, а также автономной работы в случае исчезновения всех каналов связи с ЦКС.The technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that they use the method of intelligent control of the voltage and reactive power of the power system, which includes the installation of a centralized coordinating system (CCS) for collecting and processing data from the nodes of the power system, as well as the formation and transmission of control actions to the nodes a power system containing a coordinating control system with a database connected by communication channels and an optimal control subsystem (OPS) for voltage and reactive power of the power system, and at least one decentralized nodal voltage and reactive power control system (USUNRM) connected to the MSC by communication channels for data transmission , while the coordinating control system is performed with the ability to obtain information about the state of the power system, form a data slice on it, transfer the data slice to the POU, obtain a list of control actions and settings of local regulators of regime automation from the POU and transfer control actions and settings to the power system in accordance with the required time of their application, the POU is performed with the ability to evaluate and process the data slice generated by the coordinating control system, select the composition of control actions and settings based on the data slice, form an output tag in the database for each control action corresponding to the number of the power system node to which this control action, and each decentralized USUNRM is performed with the ability to calculate the control actions and settings of local regulators of regime automation for optimal control of the voltage and reactive power of the power system nodes in real time by transmitting requests and control actions to the power system nodes, as well as autonomous operation in the event of the disappearance of all communication channels with the CCS.

Для обеспечения бесперебойной работы энергосистемы все каналы связи для передачи данных могут быть дублированы.To ensure the uninterrupted operation of the power system, all communication channels for data transmission can be duplicated.

ЦКС также может включать имитационную подсистему (ИП), включающую серверное оборудование и выполненную с возможностью имитации реальной динамической энергосистемы для формирования предварительной базы данных и отработки общего взаимодействия узлов систему интеллектуального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы. ЦКС предназначена для имитации реальной динамической энергосистемы, подмены собой ОИК, для формирования предварительной базы данных и отработки общего взаимодействия элементов интеллектуального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы.The CCS can also include a simulation subsystem (IP), including server hardware and designed to simulate a real dynamic power system to form a preliminary database and work out the general interaction of the nodes of the intelligent voltage and reactive power control system of the power system. The CCS is intended to simulate a real dynamic power system, to replace the OIC, to form a preliminary database and work out the general interaction of the elements of intelligent control of voltage and reactive power of the power system.

ЦКС и/или УСУНРМ предпочтительно включают автоматизированное рабочее место, выполненное с возможностью визуализации и контроля рабочего процесса пользователем.The MSC and/or USUNRM preferably include a workstation configured to visualize and control the workflow by the user.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Далее изобретение подробно объясняется на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые фигуры.Further, the invention is explained in detail on the example of its implementation with reference to the attached figures.

На фиг. 1 приведена общая блок-схема процесса управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы.In FIG. 1 shows a general block diagram of the voltage and reactive power control process of the power system.

201 - сбор данных о текущем состоянии системы;201 - collection of data on the current state of the system;

202 - формирование среза данных в модели узлы/ветви;202 - forming a slice of data in the node/branch model;

203 - оценивание состояния;203 - state estimation;

204 - прогнозирование режима;204 - mode prediction;

205 - формирование ограничений;205 - formation of restrictions;

206 - динамическая оптимизация с учетом ограничений;206 - dynamic optimization taking into account restrictions;

207 - контроль результатов оптимизации;207 - control of optimization results;

208 - выдача управляющих воздействий.208 - issuance of control actions.

На фиг. 2 приведена блок-схема одного цикла работы подсистемы оптимального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы.In FIG. 2 shows a block diagram of one cycle of operation of the subsystem for optimal control of voltage and reactive power of the power system.

301 - сбор данных о текущем состоянии системы;301 - collection of data on the current state of the system;

302 - логический контроль входных данных;302 - logical control of input data;

303 - формирование среза данных в модели узлы/ветви;303 - forming a slice of data in the node/branch model;

304 - статическое оценивание состояния;304 - static state evaluation;

305 - динамическое оценивание состояния;305 - dynamic state estimation;

306 - сравнение целевой функции (фиг. 3) с критическим значением;306 compares the objective function (FIG. 3) with the critical value;

307 - предпочтение динамического оценивания состояния;307 - preference for dynamic state estimation;

308 - обобщение результатов оценивания состояния;308 - generalization of the results of the state evaluation;

309 - прогнозирование по графикам нагрузки;309 - forecasting according to load schedules;

310 - прогнозирование с использованием машинного обучения;310 - forecasting using machine learning;

311 - обобщенный прогноз;311 - generalized forecast;

312 - вычисление запасов по режимным ограничениям и устойчивости;312 - calculation of reserves for regime restrictions and stability;

313 - классификация режима;313 - mode classification;

314 - выбор ограничений;314 - choice of restrictions;

315 - динамическая оптимизация с учетом ограничений;315 - dynamic optimization subject to constraints;

316 - проверка нарушены ли аварийные ограничения;316 - check if emergency restrictions are violated;

317 - проверка нарушены ли предупредительные ограничения;317 - check whether warning restrictions are violated;

318 - аварийные сообщения;318 - emergency messages;

319 - предупредительные сообщения;319 - warning messages;

320 - выдача управляющих воздействий.320 - issuance of control actions.

На фиг. 3 представлен пример целевой функции ƒi(Xi).In FIG. 3 shows an example of the objective function ƒ i (X i ).

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Обобщенная структура способа интеллектуального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы представлена в виде блок-схемы процесса управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы на фиг. 1. Способ включает применение централизованной координирующей системы (ЦКС), состоящей из сбора данных о текущем состоянии системы 201 (фиг. 1), включающего формирование среза данных в модели узлы/ветви 202 (фиг. 1), оценивание состояния 203 (фиг. 1), прогнозирование режима 204 (фиг. 1), формирование ограничений 205 (фиг. 1), обработку данных от узлов энергосистемы с использованием динамической оптимизации с учетом ограничений 206 (фиг. 1), контроля результатов оптимизации 207 (фиг. 1), а также выдачи управляющих воздействий 208 (фиг. 1), формирующей и передающей управляющие воздействия к узлам энергосистемы, содержащей соединенные каналами связи координирующую управляющую систему с базой данных и подсистему оптимального управления (ПОУ) (фиг. 2) напряжением и реактивной мощностью энергосистемы. Также способ включает применение по меньшей мере одной децентрализованной узловой системы управления напряжением и реактивной мощностью (УСУНРМ), соединенной с ЦКС каналами связи для передачи данных. Способ включает в себя серверное оборудование, выполненное с возможностью получения информации о состоянии энергосистемы, формирования среза данных по ней, передачи среза данных в ПОУ, получения перечня управляющих воздействий и уставок локальных регуляторов режимной автоматики от ПОУ и передачи управляющих воздействий и уставок в энергосистему в соответствии с требуемым временем их применения. ПОУ также включает серверное оборудование, выполненное с возможностью оценки и обработки среза данных, сформированного координирующей управляющей системой, выбора на основе сбора данных о текущем состоянии системы 301 (фиг. 2) с использованием логического контроля входных данных 302 (фиг. 2) состава управляющих воздействий и уставок, формирование среза данных в модели узлы/ветви 303 (фиг. 2), то есть формирования в базе данных для каждого управляющего воздействия выходного тэга, соответствующего номеру узла энергосистемы, на который направлено данное управляющее воздействие. На основе среза данных ПОУ выполняет как статическое оценивание состояния 304 (фиг. 2) энергосистемы, так и динамическое оценивание состояния 305 (фиг. 2) энергосистемы, далее выполняется сравнение целевой функции (фиг. 3) с критическим значением 306 (фиг. 2) и, если целевая функция (фиг. 3) меньше критического значения, то отдают предпочтение динамическому оцениванию состояния 307 (фиг. 2), если целевая функция (фиг. 3) больше критического значения, то используют обобщение результатов оценивания состояния 308 (фиг. 2), а затем выполняют прогнозирование как по графикам нагрузки 309 (фиг. 2), так и прогнозирование с использованием машинного обучения 310 (фиг. 2), далее получают обобщенный прогноз 311 (фиг. 2), а также выполняют вычисление запасов по режимным ограничениям и устойчивости 312 (фиг. 2), классификацию режима 313 (фиг. 2) и выбор ограничений 314 (фиг. 2). По полученным результатам выполняют динамическую оптимизацию с учетом ограничений 315 (фиг. 2) и проверку нарушения аварийных ограничений 316 (фиг. 2), если аварийные ограничения не нарушены выполняют проверку нарушены ли предупредительные ограничения 317 (фиг. 2), если аварийные ограничения нарушены, то ПОУ выдает аварийные сообщения 318 (фиг. 2), при этом если нарушены предупредительные ограничения, то ПОУ выдает предупредительные сообщения 319 (фиг. 2), далее на основании предупредительных сообщений 319 (фиг. 2) или отсутствии нарушений предупредительных ограничений ПОУ формирует выдачу управляющих воздействий 320 (фиг. 2).The generalized structure of the power system voltage and reactive power intelligent control method is presented as a flowchart of the power system voltage and reactive power control process in FIG. 1. The method includes the use of a centralized coordinating system (CCS), consisting of collecting data on the current state of the system 201 (Fig. 1), including the formation of a data slice in the node/branch model 202 (Fig. 1), state estimation 203 (Fig. 1 ), mode prediction 204 (FIG. 1), constraint generation 205 (FIG. 1), data processing from power system nodes using dynamic constraint optimization 206 (FIG. 1), optimization results monitoring 207 (FIG. 1), and also the issuance of control actions 208 (Fig. 1), which generates and transmits control actions to the nodes of the power system, containing a coordinating control system connected by communication channels with a database and an optimal control subsystem (POA) (Fig. 2) voltage and reactive power of the power system. The method also includes the use of at least one decentralized nodal voltage and reactive power control system (USUNRM) connected to the MSC by communication channels for data transmission. The method includes server equipment configured to receive information about the state of the power system, form a data slice on it, transfer the data slice to the POU, obtain a list of control actions and settings of local regulators of regime automation from the POU and transfer control actions and settings to the power system in accordance with with the required time of their application. The PO also includes server hardware configured to evaluate and process the data slice generated by the coordinating control system, selection based on the collection of data on the current state of the system 301 (Fig. 2) using logical control of input data 302 (Fig. 2) of the composition of control actions and settings, the formation of a data slice in the node/branch model 303 (Fig. 2), that is, the formation in the database for each control action of an output tag corresponding to the number of the power system node to which this control action is directed. Based on the data slice, the POA performs both static estimation of the power system state 304 (FIG. 2) and dynamic estimation of the power system state 305 (FIG. 2), then compares the objective function (FIG. 3) with the critical value 306 (FIG. 2) and, if the objective function (Fig. 3) is less than the critical value, then preference is given to dynamic state estimation 307 (Fig. 2), if the objective function (Fig. 3) is greater than the critical value, then generalization of the results of state estimation 308 (Fig. 2) is used. ), and then perform both load curve prediction 309 (FIG. 2) and machine learning prediction 310 (FIG. 2), then generalized forecast 311 (FIG. 2) is obtained, and margins are calculated by mode constraints. and stability 312 (FIG. 2), mode classification 313 (FIG. 2), and constraint selection 314 (FIG. 2). Based on the results obtained, dynamic optimization is performed taking into account restrictions 315 (Fig. 2) and checking for violation of emergency restrictions 316 (Fig. 2), if emergency restrictions are not violated, check whether warning restrictions are violated 317 (Fig. 2), if emergency restrictions are violated, then the POA issues alarm messages 318 (Fig. 2), and if the warning restrictions are violated, then the POA issues warning messages 319 (Fig. 2), then based on the warning messages 319 (Fig. 2) or the absence of violations of the warning restrictions, the POA generates the issuance control actions 320 (FIG. 2).

Каждая децентрализованная УСУНРМ включает серверное оборудование и выполнена с возможностью расчета управляющих воздействий и уставок локальных регуляторов режимной автоматики для оптимального управления напряжением и реактивной мощностью узлов энергосистемы в реальном времени посредством передачи запросов и управляющих воздействий к узлам энергосистемы, а также автономной работы в случае исчезновения всех каналов связи с ЦКС. ЦКС также может включать имитационную подсистему (ИП), включающую серверное оборудование и выполненную с возможностью имитации реальной динамической энергосистемы для формирования предварительной базы данных и отработки общего взаимодействия узлов системы интеллектуального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы.Each decentralized USUNRM includes server hardware and is configured to calculate the control actions and settings of local regulators of regime automation for optimal control of the voltage and reactive power of power system nodes in real time by transmitting requests and control actions to the power system nodes, as well as autonomous operation in the event of the disappearance of all channels connection with the CCC. The DCS can also include a simulation subsystem (IP), including server hardware and designed to simulate a real dynamic power system to form a preliminary database and work out the general interaction of the nodes of the intelligent control system for voltage and reactive power of the power system.

ЦКС и/или УСУНРМ предпочтительно включают автоматизированное рабочее место, выполненное с возможностью визуализации и контроля рабочего процесса пользователем.The MSC and/or USUNRM preferably include a workstation configured to visualize and control the workflow by the user.

Передача данных осуществляется по любым известным для специалиста в данной области техники каналам связи, например, Ethernet каналам связи. Для обеспечения бесперебойной работы системы все каналы связи для передачи данных могут быть дублированы.Data transmission is carried out via any communication channels known to a person skilled in the art, for example, Ethernet communication channels. To ensure the smooth operation of the system, all communication channels for data transmission can be duplicated.

Подсистема оптимального управления (ПОУ) напряжением и реактивной мощностью энергосистемы предназначена для расчета управляющих воздействий и уставок локальных регуляторов режимной автоматики для оптимального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы в реальном времени на основе данных телеметрии и циклического решения оптимизационных задач с учетом заданных ограничений и критериев оптимального (допустимого) управления.The optimal control subsystem (OCS) of the voltage and reactive power of the power system is designed to calculate the control actions and settings of local regulators of regime automation for optimal control of the voltage and reactive power of the power system in real time based on telemetry data and cyclic solution of optimization problems, taking into account the specified constraints and optimal criteria ( admissible) control.

В состав подсистемы оптимального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы входит:The subsystem for optimal control of voltage and reactive power of the power system includes:

• Интеграционная платформа - система сбора и передачи данных (ССПД), обеспечивающая:• Integration platform - data collection and transmission system (DSTS), providing:

- получение данных телеизмерений, телесигналов (ТИ, ТС) о текущем состоянии энергосистемы по стандартному протоколу IEC 60870-5-104;- obtaining telemetry data, telesignals (TI, TS) about the current state of the power system according to the standard protocol IEC 60870-5-104;

- выполнение алгоритмов оптимального управления;- execution of optimal control algorithms;

- передачу управляющих воздействий в централизованную координирующую систему режимной автоматики, обеспечивающих оптимальное управление в соответствии с заданной целевой функцией;- transfer of control actions to a centralized coordinating system of regime automation, providing optimal control in accordance with a given objective function;

- архивную базу данных для хранения: архивов данных о состоянии энергосистемы, рабочих данных подсистемы оптимального управления напряжением и реактивной мощностью.- an archival database for storing: archives of data on the state of the power system, operating data of the subsystem for optimal control of voltage and reactive power.

- подсистему сообщений, обеспечивающую выдачу сообщений пользователю и протоколирование диагностических данных о работе системы;- a message subsystem that provides the issuance of messages to the user and logging of diagnostic data on the operation of the system;

• Базовая расчетная платформа;• Basic settlement platform;

• Система подготовки данных для расчета режимов;• Data preparation system for calculation of regimes;

• Оценивание состояния (расчет режимов по данным телеметрии);• Estimation of the state (calculation of modes according to telemetry data);

• Расчет установившихся режимов;• Calculation of steady modes;

• Оптимизация и ввод в допустимую область;• Optimization and entry into the allowable area;

• Система машинного обучения;• Machine learning system;

• Система отображения.• Display system.

Алгоритмы оптимального управления заключаются в циклическом выполнении следующих задач:Optimal control algorithms consist in the cyclic execution of the following tasks:

• Сбор данных текущем состоянии системы 201 (фиг. 1) и 301 (фиг. 2), таких как:• Collection of data on the current state of the system 201 (Fig. 1) and 301 (Fig. 2), such as:

- телеизмерения;- telemetry;

- состояния коммутационных аппаратов;- states of switching devices;

- оперативное состояние локальных устройств управления;- operational status of local control devices;

- текущие значения уставок локальных устройств управления (уставки по напряжению, положения регуляторов под напряжением (РПН), величины индуктивностей управляемых шунтирующих реакторов (УШР));- current values of settings of local control devices (voltage settings, positions of energized regulators (OLTC), values of inductances of controlled shunt reactors (CSR));

• Оценивание состояния 203 (фиг. 1);• State Estimation 203 (FIG. 1);

• Статическое оценивание состояния 304 (фиг. 2);• Static state evaluation 304 (FIG. 2);

• Динамическое оценивание состояния 305 (фиг. 2), работающее на основе модификации фильтра Калмана;• Dynamic state estimation 305 (FIG. 2) based on a modification of the Kalman filter;

• Прогнозирование режима 204 (фиг. 1);• Mode Prediction 204 (FIG. 1);

• Формирование ограничений 205 (фиг. 1);• Formation of constraints 205 (FIG. 1);

• Динамическая оптимизация режима с учетом ограничений 206 (фиг. 1) - минимизация активных потерь в электрической сети с учетом:• Dynamic optimization of the mode, taking into account the restrictions 206 (Fig. 1) - minimization of active losses in the electrical network, taking into account:

- режимных ограничений по напряжению и реактивной мощности;- regime restrictions on voltage and reactive power;

- ограничений по запасам статической устойчивости, полученным на предыдущих шагах итерационного процесса;- restrictions on the margins of static stability obtained at the previous steps of the iterative process;

- «стоимости» управляющих воздействий;- "costs" of control actions;

• Формирование управляющих воздействий по результатам оптимизации.• Formation of control actions based on optimization results.

Выходная информация об управляющих воздействиях содержит требуемое время их отработки, а также время их действия, вытекающее из глубины прогнозирования.The output information about the control actions contains the required time for their processing, as well as the time of their action, which follows from the forecasting depth.

Формирование среза данных в модели узлы/ветви 202 (фиг. 1) и 303 (фиг. 2) представляет собой процесс подготовки измерений, пригодных для моделирования режимов и оптимизации и состоит из:Data slicing in node/branch model 202 (FIG. 1) and 303 (FIG. 2) is a process of preparing measurements suitable for mode modeling and optimization and consists of:

• Получения текущих данных телеинформации и состояния сети;• Obtaining current teleinformation data and network status;

• Получения архивных данных телеинформации и состояния сети (для процесса обучения и начального запуска прогнозирования);• Obtaining archival teleinformation data and network status (for the learning process and the initial launch of forecasting);

• Логического контроля целостности получаемых данных;• Logical control of received data integrity;

• Формирования среза в модели узлы/ветви с помощью топологического процессора.• Formation of a slice in the node/branch model using a topological processor.

Для этого требуется привязка телеметрии к однолинейной схеме электрической сети.This requires binding telemetry to a single-line electrical network diagram.

Срез телеинформации представляет собой набор измерений и телесигналов о состоянии сети, взятый за определенное время. Одновременность времени определяется метками времени, присутствующими в каждом аналоговом измерении или измерении состояния коммутационного аппарата. Метка времени, как правило, передается от конечного цифрового измерительного устройства (цифрового преобразователя). В случае отсутствия фиксации метки времени на конечном измерительном устройстве метка времени назначается на ССПД или на локальном устройстве управления. Оперативно-информационный комплекс (ОИК) должен предоставлять данные ТИ и ТС с метками времени конечных устройств измерения.A teleinformation slice is a set of measurements and TV signals about the state of the network, taken over a certain time. Time simultaneity is determined by the timestamps present in each analog or switch state measurement. The timestamp is usually transmitted from the final digital measuring device (digital converter). If the time stamp is not fixed on the final measuring device, the time stamp is assigned on the SSPD or on the local control device. The Operational Information Complex (OIC) must provide TI and TS data with time stamps of the end measurement devices.

Итоговые срезы данных ТИ и ТС формируются в подсистеме оптимального управления напряжением и реактивной мощностью. При этом в срезах данных ТИ и ТС присутствует погрешность измерений по времени. Это происходит вследствие задержек в тракте передачи данных ТИ и ТС на верхний уровень, определяемых быстродействием цифровых устройств сбора и передачи данных, каналов передачи данных, спорадичностью передачи данных.The final slices of the TI and TS data are formed in the subsystem of the optimal voltage and reactive power control. At the same time, there is a measurement error in time in the TI and TS data slices. This is due to delays in the data transmission path of the TI and TS to the upper level, determined by the speed of digital devices for collecting and transmitting data, data transmission channels, and the sporadic nature of data transmission.

В состав срезов данных ТИ и ТС также включается дополнительная информация, вносимая диспетчером через ОИК, такая как режим работы устройств локальной автоматики.The TI and TS data slices also include additional information entered by the dispatcher through the OIC, such as the mode of operation of local automation devices.

Состав срезов данных ТИ и ТС:Composition of TI and TS data slices:

• Телеизмерения активной и реактивной (Р, Q) мощности по линиям электропередачи, в том числе линиям, отходящим к потребителю (питающим нагрузку).• Telemetering of active and reactive (Р, Q) power on power transmission lines, including lines extending to the consumer (supplying the load).

• Измерения напряжения на шинах станций и подстанций.• Voltage measurements on the buses of stations and substations.

• Состояния коммутационных аппаратов.• States of switching devices.

• Режим работы локальных устройств регулирования:• Mode of operation of local control devices:

- ручное регулирование по номеру ступени;- manual regulation according to the stage number;

- ручное регулирование по величине поперечной проводимости;- manual regulation by the value of transverse conductivity;

- автоматическое регулирование по напряжению;- automatic voltage regulation;

- не в работе.- not at work.

• Планируемое время нахождения устройства регулирования в данном режиме работы.• Planned time for the control device to be in a given mode of operation.

• Положения устройств управляющих аппаратов устройств регулирования (номер текущей отпайки РПН, номер текущей ступени регулирования компенсирующих устройств при ступенчатом регулировании).• Positions of devices of control devices of control devices (number of the current OLTC tap, number of the current control stage of compensating devices in case of step control).

• Величина уставки поперечной проводимости компенсирующих устройств (при непрерывном регулировании).• Set value for the transverse conductance of the compensating devices (for continuous regulation).

• Величина уставки по напряжению локальных устройств регулирования.• The voltage setting value of the local regulation devices.

Получение текущих срезов данных ТИ и ТСObtaining current slices of TI and TS data

Получение текущих данных ТИ и ТС и состояния оборудования в подсистему оптимального управления осуществляется с помощью телекоммуникационного протокола МЭК 60870-5-104. При этом ССПД выступает в роли сервера данных (Slave), а подсистема оптимального управления выступает в роли клиента (Master).The receipt of the current data of TI and TS and the state of the equipment to the optimal control subsystem is carried out using the IEC 60870-5-104 telecommunication protocol. In this case, the SSPD acts as a data server (Slave), and the optimal control subsystem acts as a client (Master).

Формирование и контроль полноты среза данных ТИ и ТС осуществляется на стороне подсистемы оптимального управления напряжением и реактивной мощностью.The formation and control of the completeness of the cut of the data of TI and TS is carried out on the side of the subsystem of the optimal control of voltage and reactive power.

Получение архивных срезов данных ТИ и ТСObtaining archival slices of TI and TS data

Получение среза данных ТИ и ТС и состояния коммутационных аппаратов осуществляется через SQL-запрос к архивной базе данных ССПД.Obtaining a slice of TI and TS data and the state of switching devices is carried out through an SQL query to the archive database of the SSPD.

Архивные срезы данных формируются на стороне ССПД. Состав срезов исходных данных аналогичен составу данных получаемых оперативно, за исключением того, что данные дополнены меткой времени среза. Метка времени среза, назначается единой для всех параметров среза и может отличаться от меток времени, полученных с устройств. Так, например, если формируется срез за время t, но некоторые данные не изменялись (например состояния коммутационных аппаратов) в течение времени θ, то метка времени, полученная с конечного устройства для этих данных будет t-θ. В срез для этих данных должна быть записана метка времени среза t. При этом метка времени устройства также должна присутствовать в срезе в виде отдельного поля.Archival data slices are formed on the side of the SSPD. The composition of the slices of the original data is similar to the composition of the data received on-line, except that the data is supplemented with a slice timestamp. The slice timestamp is assigned the same for all slice parameters and may differ from the timestamps received from the devices. So, for example, if a slice is formed in time t, but some data did not change (for example, the states of switching devices) during time θ, then the timestamp received from the end device for this data will be t-θ. The slice for this data must have a slice timestamp t. In this case, the device timestamp must also be present in the slice as a separate field.

Полученный срез данных проверяется на соблюдение следующих условий:The resulting data slice is checked for compliance with the following conditions:

- Если по присоединению измеряется, как переток мощности, так и состояние коммутационного аппарата, то проверяется их соответствие.- If both the power flow and the state of the switching device are measured at the connection, then their compliance is checked.

- Если есть измерения перетоков мощности по всем присоединениям отходящих от шин, то сумма всех перетоков не должна превышать допустимого небаланса, заданного уставкой.- If there are measurements of power flows at all connections outgoing from the busbars, then the sum of all flows should not exceed the allowable unbalance specified by the setting.

- При последовательном формировании срезов контролируется изменчивость данных. Между двумя последовательными срезами в пределах одного объекта должно быть хотя бы одно изменение в измерениях или состояниях.- Sequential slicing controls data variability. Between two consecutive slices within the same object, there must be at least one change in dimensions or states.

- Наличие признаков недостоверности в исходных данных.- The presence of signs of unreliability in the source data.

Для того чтобы актуализировать исходные данные для оценивания состояния необходимо сопоставить данные ТИ и ТС с расчетной моделью ПОУ. Такое сопоставление обеспечивается за счет «привязки» данных ТИ и ТС к расчетной модели (схеме).In order to update the initial data for assessing the state, it is necessary to compare the data of TI and TS with the calculation model of the SOA. Such a comparison is provided by "binding" the data of TI and TS to the calculation model (scheme).

Привязка осуществляется с графической схемы, представленной в ПОУ, и хранится соответственно в графической схеме. Такой подход позволяет не увеличивать размер расчетной модели до коммутационных схем. Таким образом, в результате «привязки» связываются элемент графической схемы с одним ТС и несколькими (по числу типов) ТИ. Например, ТС состояния выключателя, переток Р через выключатель, переток Q через выключатель. В качестве ТС и ТИ может выступать формула, задаваемая в ПОУ. Привязка осуществляется по уникальному идентификатору данных ТИ и ТС.The binding is carried out from the graphical scheme presented in the POU, and is stored accordingly in the graphical scheme. This approach allows not to increase the size of the calculation model to switching circuits. Thus, as a result of “binding”, an element of the graphic scheme is associated with one TS and several (according to the number of types) TIs. For example, TC of the circuit breaker state, flow P through the circuit breaker, flow Q through the circuit breaker. As a TS and TI, a formula specified in the POU can act. Binding is carried out by a unique data identifier of TI and TS.

Преобразование ТИ и ТС до уровня модели осуществляется топологическим процессором.The transformation of TI and TS to the level of the model is carried out by the topological processor.

Моделью энергосистемы узлы/ветви называют схему замещения электроэнергетической системы или сети, которая эквивалентна данной электрической схеме и адекватно отражает процессы, происходящие в ней. В схеме замещения реальные элементы сети (физические устройства) заменяются идеализированными элементами (активными сопротивлениями, емкостями, индуктивностями, идеальными трансформаторами, задающими токами и мощностями).The node/branches name of the power system model is the equivalent circuit of the electric power system or network, which is equivalent to a given electrical circuit and adequately reflects the processes taking place in it. In the equivalent circuit, real network elements (physical devices) are replaced by idealized elements (resistances, capacitances, inductances, ideal transformers, driving currents and powers).

Оценивание состояния 203 (фиг. 1) заключается в получении такого установившегося режима, который был бы наиболее близок к имеющимся измерениям. Результатом работы задачи оценивания состояния является:Estimating the state 203 (FIG. 1) is to obtain such a steady state, which would be closest to the available measurements. The result of the state estimation task is:

- Расчет всех параметров текущего режима (активных и реактивных мощностей нагрузки и генерации, модулей и фаз узловых напряжений, перетоков активных и реактивных мощностей) по данным ТИ и ТС о положении коммутационной аппаратуры;- Calculation of all parameters of the current mode (active and reactive power of the load and generation, modules and phases of nodal voltages, active and reactive power flows) according to the TI and TS data on the position of the switching equipment;

- Расчет ретроспективных режимов на основе архива телеметрии в ССПД;- Calculation of retrospective modes based on the archive of telemetry in SSPD;

- Проверка достоверности всех параметров используемых в расчете режимов;- Validation of all parameters used in the calculation modes;

- Подготовка исходной модели для других задач комплекса (установившийся режим, оптимизация и др.).- Preparation of the initial model for other tasks of the complex (steady state, optimization, etc.).

Решение задачи оценивания состояния 203 (фиг. 1) проводится двумя методами: статическим и динамическим. Задача статического оценивания состояния решается независимо для каждого момента времени и позволяет получить сбалансированный установившийся режим для каждого среза измерений. Задача динамического оценивания состояния обновляет свое состояния при переходе от одного среза к другому, тем самым учитывая изменение режима работы ЭЭС во времени. Эти два метода оценивания состояния дополняют друг друга, взаимно верифицируя результаты оценивания.The solution of the problem of state estimation 203 (Fig. 1) is carried out by two methods: static and dynamic. The problem of static state estimation is solved independently for each moment of time and makes it possible to obtain a balanced steady state for each measurement slice. The task of dynamic state estimation updates its state when moving from one slice to another, thereby taking into account the change in the EPS operation mode in time. These two state estimation methods complement each other, mutually verifying the estimation results.

Если результаты динамического оценивания состояния лучше результатов статического, то методами динамического оценивания состояния проводится краткосрочное прогнозирование режима.If the results of dynamic state estimation are better than the results of static state estimation, then short-term forecasting of the regime is carried out by methods of dynamic state estimation.

Результаты краткосрочного прогнозирования режимов используются для оценивания состояния на следующих шагах по времени. Это позволяет выполнять оценивания состояния в случае пропадания или задержки в получении части измерений. Прогнозные измерения используются со значительно большей дисперсией чем измеренные. Величина изменения дисперсии спрогнозированных измерений настраивается при пуско-наладке системы.The results of short-term mode prediction are used to estimate the state at the next time steps. This allows state evaluations to be performed in the event of missing or delayed acquisition of part of the measurements. Predictive measurements are used with much greater variance than measured ones. The magnitude of the change in the variance of the predicted measurements is adjusted during commissioning of the system.

В статическом оценивании состояния 304 (фиг. 2) используется метод взвешенных наименьших квадратов. На сегодняшний день такой подход является классической постановкой задачи оценивания состояния.The static state estimation 304 (FIG. 2) uses a weighted least squares method. Today, this approach is the classical formulation of the state estimation problem.

В блоке статического оценивания состояния (ОС) имеется функция предварительной отбраковки ошибочных измерений. Пользователь может выполнить расчет с применением такой функции или без нее. Программа отбраковывает только напряжения в узлах и перетоки в ветвях, а нагрузки и генерации алгоритмом отбраковкой не затрагиваются.In the static state estimation (OS) block, there is a function of preliminary rejection of erroneous measurements. The user can perform the calculation with or without such a function. The program rejects only voltages in nodes and overflows in branches, while loads and generations are not affected by the rejection algorithm.

Программа ОС автоматически составляет группы ТИ, в которых с большей или меньшей точностью возможна проверка правильности баланса ТИ на основе законов Кирхгофа или взаимоувязка ТИ на основе законов контурных напряжений. Например, возможна проверка совпадения алгебраической суммы измерений перетоков мощности во всех подходящих к узлу ветвях и измеренной нагрузки узла; проверка совпадения замеров перетоков мощности в начале и в конце ветви с приближенным учетом потерь и емкостной генерации ветви; проверка совпадения замеров перетоков в параллельных ветвях и т.п. Такой подход известен как метод контрольных уравнений.The OS program automatically compiles groups of TPs, in which, with greater or lesser accuracy, it is possible to check the correctness of the TP balance based on Kirchhoff's laws or to link the TPs based on the laws of loop stresses. For example, it is possible to check the coincidence of the algebraic sum of measurements of power flows in all branches suitable for the node and the measured load of the node; checking the coincidence of measurements of power flows at the beginning and at the end of the branch with an approximate allowance for losses and capacitive generation of the branch; checking the coincidence of measurements of flows in parallel branches, etc. This approach is known as the control equation method.

Далее, в зависимости от заданной точности ТИ, от величины небаланса и от заданного порога допустимости небаланса, все ТИ, входящие в данную балансную группу, могут быть признаны достоверными или сомнительными (а также могут быть введены промежуточные градации между достоверностью и сомнительностью). В случае сомнительности все входящие в такую группу измерения будут использованы в расчетах с пониженной точностью или полностью исключены из расчетов.Further, depending on the given accuracy of the TI, on the magnitude of the imbalance and on the given imbalance tolerance threshold, all TIs included in this balance group can be recognized as reliable or doubtful (and intermediate gradations between reliability and doubtfulness can also be introduced). In case of doubt, all measurements included in such a group will be used in calculations with reduced accuracy or completely excluded from calculations.

Однако определение таким способом достоверности или сомнительности ТИ не может быть в полной мере гарантированным. Например, в балансную группу могут попасть два ошибочных ТИ, имеющих приблизительно равную по величине, но противоположную по знаку ошибку, что обеспечит соблюдение баланса и ошибочные ТИ будут признаны достоверными. Или из-за ошибок коммутации баланс в группе ТИ может быть грубо нарушен и все ТИ этой группы будут признаны недостоверными.However, the determination of the reliability or doubtfulness of TI in this way cannot be fully guaranteed. For example, two erroneous TIs with approximately equal in magnitude but opposite in sign error can fall into the balance group, which will ensure that the balance is maintained and erroneous TIs will be recognized as reliable. Or, due to switching errors, the balance in the TI group can be grossly disturbed and all TIs of this group will be recognized as unreliable.

Следует также отметить, что при существующих в настоящее время объемах ТИ в энергосистемах, в большинстве случаев, возможно, определить лишь только факт сомнительности группы ТИ. И очень мала возможность выявить конкретно, то ошибочное ТИ, из-за которого остальные, входящие в эту группу и возможно правильные ТИ, будут определены как сомнительные. В результате, большое количество достаточно точных ТИ, в несколько раз превышающих количество ошибочных ТИ, придется признать недостоверными и исключить из расчета.It should also be noted that with the currently existing volumes of TI in power systems, in most cases, it is possible to determine only the fact of the doubtfulness of the TI group. And there is very little opportunity to identify specifically that erroneous TI, because of which the rest of this group and possibly correct TIs will be identified as dubious. As a result, a large number of sufficiently accurate TIs, several times greater than the number of erroneous TIs, will have to be recognized as unreliable and excluded from the calculation.

Далее делается попытка «восстановить в правах» хотя бы часть ложно забракованных, но достаточно точных ТИ, а также дополнительно проверить ТИ, признанные достоверными. С этой целью выполняется расчет по основному алгоритму ОС. Сомнительные ТИ, достаточно хорошо совпадающие со своими расчетными значениями, вновь признаются достоверными, а грубо несовпадающие со своими расчетными значениями ТИ признаются ошибочными. Далее, с учетом выявленных ошибочных ТИ, снова работает алгоритм предварительной отбраковки "плохих" ТИ и снова выполняется расчет по основному алгоритму ОС. И так выполняется несколько итераций. В результате сокращается количество ложно забракованных ТИ и повышается надежность отбраковки действительно ошибочных ТИ.Next, an attempt is made to “reinstate” at least a part of the falsely rejected, but sufficiently accurate, TIs, as well as to additionally check the TIs that were recognized as reliable. For this purpose, the calculation is carried out according to the main OS algorithm. Doubtful TIs that agree well enough with their calculated values are again recognized as reliable, and TIs that grossly disagree with their calculated values are recognized as erroneous. Further, taking into account the identified erroneous TIs, the algorithm for preliminary rejection of "bad" TIs again works and the calculation is again performed according to the main OS algorithm. And so several iterations are performed. As a result, the number of falsely rejected TIs is reduced and the reliability of rejecting really erroneous TIs is increased.

Статический алгоритм отбраковки ошибочных измерений является предварительным алгоритмом отбраковки. Далее он дополняется динамическим алгоритмом отбраковки ошибочных измерений, основанным на результатах динамического оценивания состояния.The static error rejection algorithm is a preliminary rejection algorithm. Further, it is supplemented by a dynamic algorithm for rejecting erroneous measurements, based on the results of dynamic state estimation.

В качестве измерений в программе ОС предусмотрено задание напряжений в узлах сети, активной и реактивной мощностей нагрузок и генераций в узлах, активной и реактивной мощностей перетоков в ветвях схемы. Значения параметров, источником которых не являются непосредственно измерительные устройства, обычно называются псевдоизмерениями. Каждое такое измерение задается тремя параметрами: признаком измерения, измеренной величиной и точностью.As measurements, the OS program provides for setting voltages at network nodes, active and reactive power of loads and generations at nodes, active and reactive power of flows in circuit branches. Parameter values that do not come directly from measuring devices are usually referred to as pseudo-measurements. Each such measurement is specified by three parameters: the sign of the measurement, the measured value, and the accuracy.

Признаки измерений задаются на этапе пуско-наладки системы. В дальнейшем они могут корректироваться в ходе ее эксплуатации.Signs of measurements are set at the stage of commissioning of the system. In the future, they can be adjusted during its operation.

В качестве точности измерения задается дисперсия измерения. Следует учитывать, что точность измерения, полученного от устройств ТМ, определяется суммарной погрешностью всего измерительного тракта.The measurement variance is set as the measurement accuracy. It should be taken into account that the measurement accuracy obtained from TM devices is determined by the total error of the entire measuring path.

Для большей очевидности в качестве точности могут быть заданы среднеквадратичные отклонения. Это отразится только на величине целевой функции. При этом важно, чтобы по всем измерениям использовался один подход к заданию точности измерений (или дисперсия или среднеквадратичное отклонение).For greater clarity, standard deviations can be given as accuracy. This will only affect the value of the objective function. At the same time, it is important that for all measurements one approach to specifying the measurement accuracy (either dispersion or standard deviation) is used.

Относительное отклонение θi расчетного значения параметра i от его измеренной величины вычисляется по формуле:The relative deviation θ i of the calculated value of the parameter i from its measured value is calculated by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
- измеренные параметры режима,
Figure 00000002
- measured mode parameters,

v(x) - вычисленные параметры режима по значениям вектора состояния системы х,v(x) - calculated mode parameters from the values of the system state vector x,

σi - дисперсия измерения.σ i - measurement variance.

Относительное отклонение - безразмерная относительная величина. Для нагрузок и генераций узлов θi со знаком "+" означает наличие в узле избыточной мощности в сравнении с измеренной или статистически рассчитанной величиной, со знаком "-" - недостаточной.Relative deviation is a dimensionless relative value. For loads and generations of nodes, θ i with the "+" sign means the presence of excess power in the node in comparison with the measured or statistically calculated value, with the "-" sign - insufficient.

Практическая полезность относительного отклонения в том, что оно характеризует степень, грубость нарушения измеренной величины независимо от абсолютного значения этого нарушения и от заданной точности, т.е. величина относительного отклонения является инвариантным показателем относительно указанных величин. Для группы связанных узлов, для отдельных участков схемы сети θi показывает, как правило, общую для группы узлов тенденцию к избытку или недостатку мощности, обусловленную измерениями перетоков мощности в ветвях по границам этой группы узлов и их суммарной нагрузкой и генерацией.The practical utility of the relative deviation is that it characterizes the degree, the roughness of the violation of the measured value, regardless of the absolute value of this violation and the given accuracy, i.e. the value of the relative deviation is an invariant indicator with respect to the indicated values. For a group of connected nodes, for individual sections of the network diagram, θ i shows, as a rule, a tendency for a group of nodes to excess or lack of power, due to measurements of power flows in the branches along the boundaries of this group of nodes and their total load and generation.

Для большей информативности и наглядности величина тенденции к избытку или недостатку мощности вычисляется также и для узлов, в которых нет нагрузки или генерации и отображается также в форме относительного отклонения.For greater information content and clarity, the magnitude of the tendency to excess or lack of power is also calculated for nodes in which there is no load or generation and is also displayed in the form of a relative deviation.

Важной величиной при анализе оценивания состояния является суммарное относительное отклонение, вычисляемое как сумма по всем измерениям по следующей формуле:An important value in the analysis of state estimation is the total relative deviation, calculated as the sum of all measurements according to the following formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
- измеренные параметры режима,
Figure 00000004
- measured mode parameters,

v(x) - вычисленные параметры режима по значениям вектора состояния системы х,v(x) - calculated mode parameters from the values of the system state vector x,

σi - дисперсия измерения.σ i - measurement variance.

Узлы, в которых нет измерения, не участвуют в расчете суммарного отклонения (хотя для них и вычисляется относительное отклонение).Nodes that do not have a measurement do not participate in the calculation of the total deviation (although the relative deviation is calculated for them).

Также в расчете суммарного отклонения не участвуют забракованные измерения, измерения балансирующих узлов, измерения в отключенных линиях.Also, rejected measurements, measurements of balancing nodes, measurements in disconnected lines do not participate in the calculation of the total deviation.

Динамическое оценивание состояния 305 (фиг. 2)Dynamic State Estimation 305 (FIG. 2)

Задача динамического оценивания состояния решается с использованием фильтра Калмана. Для прогнозирования слабоизменчивых компонент вектора состояния системы x на короткий промежуток времени используется динамическое ОС на базе модификации фильтра Калмана. Время упреждения может быть от нескольких секунд (интервал между получением данных измерений (среза) в момент времени k и в момент времени k+1) до 1 мин.The problem of dynamic state estimation is solved using the Kalman filter. To predict weakly variable components of the system state vector x for a short period of time, a dynamic OS based on the modification of the Kalman filter is used. The lead time can be from several seconds (the interval between the acquisition of measurement data (slice) at time k and at time k+1) to 1 min.

Фильтр Калмана является классическим методом динамического оценивания состояния.The Kalman filter is a classic method for dynamic state estimation.

Выявление ошибочных измерений в процессе динамического оценивания состояния выполняется следующим образом. На первом этапе выявляются измерения, значения которых изменились относительно текущей оценки или измеренного значения на предыдущем шаге времени на величину больше определенного порога, вычисляемого пропорционально дисперсии измерения:Identification of erroneous measurements in the process of dynamic state estimation is performed as follows. At the first stage, measurements are identified whose values have changed relative to the current estimate or the measured value at the previous time step by more than a certain threshold calculated in proportion to the measurement variance:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
- измеренные параметры режима,
Figure 00000007
- measured mode parameters,

v(x) - вычисленные параметры режима по значениям вектора состояния системы х,v(x) - calculated mode parameters from the values of the system state vector x,

d - пороговое значение параметра режима.d - threshold value of the mode parameter.

Среди сильно изменившихся измерений выявляются те, которые также отклоняются от прогнозного значения этого измерения:Among the strongly changed measurements, those that also deviate from the predicted value of this measurement are identified:

Figure 00000008
Figure 00000008

Блок динамического оценивания состояния не требует ввода дополнительных исходных данных сверх тех, что задаются для статического оценивания состояния. Однако, для того чтобы динамическое оценивание состояния начало выдавать адекватные результаты требуется время для накопления статистики. При наличии архивной базы данных возможно накопление статистики, используя ретроспективную информацию из нее.The block of dynamic state estimation does not require the input of additional initial data in excess of those specified for static state estimation. However, in order for the dynamic state estimation to start producing adequate results, it takes time to accumulate statistics. If there is an archive database, it is possible to accumulate statistics using retrospective information from it.

Для контроля за работой алгоритма оценивания состояния предусмотрена выдача пользовательских сообщений. Для обобщенного контроля за работой блока оценивания состояния используются значения суммарной относительной ошибки (СО.) алгоритмов статического и динамического оценивания состояния.To control the operation of the state estimation algorithm, the issuance of custom messages is provided. For a generalized control over the operation of the state estimation unit, the values of the total relative error (RS) of the static and dynamic state estimation algorithms are used.

Прогнозирование режима 204 (фиг. 1), прогнозирование по графикам нагрузки 309 (фиг. 2), прогнозирование с использованием машинного обучения 310 (фиг. 2), обобщенный прогноз 311 (фиг. 2):Mode prediction 204 (FIG. 1), load curve prediction 309 (FIG. 2), machine learning prediction 310 (FIG. 2), generalized prediction 311 (FIG. 2):

Прогнозирование режимов выполняется комбинированным алгоритмом, использующим прогнозирование по графикам нагрузки 309 (фиг. 2) и с использованием машинного обучения 310 (фиг. 2) с использованием искусственных нейронных сетей.Mode prediction is performed by a combined algorithm using load curve prediction 309 (FIG. 2) and using machine learning 310 (FIG. 2) using artificial neural networks.

Входными значениями алгоритма прогнозирования для каждого рассматриваемого момента времени являются замеренные значения напряжений в узлах электрической сети, перетоки активной и реактивной мощности в ветвях и измерения инъекций активной и реактивной мощности в узлах (нагрузка и генерация). Также при наличии векторных измерений в исходных данных могут присутствовать замеренные углы напряжений. Вектор входных измерений может быть отсортирован в соответствии с оптимальным с точки зрения сходимости порядком узлов или быть неупорядоченным. Архивная база данных исходных данных для прогнозирования режима заполняется ПОУ.The input values of the prediction algorithm for each considered moment of time are the measured voltage values at the nodes of the electrical network, the active and reactive power flows in the branches, and the measurements of active and reactive power injections at the nodes (load and generation). Also, in the presence of vector measurements, measured stress angles may be present in the source data. The vector of input measurements can be sorted in accordance with the optimal order of nodes from the point of view of convergence, or be unordered. The archival database of initial data for forecasting the regime is filled in by the POU.

Кроме архивных данных измерений, преобразованных в модель узлы/ветви, для работы алгоритма прогнозирования требуется информация о дисперсиях измерений. Данная информация подготавливается в процессе пуско-наладки блока оценивания состояния.In addition to the archived measurement data converted into a node/branch model, the operation of the prediction algorithm requires information about the measurement variances. This information is prepared in the process of commissioning of the state evaluation unit.

Для контроля за работой алгоритма прогнозирования предусмотрена выдача следующей информации и диагностических сообщений:To control the operation of the prediction algorithm, the following information and diagnostic messages are provided:

- Прогнозный режим (на схеме и в таблицах).- Predictive mode (in the diagram and in tables).

- Величины относительных отклонений измерений (на схеме и в таблицах).- Values of relative deviations of measurements (on the scheme and in tables).

- Величины дисперсий измерений (на схеме и в таблицах).- Values of dispersions of measurements (on the scheme and in tables).

- Обобщенный показатель качества уточненного прогноза (суммарное среднеквадратичное отклонение).- The generalized indicator of the quality of the updated forecast (total root-mean-square deviation).

- При долговременном ухудшении качества уточненного прогноза выдается аварийное сообщение.- In case of long-term deterioration of the quality of the updated forecast, an emergency message is issued.

- Формирование ограничений (205)- Formation of restrictions (205)

- Режимные ограничения являются входными данными для алгоритма оптимального управления напряжением и реактивной мощностью. В качестве режимных ограничений выступают:- Regime restrictions are the input data for the optimal voltage and reactive power control algorithm. The regime restrictions are:

- Ограничения по уровню напряжения в узлах электрической сети (минимальные и максимальные);- Restrictions on the level of voltage in the nodes of the electrical network (minimum and maximum);

- Ограничения на инъекцию реактивной мощности в узлах электрической сети, представляющих собой генераторы и компенсирующие устройства;- Restrictions on the injection of reactive power in the nodes of the electrical network, which are generators and compensating devices;

- Ограничения по току в ветвях модели узлы/ветви, соответствующие токовым ограничениям по высоковольтным линиям и трансформаторам;- Current limits in the branches of the node/branches model, corresponding to the current limits for high-voltage lines and transformers;

- Ограничения по перетоку мощности в ветвях модели узлы/ветви, соответствующие ограничениям по мощности высоковольтных линий и трансформаторов.- Restrictions on power flow in the branches of the node / branch model, corresponding to the power restrictions of high-voltage lines and transformers.

Режимные ограничения задаются при пуско-наладке системы, а также корректируются в процессе ее эксплуатации оперативным персоналом.Regime restrictions are set during the commissioning of the system, and are also adjusted during its operation by operational personnel.

Возможно уточнение ограничений в сторону большей надежности автоматическим алгоритмом анализа запасов по статической устойчивости и режимным ограничениям алгоритмом утяжеления.It is possible to refine the restrictions in the direction of greater reliability by an automatic algorithm for analyzing reserves for static stability and regime restrictions by a weighting algorithm.

Важной особенностью режимных ограничений является их соответствие режиму работы ЭЭС (нормальный, ремонтный, аварийный, послеаварийный, вынужденный и т.п.).An important feature of regime restrictions is their compliance with the EPS operation mode (normal, repair, emergency, post-accident, forced, etc.).

Под статической устойчивостью понимается возможность синхронной работы синхронных электрических генераторов и синхронных двигателей ЭЭС при медленных изменениях нагрузки. Задача расчета статической устойчивости оценить на основе циклических расчетов установившихся режимов (УР). Критерием нарушения статической устойчивости является отсутствие сходимости УР после постепенного утяжеления режима. Для нахождения предельного режима методом утяжеления задается траектория утяжеления, т.е. список узлов, в которых изменяется генерация и нагрузка и начальный шаг изменения для каждого узла. Поскольку основной задачей способа является получение оптимального режима, то траектория утяжеления может быть получена автоматически на основе разницы между оптимальным и исходным режимом. Двигаясь дальше по данной траектории методом утяжеления, получают предельный режим, как по статической устойчивости, так и по режимным или технологическим ограничениям.Static stability is understood as the possibility of synchronous operation of synchronous electric generators and synchronous motors of EPS with slow load changes. The task of calculating static stability is estimated on the basis of cyclic calculations of steady-state modes (SD). The criterion for violation of static stability is the lack of convergence of the SD after the gradual weighting of the regime. To find the limiting mode by the weighting method, a weighting trajectory is specified, i.e. a list of nodes in which the generation and load are changed and the initial change step for each node. Since the main objective of the method is to obtain the optimal mode, the trajectory of weighting can be obtained automatically based on the difference between the optimal and initial mode. Moving further along this trajectory by the weighting method, one obtains the limiting regime, both in terms of static stability, and in terms of regime or technological restrictions.

Классификация режима работы ЭЭС может быть выполнена с помощью формальных логических правил, как путем анализа единичных режимов, так и путем анализа последовательных режимов методом конечных автоматов. Формальные правила классификации режимов задаются в процессе пуско-наладки подсистемы оптимального управления.The classification of the EPS operation mode can be performed using formal logical rules, both by analyzing single modes and by analyzing sequential modes using the finite automaton method. Formal rules for the classification of modes are set during the commissioning of the optimal control subsystem.

Большая универсальность в классификации достигается применением методов машинного обучения, таких как деревья принятия решений и более обобщенный вариант деревьев принятия решений методом «случайного леса». Важным преимуществом деревьев принятия решений является то, что они не просто относят режим к тому или иному классу, но и позволяют численно обосновать классификацию режима. Дерево принятия решений - это дерево, листья которого соответствуют значениям целевой функции, а в остальных узлах - условия перехода, определяющие по какому из ребер узла проходить алгоритму.Greater versatility in classification is achieved by using machine learning methods such as decision trees and a more generalized version of decision trees using the random forest method. An important advantage of decision trees is that they not only refer a mode to one class or another, but also allow one to substantiate the mode classification numerically. A decision tree is a tree whose leaves correspond to the values of the objective function, and in the remaining nodes there are transition conditions that determine which of the edges of the node to pass the algorithm.

Динамическая оптимизация с учетом ограничений 206 (фиг. 1) и 315 (фиг. 2) используется для получения оптимальных управляющих воздействий на заданную глубину используется алгоритм динамической оптимизации.Dynamic optimization subject to constraints 206 (FIG. 1) and 315 (FIG. 2) is used to obtain optimal control actions for a given depth using a dynamic optimization algorithm.

Исходными данными для динамической оптимизации являются:The initial data for dynamic optimization are:

- Текущий оцененный режим.- Current rated mode.

- Прогноз в виде набора спрогнозированных режимов.- Forecast as a set of predicted modes.

- Список возможных управляющих воздействий (УВ).- List of possible control actions (HC).

- Состояния УВ.- HC states.

Прогнозные состояния системы за рассматриваемый диапазон времени представляют собой множество:The predicted states of the system for the considered time range are the set:

Figure 00000009
Figure 00000009

Xi - вектор состояния системы в каждый момент времени.X i is the state vector of the system at each moment of time.

В предлагаемом решении учитывается стоимость управляющих воздействий, зависящая не только от вектора состояния системы, но и от времени. В результате оптимизации весь рассматриваемый временной диапазон распадается на несколько поддиапазонов, на каждом из которых находится оптимальное для данного поддиапазона решение. Полная целевая функция задачи оптимизации может быть записана, как:The proposed solution takes into account the cost of control actions, which depends not only on the state vector of the system, but also on time. As a result of optimization, the entire considered time range is divided into several subranges, each of which contains the optimal solution for this subrange. The complete objective function of the optimization problem can be written as:

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
- вектор оптимальных управляющих параметров на поддиапазоне;
Figure 00000011
- vector of optimal control parameters on the subrange;

bp и ep - индексы начала и конца поддиапазона во временном срезе;b p and e p - indices of the beginning and end of the subrange in the time slice;

С - функция стоимости воздействий, зависящая от стоимости каждого конкретного воздействия с учетом времени, задаваемого индексом i;C is a function of the cost of impacts, depending on the cost of each specific impact, taking into account the time specified by the index i;

ξ0 принимается равным начальному значению управляющих параметров Х0.ξ 0 is taken equal to the initial value of the control parameters X 0 .

ƒi - целевая функция каждой подзадачи оптимизации, включающая:ƒ i - objective function of each subproblem of optimization, including:

- потери активной мощности;- loss of active power;

- отклонения от допустимых диапазонов по напряжению;- deviations from the allowable voltage ranges;

- нарушения режимных ограничений.- Violations of regime restrictions.

Стоимость управления С тем или иным оборудованием зависит от таких факторов, как:The cost of managing this or that equipment depends on factors such as:

- остаточный ресурс оборудования;- residual resource of the equipment;

- приоритет использования УВ;- priority use of hydrocarbons;

- минимально допустимое время между коммутациями одним и тем же устройством.- the minimum allowable time between switching by the same device.

Такая постановка задачи динамической оптимизации позволяет получить оптимальное значение за весь рассматриваемый период времени. Поиск глобального оптимума на всем прогнозном диапазоне осуществляется с учетом стоимости УВ, учитываемой в общей целевой функции.This formulation of the dynamic optimization problem allows one to obtain the optimal value for the entire period under consideration. The search for the global optimum over the entire forecast range is carried out taking into account the cost of the HC, which is taken into account in the general objective function.

Целевая функция ƒi(Xi), используемая в статической оптимизации предполагается выпуклой. Невыпуклая целевая функция в задаче оптимизации режимов может заменяется на двойственную ей выпуклую функцию.The objective function ƒ i (X i ) used in static optimization is assumed to be convex. A non-convex objective function in the problem of mode optimization can be replaced by its dual convex function.

Множество решений локальной оптимизации minƒi(Xi) ограничивают снизу решения общей задачи оптимизации с целевой функцией на всем временном диапазоне. На примере выпуклой функции в разрезе одного управляющего параметра для двух точек временного диапазона: если xd - значение управляющего параметра для оптимальной точки всего представленного диапазона, то значение целевой функции в этой точке заведомо выше значения целевой функции в точках локального оптимума (xl, х2).The set of local optimization solutions minƒ i (X i ) limit from below the solutions of the general optimization problem with an objective function over the entire time range. On the example of a convex function in the context of one control parameter for two points of the time range: if x d is the value of the control parameter for the optimal point of the entire presented range, then the value of the objective function at this point is obviously higher than the value of the objective function at the local optimum points (x l , x 2 ).

Используя это свойство, определяются и максимально ограничиваются области поиска оптимальных решений для всего временного диапазона. В каждом расчете статической оптимизации определяются измерения, которые влияют на целевую функцию:Using this property, the search areas for optimal solutions for the entire time range are determined and maximally limited. Each static optimization calculation defines the dimensions that affect the objective function:

Figure 00000012
Figure 00000012

Xξ - значение управляющих параметров;X ξ - the value of the control parameters;

x - значения вектора состояния системы.x - values of the system state vector.

Данная область представляет собой многомерный куб с числом измерений большим на единицу, чем количество параметров, которые изменялись в процессе оптимизации единичных моментов времени и ограниченный пределами, в которых эти параметры изменялись. На практике такая область получается небольшой, так как для близких по времени режимов, как правило, получаются близкие оптимальные управляющие воздействия.This area is a multidimensional cube with a number of dimensions greater by one than the number of parameters that have changed in the process of optimizing single points in time and limited by the limits in which these parameters have changed. In practice, such a region turns out to be small, since for regimes close in time, as a rule, close optimal control actions are obtained.

Для поиска глобальных оптимумов и их количества на всем временном диапазоне применяется алгоритм имитации отжига. Это тем более оправдано для случая дискретных управляющих воздействий.An annealing simulation algorithm is used to search for global optima and their number over the entire time range. This is all the more justified for the case of discrete control actions.

Начальным приближением для алгоритма имитации отжига являются решения задачи локальной оптимизации, входящие в область поиска решений. Алгоритмом имитации отжига решается следующая оптимизационная задача:The initial approximation for the annealing simulation algorithm is the solutions of the local optimization problem included in the solution search area. The annealing simulation algorithm solves the following optimization problem:

Figure 00000013
Figure 00000013

ξd - вектор оптимальных управляющих параметров на поддиапазоне;ξ d - vector of optimal control parameters on the subrange;

bp и ер - индексы начала и конца поддиапазона во временном срезе;b p and e p - indices of the beginning and end of the subband in the time slice;

С - функция стоимости воздействий зависящая от стоимости каждого конкретного воздействия с учетом времени, задаваемого индексом i;C - impact cost function depending on the cost of each specific impact, taking into account the time specified by the index i;

ƒi - целевая функция каждой подзадачи оптимизации, включающая:ƒ i - objective function of each subproblem of optimization, including:

- потери активной мощности;- loss of active power;

- отклонения от допустимых диапазонов по напряжению;- deviations from the allowable voltage ranges;

- нарушения режимных ограничений.- Violations of regime restrictions.

Для поиска оптимального значения непрерывных управляющих величин, таких, как инъекции активной и реактивной мощности в узлах графа электрической сети, предлагается использовать гибридный метод имитации отжига для непрерывных величин и метод градиентного спуска.To find the optimal value of continuous control variables, such as active and reactive power injections in the nodes of the electrical network graph, it is proposed to use a hybrid annealing simulation method for continuous variables and the gradient descent method.

Статическая оптимизацияStatic optimization

Задача статической оптимизации режима, решаемая для каждого режима в процессе динамической оптимизации в общем виде может быть записана следующим образом:The problem of static mode optimization, which is solved for each mode in the process of dynamic optimization, can be written in general form as follows:

Figure 00000014
Figure 00000014

целевая функция ƒ(⋅) формулируется, как:the objective function ƒ(⋅) is formulated as:

Figure 00000015
Figure 00000015

управляющие параметры оптимизации ug, kt, yc - напряжения в балансирующих по реактивной мощности узлах, коэффициенты трансформации и проводимости компенсаторов соответственно;optimization control parameters u g , k t , y c - voltages in reactive power balancing nodes, transformation ratios and conductivities of compensators, respectively;

В - множество ветвей;B - many branches;

N - множество узлов.N - set of nodes.

Приоритет учета и масштабирование параметров целевой функции задаются константами: cΔP - константа масштабирующая учет потерь, cU - константа масштабирующая учет отклонения напряжений в узлах.The priority of accounting and scaling of the parameters of the objective function are given by constants: c ΔP - constant scaling accounting for losses, c U - constant scaling accounting for voltage deviations in the nodes.

Ограничения на управляющие параметры представляют собой простые границы допустимых значений:Restrictions on control parameters are simple boundaries of acceptable values:

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

ug, kt, gc - управляющие параметры оптимизации;u g , k t , g c - optimization control parameters;

G ∪ Cu - множество генераторных узлов участвующих в оптимизации и компенсаторов, регулирующих напряжение;G ∪ Cu - a set of generator nodes involved in optimization and compensators that regulate voltage;

T - множество трансформаторных ветвей, участвующих в оптимизации;T is the set of transformer branches involved in the optimization;

С - множество узлов с компенсаторами, регулирующими напряжение.C - a set of nodes with compensators that regulate the voltage.

Зависимые параметры Δp (потери в ветвях) и Δu (отклонения напряжения в узлах) вычисляются из уравнений электрической сети:The dependent parameters Δp (losses in the branches) and Δu (voltage deviations in the nodes) are calculated from the electrical network equations:

Figure 00000019
Figure 00000019

s - вектор независимых параметров: мощностей Р, Q в нагрузочных узлах; мощности P и напряжения U в узлах балансирующих по реактивной мощности; напряжения U и фаза d в узлах балансирующих одновременно по P и Q.s - vector of independent parameters: powers P, Q in load nodes; power P and voltage U in reactive power balancing nodes; voltage U and phase d in nodes balancing simultaneously in P and Q.

U и u - матрица и вектор составляющих комплексов напряжений;U and u - matrix and vector of components of stress complexes;

Y и yb - матрица и вектор комплексов проводимостей;Y and y b - matrix and vector of conductance complexes;

ub - напряжение базисного узла.u b - voltage of the basic node.

В качестве метода поиска локального оптимума используется метод, основанный на алгоритме L-BFGS-B. Данный метод является квазиньютоновским методом, учитывающим ограничения на управляющие параметры.As a method for finding a local optimum, a method based on the L-BFGS-B algorithm is used. This method is a quasi-Newtonian method that takes into account restrictions on control parameters.

Ограничения на управляющие параметры учитываются в виде граничных условий:Restrictions on control parameters are taken into account in the form of boundary conditions:

Figure 00000020
Figure 00000020

x - значения вектора состояния системы;x - values of the system state vector;

l и u - ограничения управляющего параметра.l and u are control parameter constraints.

Учет ограничений на зависимые параметры режима выполняется в виде барьерных функций, значения которых войдут в общую целевую функцию оптимизации и вычисляются в процессе расчета потокораспределения на каждой итерации оптимизации при фиксированных значениях управляющих параметров. В качестве барьерных функций используются логарифмические функции по аналогии с методом внутренней точки:Accounting for restrictions on the dependent mode parameters is performed in the form of barrier functions, the values of which will be included in the overall objective optimization function and are calculated in the process of calculating the flow distribution at each optimization iteration for fixed values of the control parameters. Logarithmic functions are used as barrier functions by analogy with the interior point method:

Figure 00000021
Figure 00000021

F(x) - барьерная функция;F(x) - barrier function;

gi(x)≤ 0, i=1, …, m;g i (x)≤ 0, i=1, …, m;

m - количество ограничений на зависимые параметры режима.m - the number of restrictions on the dependent mode parameters.

Такой подход позволяет разделить задачу оптимизации на расчет потокораспределения и собственно задачу оптимизации, что с одной стороны упрощается алгоритм оптимизации, с другой стороны в рамках процедуры расчета установившегося режима можно учитывать сложные модели элементов сети и модели автоматических систем управления.This approach allows us to divide the optimization problem into the calculation of the flow distribution and the actual optimization problem, which, on the one hand, simplifies the optimization algorithm, on the other hand, complex models of network elements and models of automatic control systems can be taken into account within the procedure for calculating the steady state.

В результате алгоритм поиска локального оптимума методом L-BFGS-B следующий:As a result, the algorithm for finding a local optimum using the L-BFGS-B method is as follows:

1. На каждом шаге итерационного процесса мы имеем xk - управляющий вектор, ƒ(xk) - значение целевой функции, gk - градиент целевой функции в точке xk.1. At each step of the iterative process, we have x k - the control vector, ƒ(x k ) - the value of the objective function, g k - the gradient of the objective function at the point x k .

2. Для учета ограничений вида l≤x≤u используется метод проекции градиента.2. To take into account restrictions of the form l≤x≤u, the gradient projection method is used.

3. Квадратичная модель функции ƒ записывается следующим образом:3. The quadratic model of the function ƒ is written as follows:

Figure 00000022
Figure 00000022

Bk - аппроксимация матрицы Гессе, полученная квазиньютоновским алгоритмом L-BFGS.B k - approximation of the Hessian matrix, obtained by the quasi-Newtonian algorithm L-BFGS.

Далее определяется кусочно-линейная функция, совпадающая по направлению с антиградиентом и учитывающая ограничения:Next, a piecewise linear function is determined that coincides in direction with the antigradient and takes into account the constraints:

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

x - значения вектора состояния системы;x - values of the system state vector;

l и u - ограничения управляющего параметра.l and u are control parameter constraints.

После этого вычисляется локальный минимум (точка Коши) модельной функции по выбранному кусочно-линейному направлению:After that, the local minimum (Cauchy point) of the model function is calculated along the chosen piecewise linear direction:

Figure 00000025
Figure 00000025

mk(х) - квадратичная модель функции ƒ;m k (x) - quadratic model of the function ƒ;

Итерационный процесс продолжается до тех пор, пока изменение управляющего вектора вдоль направления оптимизации больше допустимой погрешности вычислений:The iterative process continues until the change in the control vector along the optimization direction is greater than the allowable calculation error:

Figure 00000026
Figure 00000026

x - значения вектора состояния системы;x - values of the system state vector;

ε - допустимая погрешность вычислений.ε - allowable calculation error.

При движении по траектории оптимизации возможны ситуации, когда режим не сходится, в том числе из-за учета ограничений при расчете потокораспределения. В этом случае необходимо найти предельный режим вдоль данной траектории, при котором обеспечивается сходимость установившегося режима и зафиксировать новые ограничения.When moving along the optimization trajectory, situations are possible when the mode does not converge, including due to limitations taken into account when calculating the flow distribution. In this case, it is necessary to find the limiting regime along the given trajectory, which ensures the convergence of the steady-state regime and fix new restrictions.

Движение вдоль траектории осуществляется методом деления пополам приращений вектора управляющих воздействий. Квадратичная модель в этом случае записывается, как:The movement along the trajectory is carried out by the method of dividing in half the increments of the vector of control actions. The quadratic model in this case is written as:

Figure 00000027
Figure 00000027

Bk - аппроксимация матрицы Гессе, полученная квазиньютоновском алгоритмом L-BFGS;B k - approximation of the Hessian matrix, obtained by the quasi-Newtonian algorithm L-BFGS;

Figure 00000028
α - кратность деления шага.
Figure 00000028
α - step division multiplicity.

Для контроля результатов оптимизации 207 (фиг. 1), проверки нарушения аварийных ограничений 316 (фиг. 2), проверки нарушения предупредительных ограничений 317 (фиг. 2), аварийных сообщений 318 (фиг. 2), предупредительных сообщений 319 (фиг. 2) за работой алгоритма оптимизации предусмотрена выдача следующей информации:To monitor optimization results 207 (FIG. 1), check for violation of alarm limits 316 (FIG. 2), check for violation of warning limits 317 (FIG. 2), alarm messages 318 (FIG. 2), warning messages 319 (FIG. 2) The operation of the optimization algorithm provides for the output of the following information:

• Резюме по итоговому режиму оптимизации:• Summary of final optimization mode:

- Величина целевой функции до оптимизации и после;- The value of the objective function before and after optimization;

- Величина потерь до и после оптимизации;- The amount of losses before and after optimization;

- Нарушения границ напряжения до и после оптимизации.- Violations of stress limits before and after optimization.

• Резюме по результату статической оптимизации по каждому прогнозному режиму:• Summary of the result of static optimization for each predictive mode:

- Величина целевой функции до оптимизации и после;- The value of the objective function before and after optimization;

- Величина потерь до и после оптимизации;- The amount of losses before and after optimization;

- Нарушения границ напряжения до и после оптимизации.- Violations of stress limits before and after optimization.

• Перечень управляющих воздействий в результате статической оптимизации по каждому режиму.• List of control actions as a result of static optimization for each mode.

• Перечень управляющих воздействий в результате динамической оптимизации с временем их применения.• List of control actions as a result of dynamic optimization with the time of their application.

Результаты работы системы по выдаче управляющих воздействий 208 (фиг. 1) и 320 (фиг. 2)The results of the system for issuing control actions 208 (Fig. 1) and 320 (Fig. 2)

Система оптимального управления напряжением и реактивной мощностью выдает задания ССПД, содержащие:The system of optimal voltage and reactive power control issues SSPD tasks containing:

• Ограничения в виде границы по напряжению (максимального и минимального) для каждого локального регулятора:• Voltage limits (maximum and minimum) for each local regulator:

- Каждое ограничение может содержать несколько точек измерения напряжения, соответствующих точкам сети, в которых контролируется напряжение локальным регулятором.- Each limitation can contain several voltage measurement points, corresponding to network points where the voltage is controlled by the local regulator.

- Для каждого ограничения задается время его действия.- For each restriction, the time of its validity is set.

- Ограничения иерархичны. Если заканчивается время действия ограничения, то вступает в действие ограничение более высокого уровня. При этом должно контролироваться, то, что ограничения не противоречивы, как по значениям, так и по времени. На самом верхнем уровне иерархии границ (корневом элементе иерархии) находятся базовые границы с бесконечным временем действия.- Constraints are hierarchical. If the limitation expires, then the higher-level constraint takes effect. At the same time, it should be controlled that the restrictions are not contradictory, both in terms of values and in time. At the topmost level of the boundary hierarchy (the root element of the hierarchy) are the base boundaries with infinite duration.

• Задание на управление для каждого локального регулятора с требуемым временем его отработки. Задания могут быть следующих типов:• Control task for each local controller with the required time of its completion. Tasks can be of the following types:

- Величина требуемого напряжения в точках сети, в которых контролируется напряжение локальным регулятором.- The value of the required voltage at the network points where the voltage is controlled by the local regulator.

- Номер отпайки РПН и соответствующий коэффициент трансформации.- No. of tap tap and corresponding transformation ratio.

- Требуемую величину индуктивности УШР.- The required value of CSR inductance.

- Для контроля работы системы оптимального управления напряжением и реактивной мощностью со стороны оператора на рабочей станции в оперативном режиме отображается следующая информация.- To control the operation of the system for optimal control of voltage and reactive power on the part of the operator, the following information is displayed on the workstation in the online mode.

• Результаты прогноза на определенную глубину:• Forecast results for a certain depth:

- Оцененная ошибка прогноза;- Estimated forecast error;

- Наибольшие отличия спрогнозированного режима от текущего- The greatest differences between the predicted mode and the current one

режима;mode;

- Прогнозируемый режим (на схеме и в таблицах).- Predictive mode (on the scheme and in tables).

• Результаты оптимизации:• Optimization results:

- Оптимальный режим (на схеме и в таблицах);- Optimal mode (in the diagram and in tables);

- Отличия целевой функции в исходном и начальном режиме;- Differences in the objective function in the initial and initial modes;

- Управляющие воздействия, соответствующие данному оптимальному режиму.- Control actions corresponding to this optimal mode.

• Статистика по остаточному ресурсу управляющих устройств.• Statistics on the remaining resource of control devices.

Claims (5)

1. Способ интеллектуального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы, включающий установку централизованной координирующей системы (ЦКС) для сбора и обработки данных от узлов энергосистемы, а также формирования и передачи управляющих воздействий к узлам энергосистемы, содержащей соединенные каналами связи координирующую управляющую систему с базой данных и подсистему оптимального управления (ПОУ) напряжением и реактивной мощностью энергосистемы, и по меньшей мере одну децентрализованную узловую систему управления напряжением и реактивной мощностью (УСУНРМ), соединенную с ЦКС каналами связи для передачи данных, при этом координирующую управляющую систему выполняют с возможностью получения информации о состоянии энергосистемы, формирования среза данных по ней, передачи среза данных в ПОУ, получения перечня управляющих воздействий и уставок локальных регуляторов режимной автоматики от ПОУ и передачи управляющих воздействий и уставок в энергосистему в соответствии с требуемым временем их применения, ПОУ выполняют с возможностью оценки и обработки среза данных, сформированного координирующей управляющей системой, выбора на основе среза данных состава управляющих воздействий и уставок, формирования в базе данных для каждого управляющего воздействия выходного тэга, соответствующего номеру узла энергосистемы, на который направлено данное управляющее воздействие, и каждую децентрализованную УСУНРМ выполняют с возможностью расчета управляющих воздействий и уставок локальных регуляторов режимной автоматики для оптимального управления напряжением и реактивной мощностью узлов энергосистемы в реальном времени посредством передачи запросов и управляющих воздействий к узлам энергосистемы, а также автономной работы в случае исчезновения всех каналов связи с ЦКС.1. A method for intelligent control of voltage and reactive power of a power system, including the installation of a centralized coordinating system (CCS) for collecting and processing data from power system nodes, as well as generating and transmitting control actions to power system nodes, containing a coordinating control system connected by communication channels with a database and an optimal control subsystem (POA) for the voltage and reactive power of the power system, and at least one decentralized nodal voltage and reactive power control system (USUNRM) connected to the MSC by communication channels for data transmission, while the coordinating control system is configured to receive information about the state power system, forming a slice of data on it, transmitting a slice of data to the POU, obtaining a list of control actions and settings of local regulators of regime automation from the POU and transferring control actions and settings to the power system in accordance with the required time of their application, the POU is performed with the ability to evaluate and process the slice data generated by the coordinating control system, selection based on the data cut of the composition of control actions and settings, formation in the database for each control action of the output tag corresponding to the number of the power system node to which this control action is directed, and each decentralized USUNRM is performed with the ability to calculate control influences and settings of local regulators of regime automation for optimal control of voltage and reactive power of power system nodes in real time by transmitting requests and control actions to power system nodes, as well as autonomous operation in the event of the disappearance of all communication channels with the CCS. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каналы связи для передачи данных дублированы.2. The method according to claim 1, characterized in that the communication channels for data transmission are duplicated. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что централизованная координирующая система включает имитационную подсистему, включающую серверное оборудование и выполненную с возможностью имитации реальной динамической энергосистемы для формирования предварительной базы данных и отработки общего взаимодействия узлов системы интеллектуального управления напряжением и реактивной мощностью энергосистемы.3. The method according to claim 1, characterized in that the centralized coordinating system includes a simulation subsystem, including server equipment and configured to simulate a real dynamic power system to form a preliminary database and work out the general interaction of the nodes of the intelligent control system for voltage and reactive power of the power system. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что централизованная координирующая система включает автоматизированное рабочее место, выполненное с возможностью визуализации и контроля рабочего процесса пользователем.4. The method according to claim 1, characterized in that the centralized coordinating system includes a workstation, configured to visualize and control the workflow by the user. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что узловая система управления напряжением и реактивной мощностью включает автоматизированное рабочее место, выполненное с возможностью визуализации и контроля рабочего процесса пользователем.5. The method according to claim 1, characterized in that the nodal voltage and reactive power control system includes an automated workstation, made with the ability to visualize and control the workflow by the user.
RU2022108776A 2022-04-01 Method for intelligent control of voltage and reactive power of a power system RU2793231C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793231C1 true RU2793231C1 (en) 2023-03-30

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6624532B1 (en) * 2001-05-18 2003-09-23 Power Wan, Inc. System and method for utility network load control
WO2009042581A1 (en) * 2007-09-24 2009-04-02 Edsa Micro Corporation Real-time stability indexing for intelligent energy monitoring and management of electrical power network system
RU2518178C2 (en) * 2008-05-09 2014-06-10 Эксенчер Глоубл Сервисиз Лимитед System and method for control of electric power system
RU2541911C2 (en) * 2010-07-30 2015-02-20 Эксенчер Глоубл Сервисиз Лимитед Intelligent system kernel
RU2750260C1 (en) * 2020-12-30 2021-06-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Method for controlling the modes of the electric power system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6624532B1 (en) * 2001-05-18 2003-09-23 Power Wan, Inc. System and method for utility network load control
WO2009042581A1 (en) * 2007-09-24 2009-04-02 Edsa Micro Corporation Real-time stability indexing for intelligent energy monitoring and management of electrical power network system
RU2518178C2 (en) * 2008-05-09 2014-06-10 Эксенчер Глоубл Сервисиз Лимитед System and method for control of electric power system
RU2541911C2 (en) * 2010-07-30 2015-02-20 Эксенчер Глоубл Сервисиз Лимитед Intelligent system kernel
RU2750260C1 (en) * 2020-12-30 2021-06-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Method for controlling the modes of the electric power system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102938588B (en) Intelligent power grid safety and stability early-warning and control system
Leite et al. Development of a self-healing strategy with multiagent systems for distribution networks
Liu et al. The control and analysis of self-healing urban power grid
CN101548447B (en) Determination and use of power system sensitivities for power flow control
CN102930344B (en) A kind of ultra-short term bus load Forecasting Methodology based on load trend change
US10355478B2 (en) System and method for asset health monitoring using multi-dimensional risk assessment
CN102938587A (en) Intelligent power grid safety and stability early-warning and control method
CN110380412B (en) Main and auxiliary integrated online real-time loop closing analysis method based on CIM/SVG
CN106099907B (en) The online emergent control decision-making technique of meter and transient state and static security scleronomic constraint
CN102290811A (en) Method for evaluating accident prearranged plan and running way
Wang et al. A load modeling algorithm for distribution system state estimation
CN110826228A (en) Regional power grid operation quality limit evaluation method
CN107147123B (en) The wide area real time coordination control system of short-term frequency stability
CN112615373A (en) Flexible power distribution system distributed control strategy optimization method considering information failure
Xue Some viewpoints and experiences on wide area measurement systems and wide area control systems
RU2793231C1 (en) Method for intelligent control of voltage and reactive power of a power system
Anthony Reliability analysis of distribution network
CN107093151A (en) Power System Intelligent section is managed and safety on line nucleus correcting system
Ostermann et al. A minimum-regret-based optimization approach for power system restoration in EHV grids
RU2812195C1 (en) Method for intelligent load control in isolated power systems in emergency modes and device for its implementation
Zad et al. An innovative centralized voltage control method for MV distribution systems based on deep reinforcement learning: Application on a real test case in Benin
Glazunova et al. Available transfer capability determination on the basis of a trade-off approach
KR20210034303A (en) EVALUATION METHOD and SYSTEM OF POWER NETWORK RELIABILITY
CN117010837B (en) Basic resource batch matching method based on longitude and latitude coordinates
Dogan et al. Monte Carlo sampling vs. discrete forecast error scenarios in grid reliability assessment for short-term planning