У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів досліджень, наведено відомості про апробацію результатів дисертації та публікації.
У першому розділі представлено результати аналізу існуючих методів ідентифікації центрів електричних навантажень та результати семантичного аналізу термінів та визначень, якими користуються при розв’язанні даної задачі.
Фізичну сутність будь-якої технічної задачі відображують одне або декілька ключових понять та визначень. В задачі, що розглядається, таким поняттям є “центр електричних навантажень”, під яким розуміють точку плану живильної мережі, розміщення в якій РЕУ обумовлюватиме мінімум витрат на будівництво та експлуатацію електричної мережі. Існує множина термінів, які використовують як синоніми центру електричних навантажень, а саме: “центр тяжіння навантажень”, “центр навантажень”, “одиночний центр навантажень” та “мультицентр навантажень”, “умовний центр електричних навантажень”, “центр купчастості навантажень”, “центр мережі” та ін. Аналіз методів, що обумовлені відповідними термінами, дозволив умовно виділити серед них три основні групи.
До першої групи відносяться графічні методи, які широко використовували до середини ХХ-го сторіччя. Найбільш поширеним був метод заснований на аналогії центру мас однорідної плоскої фігури. Як відомо, для симетричних однорідних фігур центр мас співпадає з центром симетрії. За аналогією, при рівномірному розподілі електричного навантаження за площею об’єкту електропостачання, центр електричних навантажень співпадає з центром симетрії фігури, яка відповідає контурам об’єкту. Проте найчастіше електричне навантаження розподілене по площі об’єкту нерівномірно, внаслідок цього ототожнення центру симетрії та центру електричних навантажень є некоректним, оскільки призводить до значної похибки.
Другу групу складають методи розрахунку координат центру електричних навантажень засновані на аналогії центру мас системи матеріальних точок. В них задіяні складові електричного навантаження за потужністю приймачів електричної енергії. Розділення центрів електричних навантажень за активною та реактивною потужностями необґрунтовано вносить значну методичну похибку, пов’язану з гіпотетичним розділом електричної мережі на дві: мережу з передачі активної електроенергії та мережу з передачі реактивної електроенергії. Оскільки електрична мережа єдина для обох навантажень за потужністю, то мають місце рекомендації знаходити спільний центр електричних навантажень з використанням повних (уявних) потужностей за аналогією центру тяжіння системи матеріальних точок. Але така аналогія припускає однакову спрямованість векторів повних потужностей, що в реальних умовах малоймовірно, а отже, користування нею супроводжується значною похибкою за рахунок алгебраїчної суми повних потужностей (замість геометричної суми).
До третьої групи увійшли методи цілеспрямованого пошуку центрів електричних навантажень. Найчастіше критерієм оптимальності є “мінімум річних приведених витрат”. Процедура пошуку передбачає незмінність питомих вартісних показників електричної мережі. Результати досліджень, проведених здобувачем, свідчать, що зазначена умова в більшості випадків не виконується.
За результатами аналізу існуючих методів ідентифікації центрів електричних навантажень сформульовано задачі дисертаційного дослідження.
У другому розділі наведено фізико-технічну основу ідентифікації центрів електричних навантажень.
Обґрунтовано, що ідентифікація центрів електричних навантажень за математичним змістом відповідає топологічній задачі (в частині просторового розміщення РЕУ відносно плану електричної мережі).
Функціональне призначення РЕУ полягає в забезпеченні зв’язку живлячої та розподільчої електричних мереж, тобто РЕУ виконує подвійну функцію: з одного боку вона є джерелом живлення для вузлів рівня розподільчої мережі, а з іншого – одним з вузлів електричного навантаження для рівня живлячої мережі. Назвемо це функціонально-енергетичною двоїстістю вузлів електричної мережі. Таким чином, вирішення топологічної задачі (ТЗ) з обмеженням рівнем розподільчої мережі є недоцільним, оскільки призводить до рішень, що характеризуються нераціональними метричними параметрами живильної лінії.
Пошук раціональної топології електричної мережі (при фіксованій конфігурації електричних зв’язків між вузлами мережі) супроводжується переміщенням РЕУ за планом мережі. При цьому змінюються метричні параметри живильної лінії, а отже, змінюються і параметри аварійного режиму розподільчої мережі, що призводить до зміни параметрів розподільчої електричної мережі за умови їх вибору за допустимим нагрівом.
В загальному випадку конфігурація електричних зв’язків між вузлами електричної мережі допускає варіювання. Зміна конфігурації електричних зв’язків супроводжується зміною параметрів всіх основних режимів роботи мережі. Це призводить до зміни параметрів електричних зв’язків, що в свою чергу впливає на рішення ТЗ. Отже, обов’язковою початковою умовою вирішення ТЗ є фіксована конфігурація електричних зв’язків.
Формування ефективних за техніко-економічними показниками ЕП-систем залежить від пріоритетності критерію. Наприклад, серед вартісних складових найбільший пріоритет можуть мати капіталовкладення, тоді критерієм буде мінімум капіталовкладень; у випадку пріоритету енергозбереження критерієм буде мінімум вартості витрат електроенергії в установках електричної мережі і т.ін.
Зважаючи за вищезазначене, для приведення процедури ідентифікації центрів електричних навантажень у відповідність до фізико-технічної сутності задачі запропоновано термін “енергетичний центр району електричної мережі” з визначенням його як точки плану електричної мережі, яка обумовлена: обраною критеріальною функцією; факторами функціонально-енергетичної двоїстості її вузлів та енергетичної суміщеності складових електричного навантаження; характером електричних зв’язків між вузлами розподільчої та живлячої мережі; конструктивно-параметричним виконанням мережі з дотриманням технічних вимог до експлуатації мережі.
У третьому розділі обґрунтовано математичний апарат дослідження, який використовується в дисертаційній роботі, та розроблено алгоритм математичного моделювання електричної мережі з варіюванням її топології (на рівні РЕУ).
Доведено, що фізико-технічні особливості електричної мережі не дозволяють в загальному випадку застосовувати для розв’язання топологічної задачі класичні математичні підходи. Обґрунтовано, що в якості інструменту для розв’язання ТЗ доцільно використовувати імітаційне моделювання.
Розроблено алгоритм імітаційного моделювання електричної мережі з послідовним варіюванням її топології (на рівні РЕУ). Для дослідження впливу функціонально-енергетичної двоїстості вузлів електричної мережі на достовірність рішення ТЗ в алгоритмі реалізована можливість представлення електричної мережі двома суміжними рівнями ієрархії (живильним та розподільчим) з апріорі заданими електричними зв'язками між вузлами обох рівнів. В алгоритмі використано евклідову метрику. В ньому варіювання топології електричної мережі допускається в необмеженій за розмірами області, що сприяє найбільшій об’єктивності розв’язання ТЗ та дозволяє дослідити критеріальні функції.
В алгоритмі реалізовано можливість зміни початкових умов моделювання, а саме:
– кількості вузлів розподільчої мережі;
– значення вихідних параметрів нормального усталеного, післяаварійного усталеного та аварійного режимів електричної мережі;
– конфігурації електричних зв’язків між вузлами живильної та розподільчої мережі;
– конструктивного виконання передаючих елементів електричної мережі.
Алгоритмом передбачено детерміноване послідовне переміщення РЕУ за планом мережі, що тотожно зміні топології електричної мережі (на рівні РЕУ). В ньому реалізована процедура вибору параметрів передаючих елементів електричної мережі, що моделюється, з урахуванням усіх основних режимів роботи мережі.
Запропонований алгоритм представляє собою сукупність таких основних блоків:
– завдання початкових умов моделювання;
– дискретизація з довільним кроком плану електричної мережі;
– вибір та (або) перевірка параметрів передаючих елементів електричної мережі на відповідність параметрам нормального усталеного, післяаварійного усталеного та аварійного режимів роботи;
– розрахунок значення критеріальних функцій для поточного топологічного рішення.
Дискретизація плану електричної мережі реалізована за одним з двох алгоритмів. В першому алгоритмі точки сітки знаходяться на перетині дуг концентричних кіл з секторами.
