Презентация_МД_Мособлэнерго

1. Исследование режимов управления качеством электрической энергии на основе активно-адаптивных систем управления на примере

Тема выпускной
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ
УПРАВЛЕНИЯ
КАЧЕСТВОМ
квалификационной работы:
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ АКТИВНО-АДАПТИВНЫХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ «МОСОБЛЭНЕРГО»
Выполнил Леймоев Ахмед Русланович
студент 2 курса, гр. ЗАНП-23м
Руководитель: Магомадов Р.А-М.
доцент

2.

Введение
Проблема: Рост нелинейных и импульсных нагрузок (ЧРП, ЭТ, ВИЭ) приводит к
нарушениям качества электроэнергии (КЭЭ): гармоники, фликер, несимметрия,
провалы напряжения.
Последствия: Снижение надежности оборудования, рост потерь, ложные
срабатывания защит, финансовые убытки (штрафы).
Недостаток классических решений: Статичность пассивных фильтров и КРМ,
неспособность адаптироваться к быстро меняющимся режимам.
Решение: Переход к активно-адаптивным системам управления (ААСУ) КЭЭ,
координирующим современные устройства (APF, STATCOM, DVR, BESS) на основе
данных в реальном времени.
Цель работы: Разработка и обоснование архитектуры ААСУ КЭЭ для сетей 0,4–10 кВ
с последующей верификацией.

3. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Ключевые показатели КЭЭ (нормативы
ГОСТ):
• Отклонение напряжения
• Коэффициент
гармонических
искажений (THD)
• Фликер (Pst/Plt)
• Несимметрия напряжений
• Провалы и перерывы
Рисунок 1 – Ключевые показатели КЭЭ и их
взаимосвязи
Основные источники нарушений КЭЭ:
• Нелинейные нагрузки (ЧРП, ИБП, сварочное
оборудование)
• Зарядная инфраструкция электротранспорта (ЭТ)
• Распределенная генерация (ВИЭ)
• Коммутационные процессы и аварийные режимы
Рисунок 3 – Суточные профили нагрузки: сезонная
нестационарность

4.

Типы генераторов
Нелинейные нагрузки:
• Частотно-регулируемые приводы (ЧРП): Ключевой источник гармонических
искажений. Выпрямительно-инверторный каскад генерирует широкий спектр
гармоник (5-я, 7-я, 11-я, 13-я) и интергармоник, связанных с частотой
коммутации и модуляцией нагрузки.
• Источники бесперебойного питания (ИБП): В режиме двойного преобразования
ведут себя аналогично ЧРП, добавляя специфические переходные процессы при
переключении на батарею и обратно.
• Дуговая сварка и плазменные установки: Создают прерывистые, стохастические
токи с широкополосным спектром, что приводит к резким колебаниям
напряжения и фликеру, особенно в сетях с низкой короткозамкнутой мощностью.
Рисунок 15 – Каскадная
модель ЧРП
Зарядная инфраструктура ЭТ:
• Характеристики: Отличаются быстрыми и значительными изменениями
потребляемой мощности. Наблюдается высокое содержание высших гармоник,
особенно при неполной загрузке зарядных станций.
• Влияние на сеть 0,4 кВ: Массовое размещение вызывает просадки напряжения,
значительную несимметрию при однофазном подключении и перегрузку нулевого
проводника.
Распределенная генерация (ВИЭ):
• Фотоэлектрические инверторы: Способны возбуждать интергармонические
колебания и резонансные явления в сети при несовпадении своих настроек с
сетевыми параметрами, несмотря на соблюдение сетевых стандартов.
Рисунок 16 – Зарядная станция и
PV-инвертор

5. Архитектура ААСУ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
АРХИТЕКТУРА ААСУ
Иерархическая архитектура управления:
1. Уровень сети/ДЦ: Стратегическая оптимизация, KPI,
интегральный индекс J.
2. Уровень подстанции (ПС): Координация STATCOM,
BESS, РПН.
3. Уровень фидера: Локальная оптимизация,
реконфигурация.
4. Уровень узла потребления: Быстрое регулирование
(APF, DVR).
Целевая функция: Интегральный индекс соответствия J,
объединяющий метрики качества, надежности и потерь.
Рисунок 13 – Пирамида иерархии и
функции уровней
Рисунок 11 – Архитектура ААСУ с
уровнями и данными

6.

Классификация алгоритмов управления
Самонастраивающиеся регуляторы (нижний
уровень):
MRAC/LMS для Active Power Filter (APF):
Адаптивная компенсация гармоник и
несимметрии токов.
Предиктивное управление (средний уровень):
Model Predictive Control (MPC) для
STATCOM: Быстрая стабилизация напряжения с
учетом прогноза.
Иерархическая оптимизация (верхний
уровень):
Координация STATCOM-BESSРПН: Согласование устройств с разным
быстродействием.
Алгоритм выбора режима: Динамическое
переключение между режимами
"компенсация/резерв/энергосервис" для BESS.

7. Техническая часть (Исполнительные устройства)

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ (ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА)
Техническая реализация: комплекс
исполнительных устройств
Техническое ядро системы составляют современные силовые электронные устройства, образующие многоуровневую структуру
компенсации. Активные фильтры (APF) выполняют точную коррекцию формы токов, устраняя гармонические искажения и
несимметрию в реальном времени. Для динамического регулирования напряжения и реактивной мощности задействуются
статические компенсаторы STATCOM, обладающие минимальным временем отклика.
Защиту критически важного оборудования от кратковременных провалов напряжения обеспечивают устройства DVR, которые
способны мгновенно восстанавливать качество напряжения на нагрузке. Многофункциональные системы накопления энергии
(BESS) расширяют оперативные возможности, сочетая функции компенсации мощности с энергосервисными сценариями работы.
Все эти устройства работают в согласованном режиме с традиционным сетевым оборудованием. Система обеспечивает
бесступенчатое взаимодействие быстродействующих компенсаторов с медленными регуляторами РПН трансформаторов, а также
Временной
Принципы
адаптирует свои алгоритмы к изменениям конфигурации сети, вызванным
срабатыванием
АВР и реклоузеров.
Устройство
Роль в регуляции
диапозон
Рисунок 17 – Интерфейсы
APF/STATCOM/DVR/BESS с сетью
РПН
Средняя точка
напряжения
Секунды–минуты
STATCOM
Быстрая
стабилизация U/Q
мс–с
APF
Гармоники/несим
метрия
мс
Провалы/
DVR12 – Сравнения различных
Таблица
импульсы
устройств
Десятки мс
координации
Редкие шаги;
блокировка при
активном
STATCOM
Следит за зоной
мертвой полосы
РПН
Приоритет
локальной
компенсации
Срабатывание по
событиям с
гистерезисом

8.

Классификация датчиков (Измерительная
инфраструктура)
Приборы качества класса А (IEC 61000-4-30): Высокоточные измерения THD, фликера, несимметрии, регистрация
событий.
Фазовые измерительные модули (PMU): Синхронные измерения фазоров напряжения/тока для диагностики и
координации.
Ключевые
точка
Интеллектуальные
счетчики:
Массовый сбор Типичная
данных, профили
нагрузки, события качества.
Основное назначение
Класс
устройства
Нормируемые
Прибор
измерения
THD,
качества класса Pst/Plt, несимметрии;
А
регистрация
провалов/перерывов
Синхронные фазоры
PMU (phasor
напряжения/тока для
measurement
быстрой диагностики и
unit)
согласования фаз
Учет энергии, профили
нагрузки, событийные
флаги качества
Таблица 1 – Типизация измерителей и их
Интеллектуальн
ый счетчик
роль в системе
характеристики
Погрешность
в
соответствии
с
классом A; частота
дискретизации
до
десятков кГц; пред- и
пост-история
событий
Синхронизация
по
PTP/ГНСС;
выдача
фазоров
25–100
кадр/с;
оценка
частоты
и
ее
производной
Интервальные
профили 1–15 мин;
DLMS/COSEM;
локальные журналы
нарушений
установки
Шины 0,4 кВ РУ НН,
секции
6–10
кВ,
ответственные узлы
потребителей
Шины ПС 6–10 кВ,
ключевые
фидеры,
узлы с ВИЭ/STATCOM
Рисунок 18 – Пайплайн обработки
измерений
Вводы в зданиях,
коммерческие
и
бытовые потребители

9.

Методы передачи данных на сервер
обработки
Архитектура обмена данными представляет собой многоуровневую систему, основанную на современных
промышленных стандартах. Для критически важных операций на уровне подстанции применяется протокол IEC 61850,
обеспечивающий детерминированную передачу синхронных выборок измерений и быстрых команд управления через
механизмы GOOSE и Sampled Values.
Синхронизация измерительных процессов осуществляется с использованием прецизионного протокола PTP (IEEE 1588),
что гарантирует временную точность в микросекундном диапазоне для фазорных измерений и корреляции событий. Для
менее критичных системных задач применяется протокол NTP, обеспечивающий синхронизацию в миллисекундном
диапазоне.
Ключевым элементом инфраструктуры выступает Edge-шлюз подстанции, выполняющий функции агрегации данных, их
первичнойТипобработки
буферизации.
обеспечивает устойчивую работу системы в условиях нестабильной
данных и и
область
Временные Это решение
Особенности
протокол
примененияразгрузить центральные
параметры
безопасности
связи и позволяет
серверы
от обработки сырых данных.
Реальное
время:
Поддержка
GOOSE
–
установки
устройств,
ролей/сертификато
IEC 61850
миллисекунды;
быстродействующие
в (по профилю);
MMS – десятки мс;
MMS/GOOS
события, выборочно –
сегментация сети;
E/SV
SV – до десятков
выборки
мгновенных
изоляция
мкс на линке
значений
VLAN/PRP/HSR
Задержки
от
Простая
Требует
десятков
мс,
телеметрия/телемеханик
туннелирования/A
Modbus
зависит от опроса;
а,
конфигурационные
CL,
контроль
TCP
не
регистры,
считывание
команд на шлюзе,
детерминированн
статуса
аудирование
ый цикл
Аутентификация
по
ключам,
Минутные/десяти шифрование
Таблица 2 – Сравнение
наиболее
применимых
Учет и профили
нагрузки,
DLMS/COS
минутные
каналов,
Рисунок 8 – Потоки данных мониторинга и
управления

10.

Безопасность жизнедеятельности
Соответствие нормативам: Строгое соблюдение ПУЭ,
ПТЭЭП, Правил по охране труда.
• Ключевые принципы организации работ:
1. Работы по наряду-допуску.
2. Проверка отсутствия напряжения и установка
переносных заземлений.
3. Использование средств индивидуальной и
коллективной защиты (диэлектрические перчатки,
каски, дуговая защита).
по Практическая
реализация
LOTO,
Обучение и допуск персонала: Обязательные группы по
Наряд-допуск,
плакаты/ограждения,
группы
по
электробезопасности, периодические проверки знаний. Монтаж/ПНР
проверка отсутствия
электробезопасности
Управление подрядными организациями: Единые
напряжения
Проверка
СИЗ,
требования к безопасности.
испытанные
Средства
защиты,
Работа на ПС
штанги/клещи,
допуск в РУ
диэлектрические
ковры
RBAC, двухфакторная
Работа
с Разграничение прав,
аутентификация,
ПО/уставками
журналирование
команд
Таблица 25 - Организация работ и электробезопасность журнал
при
Датчики
эксплуатации
Пожарная
газа/температуры,
Процесс/операция
Требование
безопасности

11. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение проделанной работе были достигнуты следующие результаты:
1.Разработана комплексная архитектура активно-адаптивной системы управления качеством электроэнергии для
распределительных сетей 0,4-10 кВ, предусматривающая четкое функциональное разделение по уровням "сеть-ПС-фидер-узел
потребления"
2.Создан интегральный индекс соответствия качества электроэнергии, который объединил нормативные метрики (THD, фликер,
несимметрию) с технико-экономическими показателями сети (надежность, потери, ресурс оборудования)
3.Разработаны и верифицированы алгоритмы активно-адаптивного управления, включая самонастраивающиеся регуляторы
активных фильтров (MRAC/LMS), предиктивное управление STATCOM (MPC) и систему координации разнотипных устройств
4.Сформирован комплекс технических решений по измерительной инфраструктуре, коммуникационным протоколам и
исполнительным устройствам, готовый к практической реализации на объектах "Мособлэнерго"
5.Подтверждена эффективность предложенных решений путем моделирования и HIL/SIL испытаний, показавших статистически
значимое улучшение ключевых показателей качества электроэнергии
6.Выполнено технико-экономическое обоснование, доказавшее окупаемость проекта за счет снижения штрафов, уменьшения
потерь электроэнергии и оптимизации режимных параметров

12. Спасибо за внимание !

СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ !