CC BY
69
Сведения об авторах Кубарьков Юрий Петрович
доцент Самарского государственного технического университета, кандидат технических наук
Россия, 443100, г.Самара, ул.Молодогвардейская, д.244 тел. 8-(846)-242-37-89; эл. почта: tsara.cuba@yandex.ru
Рыгалов Алексей Юрьевич
ассистент Самарского государственного технического университета Россия, 443100, г.Самара, ул.Молодогвардейская, д.244 тел. 8-(846)-242-37-89
Макаров Ярослав Викторович
инженер Самарского государственного технического университета Россия 443100, г.Самара, ул.Молодогвардейская, д.244 тел. 8-(846)-242-37-89
Карпов Алексей Сергеевич
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А эл. почта: asc_apatity@mail.ru
УДК 620.9.001.5
Ю.П.Кубарьков, А.Ю.Рыгалов, Я.В.Макаров, А.С.Карпов
АНАЛИЗ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МУЛЬТИАГЕНТНОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация
Проведен анализ аварийных состояний сети, а также рассмотрены способы восстановления электроснабжения потребителей с использованием мультиагентной системы.
Ключевые слова:
мультиагентная система, восстановление питания потребителей, моделирование.
Y.P.Koubarkov, A.Yu.Rygalov, Ya.V.Makarov, A.S.Karpov
ANALYSIS AND RECOVERY OF POWER SUPPLY SYSTEM OPERATION MODES BY APPLYING MULTI-AGENT SYSTEM
Abstract
Network emergency condition analysis has been made and, the ways of consumer power supply restoration by applying multi-agent system are discussed.
Keywords:
multi-agent system, consumer power supply restoration, modeling.
В настоящее время все больший интерес приобретает применение интеллектуальных компьютерных агентов для решения различного рода сложных задач с точки зрения аналитики. Агентно-ориентированные системы и технологии уже находят свое применение в ряде организаций, где они успешно справляются с поставленными задачами. Применение агентно-ориентированных систем в энергетике является новой ветвью данного направления. Опыт внедрения в некоторых зарубежных электроэнергетических сетях показывает неоднозначные результаты ввиду не проработанности вопроса: если одни системы нормально функционируют, то другие, наоборот, отказываются хоть как-то функционировать. Однако данное направление является перспективным и наиболее приоритетным из уже существующих технологий управления [1].
При возникновении короткого замыкания (КЗ) или выходе линии электропередач из строя ее отключает автоматика, и первый, кто почувствует на себе последствия этого явления, будет потребитель, а затем и диспетчер.
Если линия, питающая потребителя, является единственной (т.е. тупиковой), то потребитель останется без питания на время ее ремонта. Если же линия не единственная, то произойдет перераспределение нагрузки на оставшиеся в рабочем состоянии линии. При этом потери электроэнергии возрастают и падение напряжения из-за протекания большего тока по оставшимся линиям, соответственно, тоже увеличивается. При этом диспетчер проверяет допустимость установившегося режима и при необходимости производит оперативные переключения.
Также имеется еще один вариант развития событий: потребитель питался от двух различных источников посредством двух линий электропередач и одна из них вышла из строя. Тогда часть потребителей может потерять питание, ввиду того что при перераспределении мощности потери возрастут и баланс мощностей может быть не соблюден. В свою очередь диспетчеру необходимо согласовать работу, скорректировать графики нагрузки электрических станций и произвести соответствующие переключения в сети.
Как видно из вышеописанного, переходный режим при возникновении нештатной ситуации может значительно затянуться, а новый установившийся режим может требовать оптимизации по критериям минимума потерь электроэнергии и допустимых падений напряжения.
Сейчас для расчета сложных электрических сетей применяется метод расчета, требующий составления схемы замещения сети. Однако полную схему сети составить чрезвычайно сложно из-за недостатка данных о фактическом состоянии оборудования. При этом, даже если удастся ее составить, то расчет производится для установившегося режима всей сети, что является сложной задачей и занимает значительное время, а также из-за пробелов в исходных данных возникают дополнительные погрешности.
Предлагаемая мультиагентная система действует по совершенно иному алгоритму. Во-первых, каждая линия, трансформатор, генератор и нагрузка представляются в виде своего собственного агента, имеющего вполне конкретные внутренние характеристики объекта (например активное и реактивное сопротивления для ЛЭП), а также контролирующего замещаемый объект по ряду параметров (напряжение, передаваемая мощность, потери и т.д.). Во-вторых, вся сеть строится из агентов этих элементов, при этом взаимодействовать могут только взаимосвязанные элементы, т.е. элементы непосредственно связанные друг с другом; таким образом исключается чрезмерное усложнение путей коммуникации между агентами [2].
При возникновении аварии и отключении/выходе из строя элемента сети, агент этого элемента сообщает соседним агентам о потере питания на данном участке, тем самым запуская процесс поиска альтернативного пути подачи электроэнергии потребителю.
Если линия является тупиковой, то альтернативного пути просто не существует и, как и в первом случае, потребитель остается без питания. Если параллельно вышедшей из строя линии имеются еще линии, питающие потребителя, то нагрузка с помощью агента шин равномерно перераспределяется на оставшиеся линии и при изменившихся параметрах агентами линий происходит перерасчет потерь мощности в новом режиме и перерасчет падений напряжения.
Если параллельная линия находилась в отключенном состоянии, то агент шин переключает всю нагрузку на указанную линию, а агент этой линии пересчитывает значения потерь мощности и напряжения в соответствии с внутренними параметрами этой линии (при эквивалентности этих линий режим практически не меняется).
Указанный способ является наиболее простым и понятным, а также не требующим составления и перерасчета всей схемы сети из-за локального характера аварии и возникающей при этом задачи [3].
Однако наиболее сложным моментом является отключение одной из двух независимых друг от друга линий электропередач (при кольцевой или многоконтурной схеме питания потребителя), так как при этом требуется полный пересчет нового режима. Рассмотрим более подробно аварию такого рода.
Схема сети представлена на рис. Она состоит из семи линий электропередач (Ш-Ж7), трех подстанций (П/ст 1-П/ст 3), трех станций разного типа (ТЭЦ, АЭС и ГЭС), семи трансформаторов и пяти потребителей. Предполагается, что авария произошла на линии ^5 и при этом она отключилась.
ТЭЦ
Рис. Принципиальная схема сети
При любой аварии, как уже указывалось выше, агент поврежденного элемента посылает уведомительные письма ближайшим агентам (в данном случае агент линии ^5 посылает 2 сообщения агенту шин ВН Ш6 П/ст 3 и агенту шин ВН Ш5 трансформатора Т6). В свою очередь агент шин Ш5, получая данные об отказе линии ^5 и передаваемой по ней мощности, делает запрос о возможности передачи этой мощности по линии Ш4. Агент линии просчитывает эту возможность с учетом пропускной способности линии. Здесь возможны три варианта: линия может пропустить указанную мощность либо часть мощности или же не может осуществить передачу мощности вообще по причине загрузки (все варианты зависят от графика загрузки линии).
Наиболее неблагоприятный вариант - если линия не может передать указанную мощность, следовательно, часть потребителей, питавшихся от ГЭС, будет полностью отключена. О чем сообщит агент шин Ш5, как только получит соответствующее уведомление; при этом ГЭС будет разгружена на величину указанной мощности, а потребителю будет постепенно восстановлено питание за счет других станций.
Более приемлемый вариант - если линия ^4 может передать какую-то часть электроэнергии, тогда агент шин Ш5 даст команду разгрузить ГЭС (и, соответственно, трансформатор Т6) на величину мощности, которую невозможно передать (при этом произойдет перерасчет потерь мощности в трансформаторе его агентом), и переключит остальную мощность на линию №4.
Далее агент шин Ш4, получая дополнительную мощность с линии ^4 за вычетом потерь в ней, постарается сохранить баланс мощности на собственных шинах и уменьшит
мощность, получаемую от АЭС по линии W3 на величину, поступающую по W4. При этом агент линии W3 произведет пересчет потерь мощности и падения напряжения.
Избыточная мощность, ранее передававшаяся по линии W3, агентом шин Ш3 будет переброшена на линию W2, если она сможет ее передать.
Параллельно с этим агент шин Ш6 сделает запрос о возможности передачи по линии W6 мощности, которая ранее протекала по линии W5. И вновь возникает три варианта: мощность возможно передать, мощность возможно передать частично и мощность невозможно передать.
Если мощность невозможно передать, то агент линии отправляет ответное сообщение, получив которое агент шин Ш6 отключает часть потребителей на время ремонта линии W5 и сообщает об этом агенту Ш5 посредством агента линии W5. Тогда агент Ш5 меняет изначальную стратегию поведения и дает команду разгрузки ГЭС. Агент трансформатора Т6 пересчитывает режим работы трансформатора. Алгоритм заканчивается.
Если же по линии W6 возможно передать часть электроэнергии, тогда ее агент сообщает об этом агенту шин Ш6 и посылает запрос агенту шин Ш1, который пересылает запрос агенту линии W1. Агент шин Ш1 не посылает запрос агенту трансформатора Т1 из-за того, что П/ст1 является понизительной, то есть на стороне низкого напряжения нет генерирующих объектов и вся мощность поступает по линии W1.
Агент линии W1 в свою очередь также может дать три варианта ответа: есть возможность передачи, есть возможность частичной передачи и нет возможности передачи. Если нет возможности передачи, то, как и в предыдущем случае с линией W6, агент линии сообщает об этом агенту шин Ш6 и алгоритм завершается.
Если возможность передачи частична, то мощность, проходящая через линию W6, уменьшается до величины, которую может пропустить линия W1 с учетом потерь в самой линии. И таким образом агент линии W1 сначала просчитывает потери и падение напряжения своей линии и передает соответствующие значения агенту шин Ш1, а тот передает их агенту линии W6, затем агент линии W6 пересчитывает свои потери мощности и падения напряжения.
После чего агент линии W1 отправляет запрос агенту шин Ш2. Этот агент отправляет запрос агенту трансформатора Т2 о возможности передачи указанной мощности и одновременно отправляет такой же запрос агенту линии W3.
Агент Т1 может дать такие же ответы, как и любой агент линии электропередач (возможность есть, есть частичная возможность и нет возможности). Если возможности нет, то об этом уведомляется агент шин Ш2. Если возможность имеется, то в зависимости от того, какую мощность можно передать, агентом Т1 формируется новый запрос агенту ТЭЦ. А агент ТЭЦ формирует ответ в зависимости от имеющейся резервной мощности и условий инерционности агрегатов (котлов, турбин и т.д.) и отсылает его через агента Т2 агенту шин Ш2.
Второй запрос, отправленный агентом шин Ш2 агенту линии W2, проверяет возможности линии W2. При отказе информация поступает к агенту шин Ш2, а затем вся информация, полученная агентом Ш2, включая возможность получения питания от ТЭЦ с учетом различных параметров, поступает агенту шин Ш6 по цепочке: W2-Ш2-W1-Ш1-W6-Ш6. Агент шин Ш6 отключает часть нагрузки и сообщает агенту ТЭЦ о необходимости выработки дополнительной мощности, а затем по мере набора мощности подключает нагрузку.
При возможности частичной передачи мощности по линии W2 эта величина сравнивается с требуемой и, если необходимо, накладывается очередное ограничение и происходит пересчет потерь и падений напряжения в линиях W2, W1 и W6 соответствующими агентами.
Далее запрос поступает от агента линии W2 агенту шин Ш3, который уже имеет избыток некоторой мощности на своих шинах. Агент шин Ш3 сравнивает значения
избытка мощности и требуемой величины мощности и при необходимости подает запрос агенту АЭС об уменьшении мощности.
Таким образом избыточная электроэнергия с шин ШЗ по линии W2, с учетом ее пропускной способности, потерь мощности и падения напряжения поступает на шины ТТТ2, далее по линии W1 с теми же условиями на шины Ш1 и, наконец, по линии W6 на шины Шб, которые и требовалось запитать.
При этом необходимо учитывать, что при передаче электроэнергии на дальние расстояния (передача электроэнергии от АЭС по линиям W2, W1 и W6) возможно значительное падение напряжения на шинах Шб [4]. Для устранения этого недостатка агенты соответствующих линий после расчета падений напряжения на своем участке могут подать сигнал на компенсацию реактивной мощности ближайшим агентам компенсирующих устройств (на схеме не указаны).
Но даже при этом вновь установившийся режим не будет оптимальным, а также не все потребители будут обеспечены электроэнергией. То есть данный алгоритм позволит экстренно восстановить питание некоторой части потребителей, однако в дальнейшем потребует корректировки установившегося режима.
Литература
1. Nagata T. A multi-agent approach to power system restoration / T.Nagata, H.Sasaki // IEEE transactions on Power Systems. - 2002. - Vol.17, № 2.
2. Pipattanasomporn M. Multi-agent systems in a distributed smart grid: Design and implementation / M.Pipattanasomporn, H.Feroze, S.Rahman // Proc. IEEE PES 2009 Power Systems Conference and Exposition (PSCE’09), Mar 2009, Seattle.
3. Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям / В.Б.Тарасов. - М.: Эдиториал УРСС, 2002. - 352 с.
4. Камаев В.А. Интеллектуальные системы автоматизации управления энергосбережением / В.А.Камаев, М.В.Щербаков, А.Бребельс // Открытое образование. - 2011. - № 2. - C. 227-231.
Сведения об авторах
Кубарьков Юрий Петрович
доцент Самарского государственного технического университета, кандидат технических наук
Россия, 443100, г.Самара, ул.Молодогвардейская, д.244 тел. 8-(846)-242-З7-89; эл. почта: tsara.cuba@yandex.ru
Рыгалов Алексей Юрьевич
ассистент Самарского государственного технического университета,
Россия, 443100, г.Самара, ул.Молодогвардейская, д.244 тел. 8-(846)-242-З7-89 Макаров Ярослав Викторович
инженер Самарского государственного технического университета,
Россия, 443100, г.Самара, ул.Молодогвардейская, д.244 тел. 8-(846)-242-З7-89
Карпов Алексей Сергеевич
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.
Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А эл. почта: asc_apatity@mail.ru
