Разработка программного обеспечения метода оптимизации

3. Разработка программного обеспечения метода оптимизации

Для оптимизации режимов по реактивной мощности разработан комплекс программ (см. рис. 3.1). Его условно можно разделить на две части:

интерфейсная часть, разработанная в удобном, понятном виде, предназначенная для работы с пользователем любого уровня;

расчетная часть, которая непосредственно выполняет необходимые расчеты для получения оптимальных режимов.

В интерфейсную часть комплекса входят программы ввода следующих параметров:

линий;

трансформаторов;

компенсирующих устройств;

реакторов;

нагрузок.

В расчетную часть входят следующие программы:

формирования узловой матрицы;

формирования векторов узловых токов без оптимизации мощностей компенсирующих устройств;

расчета узловых напряжений;

формирования векторов ограничений узловых токов;

расчета оптимальных значений узловых напряжений;

расчета оптимальных значений мощностей компенсирующих устройств.

Для расчета установившегося неоптимального режима разработаны программы:

формирования матриц узловых проводимостей,

формирования узловых токов источников,

ЛУ разложения матрицы,

решение систем уравнений узловых напряжений.

Рисунок 3.1 – Блок-схема разработанного программного обеспечения

Для расчета оптимального режима разработана программа условной оптимизации с нелинейными ограничениями. В качестве исходных данных для этой программы используется узловые напряжения, рассчитанные для неоптимального режима. Оптимизация производится градиентным методом квадратичного программирования.

Программа расчета неоптимального установившегося режима включает в себя алгоритм треугольного разложения матрицы и итерационный алгоритм решения системы нелинейных уравнений подобный методу Гаусса-Зейделя, модифицированный для решения сетевых нелинейных задач.[2,4,8] Особенностью итерационного алгоритма является то, что на каждой последующей итерации для определения узловых токов источников используется значения узловых напряжений, полученное на предыдущей итерации (см. 3.1).

. (3.1)

Для решения задачи нелинейного программирования и определения оптимальных узловых напряжений был разработана программа NCONF CPP, которая реализует последовательный алгоритм квадратичного программирования и конечноразностный градиент. [12]

NCONF CPP (m, me, n, xguess, ibtype, xlb, xub, xscale, iprint, maxitn; x, fvalue).

Параметры программы NCONF CPP:

входные: m, me, n, xguess, ibtype, xscale, iprint, maxitn;

входной/выходной: xlb, xub;

выходные: x, fvalue.

m - общее число ограничений.

me – число ограничений равенства.

n – число переменных.

x – вектор начальных значений напряжений (активных и реактивных составляющих).

xguess – вектор размена n, содержащий начальное предположение о значениях напряжений;

ibtype – скаляр, задающий вид ограничений на переменные:

ibtype=3 – задаем ограничение на напряжение первого узла, все остальные будут иметь те же ограничения.

xlb – вектор размера n, содержащий нижние границы переменных:

входная, если ibtype=0;

выходная, если ibtype=1 или 2;

входная/выходная, если ibtype=3.

xub - вектор размера n, содержащий верхние границы переменных:

входная, если ibtype=0;

выходная, если ibtype=1 или 2;

входная/выходная, если ibtype=3.

xscale – вектор размера n, содержащий диагональную матрицу масштабирования переменных. Все элементы вектора xscale равны 1.0.

iprint – параметр, задающий желаемый уровень печати; принимает следующие значения:

0 – нет печати;

1 – выводится итоговый анализ о работе программы;

2 – дополнительно на каждой итерации выводится одна строка с промежуточными результатами;

3 – о каждой итерации выводится детальная информация.

maxitn – максимально допустимое число итераций.

х – вектор размера n, содержащий вычисленное решение.

fvalue – скаляр, содержащий значение целевой функции в полученном решении.

Общая задача нелинейного программирования, решаемая данной программой NCONF CPP, состоит в поиске минимума целевой функции

 (3.2)

с ограничениями

 (3.3)

где все функции задачи являются непрерывно дифференцируемыми.

При решении поставленной задачи целевая функция представляет собой потери мощности и имеет вид:

, (3.4)

где  - соответственно активная и реактивная составляющие векторов узловых напряжений;

 - соответственно активная и реактивная составляющие векторов узловых проводимостей.

Роль нелинейных ограничений выполняет система узловых уравнений с источниками реактивной мощности.

 (3.5)

где Y11, …,Y1N – собственные и взаимные проводимости,

U1,…,U2 – узловые напряжения.

Некоторые уравнения системы (3.5) могут не содержать составляющую  в том случае, если в узлах, для которых составляются данные уравнения, не установлены компенсирующие устройства. Такое уравнение вместо знака ≤ будет содержать знак равенства и считаться линейным.

Кроме целевой функции и ограничений любая задача минимизации должна иметь и граничные условия:

, (3.6)

т.е. значения напряжений в любом, даже самом удаленном от источника узле не должны выйти за рамки, нормируемые ПУЭ.

Метод, используемый данной программой NCONF CPP, основан на последовательном выделении и решении подзадач квадратичного программирования, которые получаются в результате применения квадратичной аппроксимации лангранжиана и линеаризации ограничений[8,12]. Таким образом, на каждой итерации решается подзадача

 (3.7)

с ограничениями

 (3.8)

где Bk – положительно определенная аппроксимация гессиана;

xk – текущая точка.

Пусть dk – решение подзадачи. Тогда новая точка xk+1 определяется в результате линейного поиска:

 (3.9)

Новая точка такова, что в ней функция качества имеет наименьшее значение. В качестве функции качества употребляется функция Лагранжа. Если оптимум не достигнут, то матрица Bk пересчитывается по положительно определенной формуле секущих.

Главная программа NCONF CPP содержит несколько подпрограмм:

foryzc – программа формирования матрицы узловых проводимостей;

luc – программа используется для разложения матрицы на треугольные сомножители;

rluc – программа, которая отвечает за решение системы уравнений.

4. Разработка адаптивной системы управления режимами электропотребления

4.1 Функции автоматизированной системы

Сбор, накопление и передача информации, характеризующей режим электропотребления комбината (информация о нагрузках).

Сбор, накопление и передача информации, характеризующей состояние электрической сети (информация об обрывах линий и переводах в ремонт оборудования)

Передача информации с контрольных точек на диспетчерский пункт и обратно.

Обработка полученной информации, расчет режима электропотребления

Автоматическое изменение параметров устройств, регулирующих реактивную мощность, в местах, где это возможно.

4.2 Описание работы системы

4.2.1 Ввод системы в работу

При первоначальном запуске системы в эксплуатацию собирается информация о конфигурации электрической сети.

Собираются следующие параметры:

схема сети;

информация о линиях: длина, марка проводов или кабеля, которыми выполнено питание между подстанциями.

После предварительного расчета, для упрощения работы программного обеспечения в базу данных диспетчерского пункта заносятся следующие параметры:

узловая топологическая матрица согласно схеме замещения электрической сети;

матрица узловых проводимостей схемы;

зарядные мощности линий.

Эти данные хранятся в сервере диспетчерской и используются в качестве исходных данных для последующего расчета режима работы сети. Изменяться эти данные могут в случае изменения конфигурации сети при плановых или аварийных выводах оборудования из работы.