автореферат диссертации по энергетике, 05.14.10, диссертация на тему:Элементы оптимизации функционирования и развития энерговодохозяйственного комплекса (ЭВХК)

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЗНЕРГЕТИЧЕСКШ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ЧУРКВЕИДЗЕ Ислам Ибраиыович

ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИМИЗАЦИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗБИТИЯ ЭНЕЕГОВОДОХОЗЯИСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА (ЭВХК)

05.14.10 - гвдроэлс::трсст2нц!ш и гидроэнергетические установки

Автореферат диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа доработана во Всесоюзной научно-исследовательс: ом и информационной центре по проблемам охраны юфуганцей среды и рационального использования природных ресурсов.

Научный руководитель

Официальные оппоненты -

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Ю.П. Сыров

доктор технических наук, профессор Е.В. Цветков; кандидат технических наук, доцент А.Ю. Александровский

Объединение "Гидропроект"

Защита диссертации состоится " / V и фх^-^/им-М- 1992 г. в ^ час. ОО мин. в аудитории г-201 на заседашш специализиро-вашюго совета К 053.16.17 при Московском ордена Ленина и ордена Октябрьской революции энергетическом институте по адресу: 105835, ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная ул. дом 14, ученый Совет МЭИ.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ¿^а-/? ¿г 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, ___

кандидат технических наук ^^ Ю.А. Барабанов

ВВЕДЕНИЕ

Водохранилища и гидроэлектростанции, осуществлял перераспределение стока и энергии, взаимосвязывают водоемкие и энергоемкие отрасли по потреблению ресурсов вода и энергии, о также взэимосеязыезвт источники и схемы распределения знергорес7рсов и вода в единую многоотраслевую систему - знерговодохозяйственный комплекс (ЭВХК).

Совершенно очевидно, что для эффективного функционирования и развития таких систем необходим комплексный региональный подход к их развитию. В соответствии с этим актуальным является разработка экономико-математической модели (")",!) оптимизации функционирования и развития ЭВХК и средств автсматизащш процессов ведения многовариантных расчетов и обработки их результатов.

В сложившейся практике выбора структурных параметров ЭВХК утвердился подход, при котором путем сравнения параметров объектов некоторых подсистем или участников ЭВХК осузпрптплялось выделение проблемы распределения вод1шх ресурсов и согласование их. объемов остальными участниками. При этом особое внимание уделялось анализу и классификации факторов , влнящих на ГЭС, и их учету в алгоритмах решения задач оптимизации, вопросам управлешш режимами электрических станций и энергосистем. В указанных направлениях исследований значительные результаты получены в работах В.И.Обрезкова, В.Г.Журавлева, Е.В.Цветкова, Н.К.Малинина, Ю.П.Сырова, Т.А.Филипповой и др. При этом требования судоходства, рыбного хозяйства, орошаемого земледелия и других пользователей и потребителей воды учитывались в виде ограничений на режимные . параметры гидроузла. В предлагаемом подходе рекомендуется рассматривать все объекты ЭВХК совместно и осуществлять рациональное распределение водных ресурсов и оптимизацию параметров и режимов ЭВХК по условию минимума приведенных затрат по всему комплексу. При этом рассматривается вопросы развития ЭВХК с достаточно строгим учетсм регимных факторов, включая оптимизацию годовых и многолетних режимов.

Достаточно строгое отображение в Э?£Л процессов рззвития и функционирования ЭВХК требует рассмотрения достаточно длительного периода времени (год, пятилетка и более) с выделением внутригодовых интервалов. Если ЭВХК охватывает бассейны крупных рек

(например бассейны рек Волги и Кош) и в пределах этих бассейнов учитываются все действующие и проектируемые энергетические систеш, а такяе оросительные системы, то ЭММ этого комплекса получается очень большие размеров. При этой услогняется обработка результатов и анализ решений из-за огромного количества переценных и слогных взаимосвязей цехду отдельными параметрами."- Поэтому систематическое ведение расчетов на ЭВМ по разработанной ЭММ' без применения специальных способов их автоматизации весьма затруднительно.

В связи с излозхенным рассмотрение проблемы управления энерговодохозяйстЕенным комплексом приводит к необходимости создаю« достаточно строгой и полной ЭММ, практическая реализация которой при проведении научных исследований требует автоматизации процессов формирования матриц и обработки результатов многовариантных расчетов. Этим обусловлена акт2альность_темы и ее значимость.

Проблема управления функционированием и развитием энергсводохсзяйственным комплексом разрабатывалась с 1581 г. группой научных сотрудников ВНШШзконоыики Минводхоза СССР и ГФ ВШШПОУ ПС1ГТ СССР в содружестве с институтами "Гидропроект" и "Союзгилроводхоз".

В_к"1^стЕе_уелей диссертационной работы поставлены разработка линейных моделей гидроэлектростанций (ГЭС), гидроаккуиулирукцих электростанций (ГАЭС), насосных станций(НС) и моделей растениеводства, их взанмоувязка в единой 3?.!М ЭВШ: создание программных средств исследования динамических, межрайонных и межотраслевых связей внутри ЭЗХК (водохозяйственной системы с системами энергетики и сельского хозяйства) с учетом вахнейших, наиболее существенных на прсдстояцув перспективу фактороз.

Для достижения поставленной цели в работе сформулирован и решен ряд взаимосвязанных задач, включакзих:

разработку линейных 3.\'.М ГЭС, ГАЭС, НС, растениеводства, их влкючение в качестве блоков в блочную модель ЭВХК;

разработку методики, алгоритмов и программных средств учета в линейной ЭВХК ряда нелинейных зависимостей меаду параметрами ГЭС, ГАЭС и водохранилищ;

разработку основных Гфинципов п средств создания шгформацион- | ной базы; |

разработку алгоритмов и программных средств автоматического формирования матриц Э?.1М ЭВХК;

разработку алгоритмов и программных средств обработки и выдачи результатов расчета.

Проверка предлагаемых подходов и разработанного инструментария

(программных средств) проведена нл_приуоре__ЭВХК__Волгско-Камского

бассейна.

Р_1:23§£тве_теорстическсД_и_методологэт исследования

приняты системные подхода, развитые применительно к энергетике в работах акад. Л.А.Мелентьева*^ и др.

В процессе работы над диссертацией использованы инструктжные и методгческие материалы, статистические данные Госкомстата СССР, а такте материалы, полученные из Ссвзгнпроводхсза, Энергосетьпрсектз, института Гидропроект. В кзчестве инструмента расчетов по оптимизациошгсй модели ЭВХК пр:шеняется пакет блочного программирования (ПБП), позволягций решать задачи линейного программирования болызсс размеров с блсчно-днагснлльной матрицей условий.

диссертационной работы заключается в разработка достаточно строгих и точных моделей злементсз ЭВХК (Г2С, ГЛЗС, насосных станций, Еодохранилип, растениеводства), их ппросация в единой модели ЗВХК, в Еыработке рекомендаций по ведения расчетов с целью обеспечения необходимей точности, в создании инструментария в части орг21П1заш!и информационной базы (комплекс программ контроля и организации ыногсформовой информации), в части автоматизации процессов ссставлегаш матриц З.\;м (комплекс алгоритмов и программ генерации матриц в части обработки

результатов расчетоз (комплекс программ еыдзчи сводных тзолзщ) и объед:шенне эт:1х программных средств в едином комплексе с ПБП.

Универсальность разработанных блоков 2.\"! и соответствующей автоматизированной системы, возможность ее применения как для отдельных речных бассейнов, так при их совместном фугасционирова-кии, представляет определенную новизну и как инструмент исследования мс~эт иметь большое практическое значение.

*) Мелектьев Л.А. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления развития. ¡!зд-е 2-е доп. М.: Наука, 1233 и др.

Практаческое_значеше результатов исследования состоит в том, что созданы программные средства реализации разработанной экономи-ко-матеиатической модели и автоматизации процессов формирования матриц ЭММ и обработки результатов счета, позволявшие вести цноговаризнтные расчеты на ЭВМ при различных условиях воздействия внешних факторов (при различных гидрографах стока, различных темпах развития орошаемого земледелия, при изменчивости атмосферных осадков, при различных тешах роста потребностей электроэнергии и др.).Эти расчеты могут быть использованы для формирования области оптимальных решений, обоснования проектных решений, для вырзботки рекомендаций по эксплуатации систем ЭВХК, для научного обоснования направления развития ЭВХК.

Инструментарий, созданный с участием авторз и включасций пакет блочного программзфования и три программных комплекса, передан в научно-проектные организации (Гидропрсект, Союзпшроводхоз).

Апробация и внедрение результатов: весь инструментарий, состоящий из комплексов программ организащи ипформацш!, генерации мат-р:щ модели и Еыдачи результатов,а такте пакета блочного программирования апробирован при многоварианткых расчетах по оптимизации функшошфования и развития ЭВХК бассейна реки Волги. По задании института "Гидропроект" проведены вариантные расчеты по определению эффективности Среднсволхсской ГАЗС.

Отдельные результаты исследования были представлены и обсузде-ны на XIX республиканской конференции в институте им.Бердзенишвили АН ГССР (г.Батуми, 1984 год), на заседании научного совета по проблемам биосферы при президиуме АН СССР (г.Батуми, 1953 г.), на Всесс:оз1п:х скола-семинарзх: "Автоматизация научных исследований и проектирования АСУ ТП в мелиорации" (г.Фрунзе, 1933 г.) и "Системные исследования водных проблем" (г.Москва, 1939 г.).

методические подходы к разработке моделей отдельных объектов ЭВХК (ГЭС, ГАЗС, водохранилища, оросительные системы, насосные станции и др.) и оптимизации их совместной работы в единой знерговодохозяйственной системе; методические подходы к учету ряда келшгейных связей конкретных гидроэнергетических и водохозяйстве!шых объектов; практические результаты по создании шютрументария оптимизационных расчетов и Еедения научных исследований развития и функционирования объектов ЭВХК; конкретные результаты оптимизационных расчетов и рекомендации о возможностях

их практического использования.

Публикации: по теме диссертации опубликованы пять работ.

Стр1кт2ра_рзб0ты: диссертация состоит из введения, четырех глав, выеодоз и предложений, списка использованной литературы п приложений.

Во_ЕЕедении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, определены объект и методы исследования, научная ноеизнз и практическое значение работы.

~ "Постановка проблемы оптимизации знерговодо-хозяйственного комплекса" рассмотрена основная проблема, связанная с оптимальным управлением функционирования и развития ЭВ>ЗС, приводится обзор соответствующей литературы.

Во_второй_главе - "Особенности формирования блочной эконсмико-матеыатическсй модели оптимизации функционирования и развития ЭВХК и разработка э;."Д его типовых объектов" рассмотрены разработанные автором экономико-математические модели оптимизации функционирования и развития отдельных объектоз ЭВХК.

~ "Вопросы разработки информациошюго и программного обеспечения" посвящена рассмотрению вопросов, связанных с информационным обеспечением и автоматизацией процессов подготовки и корректировки матриц З!."!.

В четвертей главе - "Анализ результатов многевзриантных расчетов по оптимизации ЭВХК Волжского бассейна" приведена методикз сбработга результатов мкоговзриантных расчетов и анализа параметров развитая ЭВХК бассейна реки Волги. Совместно с институтом "Гидропроект" с применением разработанной программной системы и методологии прогедены вариантные расчеты по обоснованно параметров СреднеЕОЛжской ГАЭС и расчеты для определения эффективности использования высвобожденных земель при уменьшении уровней водохранилищ.

В выЕодах и предложениях изложены основные результаты выполненного исследования.

С0ДЕР2АШЕ РАБОТЫ

На основе изучения опыта решения рядз задач энергетики, орошаемого земледелия и других отраслей народного хозяйства с применением новых математических методов и соответствующих программных

средств в диссертации рассмотрена возможность решения задачи оптимизации функционирования и развития энерговодохозяйственного комплекса при совместном рассмотрении основных параметров развития и режимов энергетических и водохозяйственных систем.

В основу методического обеспечения принят системный подход, используший разложение сложной системы на отдельные подсистемы (объекты) и их рассмотрение во взаимосвязи между собой, с другими системами и окружающей средой.

Как правило, взаимосвязи между подсистемами характеризуют процесс обмена ресурсами или продукцией. Взаимосвязи в разрезе различных лет или сезонов года обусловлены наличием развивающихся объектов или хранилищ для накопления и перераспределения во времени ресурсов или продукте!. Эти взаимосвязи определяет динамические свойства системы.

Взп-.:мос::г.^и в разрезе территориальных единиц (областей, эконо-ыичесглх районов, определенных территориальных образований) также обусловлены процессами обмена продукцией (ресурсами).

Фактор динамики диктует рассмотрение многолетнего рззрэзз с делением на годы (группы лет) и представление отдельных лат сезонами (месяцами), а последних - характерным:! суточными периодами (для электроэнергетических систем).

В качестве основного инструмента решения проблемы оптимального управления ЗЕХК разработана и предлагается для использования линейная экономико-математическая модель с блочно-диагональной матрицей условий, общий вид которой приведен на рис.1.

целевая функцил связующие уравнения

уравнения блоков (объектов ЭВХК )

Рис.1. Общий вид структуры мзтриш условий 2).'.Ч Исходя из поставленной цели расчетов предварительно для

///////////V////////////////////// //,'.'/////.'///////////////////////1

////////////////////////////////Л \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

7777777777Г----------------------

£77777773

_"' Р777777777

каздсй подсистему производства и распределения продукции составляется расчетная схема территориальных взаимосвязей (эквивалентная схема электрической сети, каскадная схема водохранилищ, ГЭС и контрольных створов и др.) и определяется длительность расчетного периода -Т, который делится на интервалы Бремени (в общем случае, разные для какого ресурса - продукции). При этом интервалами могут быть годы (агрегированные интервалы) с общим индексом - 9 (для учета производства и распределения сельхозпродукции), двухмесячные периоды (основные интервалы) с общим индексом - г (для учета производства и распределения энергии и энергоресурсов), месяцы (дробные интервалы) с общим индексом -х (для учета баланса .электрических мощностей). Все это определяет состав и число переменных модели.

В качестве целевой функции принимается приведенные затраты, формируемые в соответствии с выбором расчетного периода, которая

тп еоот рго тт тт г»—гтрттт •

т т т

С1Х1 + СпХ2 + ... + С1Х1 пШ , ( 1 )

Г,ДЭ Т — ЗИП 11 трзкс^сшгровзш'я^ 1 — КСМ2Д блокз ЗЗДПЧТ'^ С^ — вектср-столбгц коогй.лц^ентсз фушщта цели для 1-го блока; Х^-ВеКТСр-СТСЦ •

В качестве связугщих для 3!"И принимавтся уравнения баланса продукции (ресурсов) в узлах расчетных схем для каждого интервала расчетного периода.

3 кзт1встеэ сбъоктсв зкерговодолозяйстввшюго кс1л1л8кс2

рассматриваются: водохранилища; участки рек, на которых могут Сыть расположены ГЭС, ГЛЗС пли насосные станции; ТЗС и АЗС; подсистемы растениеводства нз уровне административных областей. Услсв!1я Функционирования (режимов) и развития типовых сбъектсз определяет структуру модели соответствующего блока. Расположение типового объекта по территории определяет принадлезюсть к тему или иному узлу расчетной схемы и тем самым могут быть определены номера связунщих уравнений по балансу производимой продукшш или потребляемого ресурса (продукции) для кандого объекта. Поэтому связугщие ураЕнеш1Я, как правило, имеют коэффициенты -1 (потребление) и +1 (производство).

Как известно, региш ГЭС каскада взаимосвязана при учете изменения уровней бьефоз и нзпора. С цельэ облегчения процесса

формирования блочной модели в качестве одного из ресурсов условно рассматривается подведенный напор (ресурс потенциальной энергии), и урзвнение его расчета включается в состав связующих. Это позволило в качестве самостоятельных блоков формировать ЭММ оптимизации функционирования и развития каздого типового объекта. Рассмотрим связующие уравнения ЭММ.

1. Уравнение баланса воды для 3 -го водохранилища в г -м интервале времени имеет следующий еид:

б^нбф и х т , в _ п

2 ^х" V V ват4 влх- I - < 2 ) б 3

где (3.,,. - боковая приточность; К-, - множество номеров ГЭС, Еыше-

- Л нб

лежащих относительно 3 -го водохранилища; 01т -расход ниянего

ф и х т ^

бьефа; О.,,,, Сь^, (}.,„. - соответственно расходы еоды на филь-

трашш, испарение, холостые сбросы, через турбины; - гсзсход из

~ п ' ■

водохранилища; - суммарный объем потребления еоды различными

потребителями.

2. Уравнение расчета подведенного напора к-й ГЭС з х -м интервале представляется в следующем виде:

о о н х х п

^кт"

+ Л7...(V) - У - ЛУ,.(2„) - от,0„т- Н,.т = 0, ( 3 )

о о

где ?,.., У.. - минимальные отметки верхнего и нижнего бьеФов к -й '"л "

ГЭС; И. - подведенный напор; Л 2,.(V) - зависимость отметки веохнего

к и

Оьефз от полезного объема воды; ДУ Ц.) - зэвикшссть пр:фостз

отметок нижнего Сьефз от отметок верхнего бьефа нигелеяащей ГЭС н xx

(гк); Ог,2кт - потери напора при холостом сбросе.

3. Уравнение баланса электрической мощности для (1-го часа 1-го узла имеет еид:

„л л

2 "щ + 2<Р1*1Ц" - = 0 ' ( 4 5

т „ л л

где 2 Н^-генерирующие мощности (ГЭС,ГАЭС,ТЭС и др.); ¿(Р-^м-

- величина суммарного притока мощности в узел 1; Р^- потребляемая мощность узла.

4. Условие производства сельхозпродуктов б-го ездэ в v-cм

экономической районе в В-и году предстзвлено в следупцеи виде:

„ Б Б

2 вег> • < 5 >

в £К

где -объем производства в-ой сельхозпродукции в г-ой системе

Б

растениеводства в году 0; В0г, - капитальный объем производства по •у-ому экономическому району; И - множества экономических районов.

Правила формирования матриц условий для каждого блока (см.рис.1) определяется в соответствии с математическим описанием моделей типовых объектов.

Подробнее описание моделей типовых объектов и алгоритмы некоторых программ приведены в диссертации. Здесь отметим основные особенности формирования блочной 2.\'Ч ЭВХК.

В качестве переменных блока водохранилища пр:п1яты объемы воды в конце 1штервалов Бремени ( Ут ). Изменение объемз определяет расходы воды из (в) водохранилища (0^) (см.(2)). Кроме того, для строящихся водохранилищ введена переменная, учитываемая

н2т2 ппцгзэш'с полэ зной б1 гкссттт ^ * пр#1 э тсц с 2пт'стп10сть

капиталовложений от полезней емкости водохранилища, как правило, представлена выпуклой функцией. Для учета нелинейных зависимостей

ТГ Г*)

расхода на нслзвэнпе и Ф^1льтрациэ ) и отметок верхнего бьефз

) от величин полезных объемов (У,_) отменяется метод

и О ь * I

кусочно-линейной опшзоксимзша! и вместо Vрассматривается и

Если из условия многолетнего регулирован:« стока за расчетный период задается величина ерзботки 3 -го водохранилища ДУ^, то в качестве уравнений блока (см.рис.1) записывается баланс

объемов:

у,0 - У3п = . ( 6 )

где У.^ и УЧ;п - соответственно полезные объемы на начало и конец

расчетного периода.

При условшг развития 3 -го водохранилища к модели добавляется следуксее ограничение:

У3т с + , ( 7 )

гглгО'ЭТЛ"» Г^Т*- ОЦ тттгттто

Объекты ГЭС, ГАЭС и.насосные станции рассматриваются в самостоятельных блоках ЭММ. В качестве переменных блока предусмотрены турбинные расхода(С7), подведенные напоры(Н71), мощности (Р) и др.

Наращивание мощности ГЭС (рззЕитие) учитывается самостоятельными переменными, при этом в качестве капиталовложений берется только та их часть, которая относится к установке агрегатов ГЭС. При этом зависимость капиталовложений от мощности ГЭС близка к линейной. Нелинейная зависимость мощности ГЭС (Р) от турбинного расхода (0Т) и подведенного напора (Нтс) учитывается путем ее линеаризации в процессе итерационного приближения к оптимуму следующим образом.

т тс

Пусть на г-ой итерации решениями являются и Н^. Разложение функции (Р(СГ,!Г)) в ряд Тейлора и последующее преобразование приводит к следующей зависимости:

о Т 1С лр т лр тс Р = Р+(0г,1Ц) + Щ; 0 + Н , ( 8 )

0 х 1 х <эсг ен"-

где Р1. - опорная точка, получаемая при разложении (индекс называет

т тс

на то, что разложение производится в точке ( СЦ, 1Ц ). При этом вычисление производных осуществляется с учетом потерь напора в водсеодзх и нижнем бьефе (ДН((3т)) и изменения К.П.Д. (Дт;(0т,117с)). Последние зависимости определяются предварительно путем перестроения характеристик нижнего бьефа и эксплуатационных характеристик

р-ЭГ"

1 и и I

На основе выражения (8) производится пересчет не только коэффициентов матрицы С.'.".!, ко и правых частей уравнении. Благодаря особенностям пакета блочного программирования не требуется пересчет других мзссиеов (двойственных и прямых пзроменшх, обратной матрицы и др.).

Особенностям! модели ГЭС (ГАЭС) является то, что ограничения по установленной мощности при напорах больше расчетного и меньше расчетного учитываются двумя видами уравнений. При этом е результате решения задачи нз граничной точке одно из них. оказывается несущественным.

Участие АЭС и различных еидов ТЭС в режимах ЭЭС учитывается упрощенными моделям;!. В модели ТЭС учитываются ограничения по глубже разгрузки. В качестве переменных принимаются установленные

мощности каждого типа ТЭС и АЭС для кагдого года и их рабочие мощности для кахдого гаггервала времени и зош графика нагрузки.

Модели растениеводства предусматривает возможность выбора оптимальной структуры посевов с учетом налитая богарных, существу-ещих орошаемых, реконструируемых и новых орошаемых земель. В модели в качестве переменных принимаются: объемы производства на орслземих и богарных площадях, расход еоды на орошение, площади различных категорий земельных ресурсов и площади, выделенные под каждуэ сельхозкультуру. В качестве ограничений рассматривается ограничения на производство продукции, ограничения на земельные ресурсы, на освоение новых площадей.

Оптимизация функционирования и развития ЭВХ1С как сложной системы, требующая разработки 3.".'М и ведения систематических расчетов, потребовала:

1) по-новому подойти к технологической схеме сбора и обработки исходной информацш, разработать комплекс программ организации многсформовой информации, ооеспечивааций бссформатш::"! ввод информации, контроль правильности ее формирования, обеспечение надежного храпения и гибкого доступа к информации;

2) формирования матр:гц 2.V.M, т.е. автоматической подготовки входных массивов дач пакета блотп:ого программотования (ксэффппиен-тсв целевой функции (С), злемектсв подматриц блоков (Л, МА); нижних и верхних границ переменных правых частей уравнений (В));

3) разработки алгоритмов и комплекса программ обработки

па г>тг ттт_т*пт'г\тэ т^пгчтат^о Tin Апттлпо что^чтт^тэ тттп7/-ч"4 ПРИ "О ттрг» пто пт. ттпп'Гтт

* ь* л V J_t ^uu^^&Ukf Ч* и 1 . W J J U* ч A U IV*«. UU^JflU^Uu U . urjjtiww

упавнэНл"! и герема:пп;х ЭМ.М ггоч Фс'^гсоззт^п* матсчи. Этот комплекс позволяет сорабатпвать результаты расчетов с выдзчей таблиц, пригодных для ннгенерпого анализа параметров функционирования и развития отраслей энергетики и водного хозяйства.

При автоматизации процесса формирования массивов по типоеки блокам устанавливается последовательность блоков в соответствии с рис.!, последовательность связующих уравнен::;! в сответствии со списком рассматриваемых рзсурссз (вола. подведезпзД напор ГЭС, различные висы сельхозпродукции). Вначале записывается уравнение для первого ресурса и песвого узла соответствуете!! расчетной схемы, но последовательно для всех интервалов времени, затем для первого ресурса, но второго узла и т.д. Номер уравнения баланса L-

- 1'4 -

го ресурса, записанный для 1 -го узла и 1 -го интервала времени, определяется по формуле

Б = £ ПрШр + (1-1)Шр + т , ( 9 )

р=1

где Пр и Шр — соответственно количество узлов (суммарно по соответствующим расчетным схемам транспорта) и количество интервалов времени, рассматриваемых при распределении р -ой продукции.

После установления последовательности связующих уравнений (2), (3), (4), (5) достаточно легко разрабатываются конкретные алгоритмы расчета их правых частей.

Более сложен расчет коэффициентов целевой функции, элементов подматриц блоков, низких и верхних границ переменных . Общий подход состоит в следующем:

а) составляется последовательность типов переменных блока (е задаче рассмотрены следующие типы переменных: V - объем водохра-

1ТТГГТГТПГ» И"- — ПГ^ТТТ7ОП01ГиТ-ТТ> 1ТОГТГ»П Р _ »»Г»ПГ1ГГ\Г*Т1- тг тт

1мии№,и| .А ------------------------* ЯЬ ^^ 1 / ,

б) определяется совокупность индексов (J) (общее количество рассмотренных переменных в блоке), по которой вводится в 2ММ новая переменная с индексом 3' ;

в) производится спецификация формул расчета коэффициентов це-лсесн функции'"') и пределов изменения кагдсй переменкой в соответствии с ее номером;

г) определяются номера уравнений для каждого п -го блока по формуле:

= М + q , ( Ю )

где - номер а -го уравнения п -го блока; М - размер поля, отведенного для связующих уравнений;

*) Еычислекие коэффициентов производится по следующей последоза-тедьксстч: для пево,,енчых. учитывающих развитие, определяются соответствующие капиталовложения - К и постошшые эксплуатационные

тг^^от^'-^ттг _ 2 тт^пст сстп т1Ы1Ых _ только постоянные зксплузтзшюннце

издерлси - II. Зная значения коэффициентов Р„ и Е,, по формуле

А« ДА

Ф 1

3—. \ 1Р 4-М > __ гтлтг-этзлттттфг»(т т"\ог»ттот» глпг><*у*гтт»тхе>и»т»о ттоттопр

С' -1

фуккпгл для данного переменного.

д) производится специфт-:ация формул расчета элементов подматриц (А) блоков по типам переменных и по последовательности переменных внутри тнпз (по индексу ^ ).

После установления общих сеойств и упорядочения информаци! согласно вышеперечисленным правилам достаточно просто разрабатываются когагретные алгоритмы и программы автоматического

гтт/лг>тгггг7 1 гг\т> тгттгЪ^тмг*этттгтг ( Р П У V А М а ^ тттто тчогпоитгст

задачи оптимизации ЭЕХК с применением ПБП.

Все программные средства разработаны с тем расчетом, чтобы обеспечить решение проблемы при достаточно глубокой и строгом учете территориального фзкторэ (рассмотрение достаточно больного количества энергетических узлоз с широка охватом регионов страны) и фактора динамики (обеспечение возможности задания длительного расчетного периода (5-15 и более лет) с детализацией до месячных интервалов и даже до характерных часов (для учета суточной неравномерности электрической нагрузи!). Разработанные программные средства :ппзариантны относительно количества интервалов вреиени и узлов расчетных схем, не привязав к ксшгретным условиям отдельных бассейнов.

Для проведения экспериментальных исследований в качестве примера Еыоран ЗЕШ Волжско-Камского бассейна, который включает Еолж-ско-Камсгсй каскад ГЭС, энергосистемы Центра, Северо-Запада, Урала, Поводья и П:!жкего Поволжья и системы растениеводства пяти областей Поволжья. Расчетные сетевые схемы подсистем ЭВХК

ПГЧПйГСит тю птгг* СТ ТТП'Г I

Еодопотсебнт°лей и водопользователей задает как ограничения.

В качестве расчетного был выбран пятилетний период на перспективу 2001-2005 гг. При этом каждый год расчетного периода в ЭММ представлен 6-ю основными и 0-ю дробными интервалами. Для учета режима электроэнергетичес131Х систем зимние месяцы (декабрь, январь) представлены 5-ю, а остальные месяцы - тремя характерными

ОХ.ТП г>пог»»»г\'пг>огттт ттотто парттгтп т>огзптгттггг ГЗРУТГ ТТттгг

каждого варианта выбраны пятилетние интервалы из гидрологического ряда соответственно с 30, 50, 75 и 953 обеспеченности стока р.Волги в Волгоградском стЕоре.

Слете41 от1 гетить,что выполненные рзсчэ"^ являются лишь иллюстратпЕ::ымп и прзжде всего позволяют лишь оценить возможности

Рыбоннская

Горьков- _ Верхний бассейн екая '-г>

'1Г> с,Ррлнсволл:сг.ои д 1^^ ГАЬС

Чебоксарская

I 14

. Н;гапш бас-12 сейн сред- /10

г---,КРне-волзк-

ч4 Г окой ГАЭ , нпжне-

камская

I

Волжская им. Ленина

Северо-запад

Боткинская

б) ( 3

Центральный район

4 У Поволжье . Нижнее Поволжье

Волжская

им.XXII съезда КПСС

Каспийское море

Башкирская ССР

ЭВХК: а) схе] в) схема подсистемы растениеводства

Северо-западный район

Самарская область

Ульяночская область

Республика Татарстан

Саратовская область

Урал

Нижнее Поволжье

Рис.2. Схема составных частей ЭВХК: а) схема каскадов ГЭС; б) схема энергосистемы;

в) -------------------------------------

м

СП

модели и инструментария.

Анализ результатов расчетов показывает, что роль основного регулятора стока в многолетнем разрезе выполняет Рыбинское водохранилище. Здесь многолетний цикл регулирования наблюдается как в маловодные (95/5 обеспеченности), так и многоводные (3055 обеспеченности) периоды.

Как показал анализ результатов расчетов по всем рассмотренным вариантам развития ЭЗС, атсмз:ые электроставдш развиваются до заданных предельных мощностей. Участие других объектов ЭЭС в покрыта! графика нагрузки в целом за расчетный период зависит от обеспеченности пятилетнего стока. Однако для всех лет в период зимнего мзкс:п.;ума нагрузки (декабрь-январь) структурное соотношение режимных параметров объектов ЭЭС изменяется несущественно.

На основе анализа результатов расчетов можно выделить следующие характерные особенности рассматриваемой системы:

1) значительный уделышй вес атомных и базисных ТЭС, как по установлешюй мощности (около ВО*), так и по выработке (около 93/5), оказывает существенное влияние на режим Есей системы и

кпрттпЛ'.! г>г>г*ттп Лпчптщу ФГЗГ1 тг А^Г1*

мыОш* ыи.* I. . .и. I

2) гидроэлектростанции при 95Я обеспеченности стока в основном используется для покрытия шпсовой части графика нагрузки, где используется от 92 до 93% энергии ГЭС;

3) при изменении обеспеченности стока незначительно изменяется структура теллоЕых станций.

Разработанная ЭММ позволяет определить количественного сценку

п ел алтг шгчгтттг'у ■эатгт? /ттотпт ^ и1 рг» тгтт 'Этта л тп г су "Р^Г* г> т 7 а т*1 т

ПСЛУЧ28МУЮ КЗ ТЭС; что ОПрЭДвЛЯЭТ ЗКОПС\2гЭ ТСП-Г'Е2 • Нл*12 ТСЛЛИВЗ определяет цену энергии. что со своей стороны обусловливает образование цены на воду.

Анализ замыкающих затрат на воду по каскаду показывает, что эта величина соответствует потенциальной энергии воды конкретного участка реки. Стоимость одного куботеского метра воды растет от нижележащих к вышележащим ГЭС каскада, поскольку потенциальная энергия воды вышележащих ГЭС выше, чем шгжележаших.

Расчеты показывают, что при пр:жятых на перспективу ценах на различные виды топлива замыкагсшиэ затраты на воду колеблится в большом диапазоне в 2зеис:шости от обеспеченности стока и рзсполо-жeшLЧ водохранилищ в каскаде ГЭС. По проведенным расчетам . зацыка-

пцие ззтраты на воду колебались от 5 руб/тыс.ыЗ для Рыбинского водохранилища до 0,8 руб/тыс.ыЗ для Волгоградского водохранилища.

В результате решения э;.?Л могут быть получены и замыкающие затраты на электроэнергию.

Анализ результатов по орошаемому и богарному земледелию показывает, что независимо от обеспеченности атмосферных осадков • объем производства большинства ендов с/х продукции по областям существенно не меняется и ео Есех вариантах удовлетворяется потребность по производству продукции в целом по регионам. При зтсм сСъе:гы отбора еоды для орошения меняются пропорционально обеспеченности суммарного стока за пять лет.

С "спсльосвзкивц р 3 ЗС 2 б О Т 2 ккой были ИрОВ8Д6ИЫ рЗСЧВТЫ для обоснования эффективности сооружения СреднеЕолгской ГАЭС (по заданию Гидропроекта). При этом рассматривались четыре варианта развития комплекса: 1) Развитие без ввода ГАЭС; 2) Развитие с ееодсм ГАЭС с установленной мощностью 3000 мвт; 3) То же с установленной мощностью ГАЭС ЗЗСО цвт; 4) То же с установленной мощностью ГАЭС 3500 мет.

Анализ результатов показывает, что для рассмотренного вэрианта развития энергопотребления и его режима развитие ЭВХК с учетом сооружения ГАЭС требует меньших приведенных затрат по сравнению с его развитием без ГАЭС, при этом экономически эффективно развитие мощности ГАЭС до 3600 мвт.

ЕЫЕОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Выполненное исследование было направлено на создание методологии оптимизации фуккционстовзния и развития знергсЕод-хозяист-твегаюго комплекса, рассматриваемого как единая многоотраслевая система, взаимосвязанная по энергии и ресурсу воды. В результате исследовзшгй завершена разработка Э!,?Л оптимизации функционирования и развития знерговодохозялствекпого комплекса с использованием пакета блочного программирования, базирующегося на методе

ргпгмгг\р1тп ппг'у г*1гптт-тттгг» п о "

V' У' и 1 ^ ШИ > I I ». . .

— развасотаны экономике—математпчес!спе модели ГЭС, ГАЭС. во— дохранила, насосных стзшпй, систем растениеводства, как элементы лкиешюй экономико-математической модели оптимизации фушсцнониро-вания и развития ЭВХ1С;

- разработаны основные принципы создания информационной базы цля Э.\"1 нз основе ее многоформового представления, обеспечивающие гехнологичность вводз, организации и хранения информации;

- разработаны алгоритмы, методические подходы, программные средства автоматизации процесса формирования матриц линейной Э?5Л энерговодохозяйственного комплекса. .

2. Проведенные экспериментальные и практические расчеты на ЗЕМ по оптимизации репсов и параметров развития ЭЕХК с использованием разработанной на примере ЭВХ1С Еолгско-Кзмского бассейна юказали, что разработанная лше:и!зя 2)..М в достаточной для практики точностью учитывает основные взаимосвязи мегду регимными и структурными параметрами отдельных объектов энергоЕОдохсзяйст-зенного комплекса. При этом обеспечивается достаточно херелзя сходимость процесса оптимизации.

3. р^р'полл'паихтгт позволяет:

- вести с высокой степенью азтоматиззшп! весь технологический гооцесс'расчетов на ЗЕ.М;

- репзть задачи оптимизации фуккциошфоватя и развития как экерговодохозяйственпсго комплекса в целей, так и отдельных его юдсистем и соъектсв с оценкой межотраслевого эффекта;

- относительно просто настраиваться нз любую структуру ЭВШ, сазактевизующую каскадные связи ме^Еду РЭС, ме«озссе**нсвые евлзч по стоку, состав и рззмещечие стссситель}?ых систем, энергетические связи мегду отдельными регионам.

4. Разработанная Э?/М позволяет определять значения зззимоувяззнкых замыкающих затрат нз воду по отдельным створам зэссматвиваемых рек и замыкающих затрат на электроэнергию в сзссматрнЕземых узлах энергетической системы, которые могут быть юпользованы самостоятельно для практически: целей.

ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Чурквеидзе И.И. Вопросы управления функционированием и развитием еодного хозяйства // XVII республиканская науч. сессия: Тез.докл. Батуми, 1985. - С. 40-41. - На груз.яз.

2. Чурквеидзе И.И. Пути повышения эффективности использова-вания сельскохозяйственных ресурсов // XX республик?,некая науч. сессия: Тез.докл. Батуми, 1988.-С. 56-57.На груз.яз,

3. Чурквеидзе Ш.С., Чурквеидзе И.И. Моделирование и автома-матизация процесса расчетов и режимов речных бассейнов. - М.,1988.-7 с.-Деп. в ЦБНТИ Микводхоза СССР 09.11.83, N 612.

4. Чурквеидзе Ш.С., Чурквеидзе И.И. Вопросы автоматизации обработгл информации к задаче оптимизации функционирования и развития энергоЕодохозяйстЕенного комплекса. - М., 1983.-12 с.-Деп. в ЦБНТИ Г.Ьшеодхозэ СССР 09.11.88, N 613.

5. Чургаеидзе 11.11. О создании АСУ оптимизации функционирова-

тт*»гт тг гл Г> ПГ>ТГ"ГТГГ7 t>rsTTAYr\r> СТТ*Г»Т»Г50итЛ1 V птгофон // Аот»/Л1»аттг«эоттттсг

luut «A Á-! O^ViAV Ж UU — AWm / / ÜAi A VwU

научных исследований и проектирования АСУ ТП в мелиорации: Тез.докл. Всесоюз. школы-семинара 27 июня - 3 июля 1983 г. - Фрунзе, 1989.-С. 133-134.

Подписано к печати

Уч. - изд. Л. 1,с

Заказ >"v Изд. n а /Г

Л. 1,с

. Л. - Í021P Печ.Л. 0¿s~ .

. Тхфзж экз. Бесплатно.

Тнпогра^'л Издательства МЭИ,

Красноказарменная, 13