Современный этап развития электроэнергетических комплексов Российской Федерации и зарубежных стран характеризуется изменением фундаментальных основ управления и мониторинга режимами энергосистем. Ввод значительного количества возобновляемых источников энергии приводит к увеличению неопределённости режимов энергосистем и скорости протекания переходных процессов. Данные изменения вызваны стохастической неопределенностью процесса выработки электроэнергии возобновляемыми источниками, а также сниженным значением инерционности по сравнению с традиционными синхронными генераторами. В новых условиях функционирования энергосистем существенно увеличиваются требования к адаптивности и быстродействию комплексов противоаварийного управления, для работы которых традиционным подходом является учёт только заранее выбранного экспертным путём перечня учитываемых авариных процессов. Данный подход обладает не только недостаточной адаптивностью, особенно в условиях со значительной долей возобновляемых источников электроэнергии, и может приводить к каскадному развитию аварии с массовыми отключениями промышленных и социально значимых потребителей электроэнергии.
Предлагаемый проект направлен на решение проблемы недостаточной адаптивности комплексов противоаварийного управления в условиях функционирования в энергосистемах со значительной долей возобновляемых источников электроэнергии. Применение методов глубокого машинного обучения позволит существенно увеличить надёжность противоаварийного управления режимами энергосистем благодаря возможности учёта любого аварийного процесса в связи с возможностью выделения новых признаков, обобщения информации и выделения скрытых закономерностей. Разработка адаптивной системы противоаварийного управления режимами работы электроэнергетических систем на основе синхронизированных векторных измерений и глубокого машинного обучения является критически важной задачей, обеспечивающей надёжность работы электроэнергетических систем и экономическую эффективность работы конечных потребителей электроэнергии. Использование синхронизированных векторных измерений позволит существенно увеличить точность и скорость процесса оценки послеаварийного режима работы энергосистемы, обеспечит использование значения разности фаз напряжения между узлами защищаемого энергорайона. Проблема разработки адаптивной системы противоаварийного управления режимами работы электроэнергетических систем имеет высокую значимость в условиях изменения фундаментальных принципов функционирования энергосистем, а также тотальной цифровизации электросетевого комплекса Российской Федерации и зарубежных стран.
Научная новизна предлагаемого исследования определяется разработкой гибкого подхода адаптивного противоаварийного управления, определяющего минимальный необходимый и достаточный объём управляющих воздействий для обеспечения статической и динамической устойчивости энергосистемы. Данный подход исключает привязку к сформированному экспертным путём списку учитываемых авариных процессов. Для разработки адаптивной системы планируется сформулировать требования к обучающей выборке, выбрать оптимальный алгоритм глубокого машинного обучения, разработать алгоритм определения типа аварийного процесса, выполнить адаптацию системы к работе в условиях изолированных энергосистем, а также определить требования к информационному обмену и количеству устройств синхронизированных векторных измерений.
Таким образом, в результате реализации предлагаемого проекта будет получено принципиально новое комплексное решение задач управления режимами современных энергосистем, обладающее высокой адаптивностью и быстродействием.
Ожидаемые результаты:
В результате выполненного исследования планируется:
1. Создать адаптивную систему противоаварийного управления режимами работы электроэнергетических систем на основе алгоритмов глубокого машинного обучения и синхронизированных векторных измерений. Данная система будет направлена на решение фундаментальной задачи адаптивного противоаварийного управления режимами энергосистем для обеспечения динамической и статической устойчивости без использования заранее сформированного перечня учитываемых аварийных процессов. С точки зрения эффекта от использования данной системы на экономическую и социальную сферы, можно выделить существенное увеличение надёжности электроснабжения промышленных и бытовых потребителей, что в свою очередь существенно повысит экономическую эффективность и снизит вероятность остановки электроснабжения социально значимых объектов электроэнергетики.
2. Определить требования к обучающей выборке и алгоритмы её обработки для использования в адаптивных алгоритмах противоаварийного управления. Данный результат имеет фундаментальное значение, как для российской, так и для мировой науки, т.к. от качества и характеристик обучающей выборки напрямую зависит точность работы алгоритма машинного обучения, что напрямую влияет на выбор минимального объёма отключения как промышленных и бытовых потребителей, так и источников генерации в процессе противоаварийного управления.
3. Разработать алгоритм определения типа аварийного процесса для использования в задаче противоаварийного управления режимами энергосистем. Решение данной задачи направлено на повышение точности противоаварийного управления и снижение объёмов отключений промышленных и бытовых потребителей, что имеет первостепенное значение для повышения экономической эффективности и надёжности электроснабжения социально значимых объектов электроэнергетики.
4. Определить требования к информационному обеспечению разработанного алгоритма противоаварийного управления режимами работы электроэнергетических систем. При решении данной задачи будет определена возможность практической реализации предлагаемой адаптивной системы противоаварийного управления режимами работы электроэнергетических систем и объём капиталовложений в существующую инфраструктуру информационного обеспечения. В рамках решения задачи определения требований к информационному обеспечению разработанного алгоритма будет сделана численная оценка необходимой степени усовершенствования существующей технологии обмена информацией между вычислительными комплексами противоаварийной автоматики, системой сбора и передачи информации. Кроме того, будет определена необходимость установки дополнительных устройств синхронизированных векторных измерений.