Детальная информация

Данная работа посвящена разработке и обоснованию алгоритма оптимиза-ции режимов электроэнергетических систем (ЭЭС) с использованием устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ) на основе билинейного преобразо-вания (БТ), позволяющего существенно снизить вычислительные затраты. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Обоснование применимости БТ к расчёту установившихся режимов ЭЭС. 2. Вывод аналитических выражений для напряжений, токов и мощностей через БТ и определение способов нахождения констант. 3. Анализ обусловленности систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) для напряжения и мощности, оценка влияния неравномерности распре-деления начальных значений на точность аппроксимации. 4. Разработка интегрального критерия отклонения напряжения, учитыва-ющего одновременно модуль и фазу. 5. Адаптация метода БТ для расчёта периодической составляющей токов короткого замыкания (ТКЗ). 6. Разработка методики выбора оптимального местоположения и парамет-ров устройств продольной компенсации (УПК) на основе таблиц чувствитель-ности. 6. Формулировка векторной целевой функции для многокритериальной оптимизации и оценка вычислительной эффективности подхода. Работа проведена на базе Санкт-Петербургского политехнического уни-верситета Петра Великого. Фактический материал получен путём расчётов уста-новившихся режимов и ТКЗ в программном комплексе RastrWin3 на тестовой схеме IEEE-14. Проведены расчёты обусловленности, погрешности аппрокси-мации, а также многокритериальной оптимизации с использованием генетиче-ского алгоритма. В результате разработан и обоснован алгоритм, позволяющий сократить число расчётов установившихся режимов с 200 000 до 2240 (в 89 раз) и число расчётов ТКЗ с 200 000 до 1400 (в 143 раза) при сохранении относительной по-грешности в допустимых пределах. Предложен новый интегральный критерий отклонения напряжения. Разработана методика выбора оптимального местопо-ложения УПК на основе квартильного анализа таблиц чувствительности. Для достижения данных результатов в работе были использованы следу-ющие информационные технологии, в том числе программное обеспечение, об-лачные сервисы, базы данных и прочие ресурсы: программный комплекс RastrWin3 для расчёта установившихся режимов и токов короткого замыкания; среда математического моделирования MathWorks MATLAB для анализа обусловленности, построения поверхностей отклика и расчёта погрешностей; пакет статистической обработки данных MS Excel для формирования таб-лиц чувствительности и построения диаграмм размаха; собственные программы для ЭВМ на языке MATLAB для расчёта кон-стант БТ (свидетельства о государственной регистрации № 2025690856 и № 2025689222); базы данных тестовых схем IEEE (IEEE-14) и справочных материалов по синхронным машинам [59].

This work is devoted to the development and substantiation of an algorithm for optimizing the operating modes of electric power systems (EPS) using reactive power compensation devices based on the bilinear transformation (BT), which significantly reduces computational costs. The tasks solved in the course of the research: 1. Justification of the applicability of BT to the calculation of steady-state modes of EPS. 2. Derivation of analytical expressions for voltages, currents and powers through BT and determination of methods for finding constants. 3. Analysis of the conditioning of systems of linear algebraic equations (SLAE) for voltage and power, assessment of the influence of non-uniform distribution of ini-tial values on the approximation accuracy. 4. Development of an integral criterion for voltage deviation that takes into ac-count both magnitude and phase. 5. Adaptation of the BT method for calculating the periodic component of short-circuit currents (SCC). 6. Development of a methodology for selecting the optimal location and pa-rameters of series compensation devices (SCD) based on sensitivity tables and quar-tile analysis. 7.Formulation of a vector objective function for multi-criteria optimization and assessment of the computational efficiency of the approach. The work was carried out at the Peter the Great St. Petersburg Polytechnic Uni-versity. The factual material was obtained by calculating steady-state modes and SCCin the RastrWin3 software package on the IEEE-14 test scheme. Calculations of conditioning, approximation error, as well as multi-criteria optimization using a ge-netic algorithm were performed. As a result, an algorithm was developed and substantiated that reduces the number of steady-state mode calculations from 200,000 to 2,240 (89 times) and the number of SCC calculations from 200,000 to 1,400 (143 times) while maintaining the relative error within acceptable limits. A new integral voltage deviation criterion is proposed. A methodology for selecting the optimal location of SCD based on quartile analysis of sensitivity tables is developed. To achieve these results, the following information technologies were used in the work, including software, cloud services, databases and other resources: RastrWin3 software package for calculating steady-state modes and short-circuit currents; MathWorks MATLAB mathematical modeling environment for conditioning analysis, response surface construction and error calculations; MS Excel statistical data processing package for generating sensitivity tables and constructing box plots; proprietary computer programs in MATLAB for automating the calculation of BT constants (certificates of state registration No. 2025690856 and No. 2025689222); databases of IEEE test schemes (IEEE-14) and reference materials on synchro-nous machines [59].