автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Математические модели для анализа и синтеза непрерывности обеспечения энергоресурсами электроэнергетических систем

Акаяемия наук СССР Оргтена Ленина Сибирское отделение Сибирский энергетический институт

На правах рукописи

ДЗЮЕИНА Татьяна Владимировна

УДК 621.311.I

ЩТШТИЧЕСКИБ МОДЕЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА НАДЕЖНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСАШ ЭЛЕКТРОЭКЕРГЕТКЧЕСШ СИСТЕМ

Спегиальность 05.13.16.- Применение вычислительной техники, математических методов и математического моделирования в научных исследованиях (янёргетика)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск - 1991

/""V , V ;

Работа выполнена в Сибирском энергетическом институте Сибирского отделения Академии наук СССР.

Научный руководитель - лауреат Государственной премии СССР,

заслуженный деятель науки РСЗ-СР,

доктор технических наук, профессор Розанов МЛГ.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Цветков Е.В.

кантилат физико-математических наук Белов Б.И.

Вепушая организапия - Сибирское территориальное

энергетическое объединение "Сибирьянерго"

Зашита состоится " 199гг. в У час

на заседании Спедиализированного совета Д 002.30.01 по защите покторских диссертаций при Сибирском энергетическом институте СО АН СССР по адресу: 664033, г. Иркутск, ул.'Лермонтова, 130.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского энергетического института СО АН СССР.

Автореферат разослан " £¿¿<¿^¿1,/ 1991 г.

Ученый секретарь Специализированного уу—,

совета, кандидат технических наук С///.— А.М.Тришечкин

I. ОПИЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ»

- При исследовании надсвностн . электроэнергетических систем (ЭЗС) наряду с обеспеченностью генерирующей аодностьв и электрическими сетями следует рассматривать такие обеспеченность энергоресурсами. а именно: топливом для тепловых и водой для гидроэлектростанций,

Актуальность работы обусловлена ваяностьо и неэавервенностьв реиеииа проблемы надеаности обеспечения знергоресурсани ЭЭС. Недостаточное внимание, уделяемое данной проблене. помет приводить к дефицита знергоресурсов. что в своп очередь - к ограничений потребителей электроэнергии и. соответственно, к учербу или к переполнения емкостей многолетних запасов, а точнее, к сливу воды на ГЭС.

Сложность исследования надежности ресурсообеспечения ЭЗС обусловлена необходимостью учета случайных факторов, влияющими на уро-%

вень производства и потребления электрической и тенлозой энергий.

Работа выполнялась в соответствии с Постановление!: СО АН СССР N 359 от 22.06.82 г. "О проработке перспектив злектроснабаения Сибири"» с координационным планом работ по теке Г.3.3.9. "Направления и тенденции развития ЕЗЭС страна и методы управления процессами при ее функционировании" на 1980-1990 гг. по заданно (1ФТПЭ АИ СССР, научного совета по комплексный пробленам энергетики (СЗЙ -головная организация по этой тене). а такас з соответствии с хзз-договараии 9/84 и 15/86 ЦДЯ ЕЭС СССР с СЗЙ СО АН СССР на первуэ и вторую очереди комплекса задач "Налояиость" от 20.01.04 г. и 10.01.06 г.. соответственно.

Цель работы заключается в разработке обцих методических основ анализа и синтеза надежности обеспечения энергоресурсани электроэнергетических систеи, в создании математических ноделей, алгоритмов и вычислительных программ для репення следувзих задач упраало-

- ?. -

ния ЭЗС.

1. Оценка надежности электроснабжения потребителей в завис» мости от наличии зисргорссурспи.

2. Планирование оптимальных знамений поставок топлива дли тепловых станций, а такяе определение плановых лимитов на злект-

' роэнергиш с учетом надежности im стадии Санкционирования ЭЭС.

3. Определение оптимальных знамений емкости складов для «ни голетних запасов на ТЭС и максимальных возможностей пост.шпикоп топлива на стадии проектирования ЗЗС.

Методика выполнения исследований. Раоота основана на приме исиии методов теории вероятностей и математической статистики методов статистического (имитационного) моделирования, оптимиза ци'чных методов нелинейного программирования. Предпочтение отдается тем методам, которые удовлетворяют исходным условиям и позволяют сохранить практический смысл задач анализа и синтеза надез кости обеспечения эисргоресурсами ЗЗС.

Научная новизна исследований заключается в следующем. .

1. Предложен новый иетодический подход к реиенив задач авале за и синтеза надежности обеспечения ЭЗС эисргоресурсами с учетом вероятностных факторов притока воды к ГЭС и спроса на злеитричсс-кцо и тепловуп энергии.

2. Математически обоснован критерий- оптимальности для реве-ния задач синтеза надежности обеспечения ЭЗС эиергоресурсами.

3. Сформулирована новая постановка задачи оценки надежности удовлетворения спроса потребителей в зависимости от наличия энергоресурсов на основе учета вероятностных факторов приточности воды к ГЭС, спроса на энергии и колебаний поставок топлива. Аля ее ревения разработана математическая модель.

4. Разработана динамическая имитационная водедь функциониро-

вания ЭЗС с использованием фактических хронологических рядов при-точности йоды и с{?еднсзимних температур. На си основе осуществлен выбор оптимальной стратегии планирования поставок топлива для ТЭС.

5. Разработана оценочная модель для планирования поставок топлива для тепловых станций и определения плановых лимитов на злек-гроэнергии, удовлетворявших заданной!! уровни надеяности обеспече-шя спроса па энергии первичными энергоресурсанп на стадии оункци-знировапия ЭЗС.

0. Разработана оптимизационная модель для определения необхо-1имой производительности поставаиков топлива и емкости ск'ыцо» для шоголетних запасов топлива на ТЗС на стадии проектирования ЭЗС.

Достоверность и обоснованность научных результатов дисссрта-1ии. Выводы и рекомендации обоснованы корректный учетом случайных )акторов и разработкой адекпатных математических моделей и экспе-[иаеитально подтверждены путем имитационного моделирования, результатами исследований на ОЗЗС Сибири по планировании поставок топли-1а, а также по выбору оптимальной стратегии планирования.

Практическая ценность. На основ« предлшешшх натеаатичес-

;их.моделей разработаны алгоритмы и вычислительнйе программа для

%

евения задач обеспечения надеяности ЗЭС энергорссурсами при дол-осрочном планировании их работы. В частности, создана вычислите-ьная программа для речения задач оценки надсгности электроснабае-ия потребителей в зависимости от наличия энергоресурсов и плани-ования поставок топлива с учетом надегности удовлетворения спроса а энергии (задача Н-1) для ПВК "Надевность".

Разработанные математические модели используптся такяе для ормировенша системы нормативов надевности ЗЗС.

Апробация работы. Основные полояения и результаты диссертаци-нной работы докладывались и обсу*дались на XIУ и ХУВ конференци-

V . 4 _

ах-коикцрсах молодых ученых СЗЙ СО йй СССР (Иркутск. 19Ü3. 1987) (на XI9 конференции работа запада El место, на ХУ8 отмечена ночет-uoft грамотой); на PJ семинаре "Имитационный подход к изучении больших систем энергетики" (Иркутск, 1982); на Всесовзном совецании "Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР" (Тамкент, 19В4); на Всесоюзной симпозиуме "Системы энергетики: управлении развитием и функционированием" (Иркутск, 19ÜS); на I и II Всесопз-1шх координационных совецшшях "Обеспечение надмности при управлении развитием и функционированием электроэнергетических систем" (Иркутск, 1386, 19ÜS); на IX Всесоюзной научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (Рига, 1987); на 'J2 заседании Всесоюзного научного семинара "Иетодические вопросы исследования надевности больших систем энергетики" (Цимлянск, i98ö J; на научных семинарах лаборатории рияимов и надеаности функционирования систем энергетики СЗИ СО tili СССР,

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отра-иены к 9 опубликованных работах.

На защиту выносятся. 1. Общие методические нолоаения анализа и синтеза надевности обеспечения знергоресурсами ЗЭС.

2. Новая постановка задачи оценки надевности удовлетворения спроса потребителей на энергии в зависимости от наличия знергоресу-рсов, т.е.-от плана поставок топлива для ТЗС и притока воды к ГЭС.

3. Математические модели для оценки надемности удовлетворения спроса потребителей на энергию, планирования поставок топлива для тепловых станций и определении плановых лимитов на электроэнергии, удовлетворявших заданному уровню надежности на стадии Функционирования ЗЭС.

4. Динамическая имитационная модель функционирования d3C с . испояьэивииием Фактических хронологических радио нри/очности воды

- s -

D водохранилища ГЭС и спроса на энергии.

5. Математическая модель для определенна оптимальных значений еикпети складов для многолетних запасов на ТЭС и максимальных возможностей поставщиков топлива с учетом мадеаности на стадии проектировании 3JC.

15. Алгоритмы и вычислительные программы для анализа и синтеза надежности обеспечении ЗЗС первичными знергоресирсами,

7. Результаты расчетов, выполненные с использованием разработанных автором математических моделей, алгоритмов и вычислительных программ по исследовании надежности обеспечения ОЭЗС Сибири энергореСурсами.

Структура и объем раооты. Диссертация ойцим объемом I8S страниц машинописного текста состоит из введения, четырех глав, заюш-чения. списка литературы и приложения. Работа содершт |2( страница основного текста. 19 рисунков и 23 таблицы. Список литература смягчает 121 наименование.

П. КРПТКОЬ СОДЕРИПНИЕ РАБОТ!!

Во введении показаны актуальность темы, цель и основные задачи исследований, научная новизна, практическая ценность результатов.

В первой главе дается характеристика ЗЗС как объекта исследования, рассматривается существующие условия формирования баланса энергии КЭЭС ССР. Приводится краткий очерк истории развития проблемы надеаности ЭЭС, рассматриваются методы расчета надежности и IX классификация по используемому математическому аппарату и по шдходу к виенрг.изведешш свойств исслсдцомиго 01аскта. Прослои »аится этапы матемагическогс моделирование на ЗВУ в энергетических ^следованиях.

Далее в диссертации внимание сосредоточивается на такой составлявшей надемности питания потребителей электроэнергией, как обеспеченность знергоресурсами. Анализ используемых методов исследования надеяности ЗЭС показал", что методы исследования наде«ности обеспечения энергоресурсами оказались наименее развитыми, при этом оценка надеишсти обеспечения знергоресусами ЗЭС не проводилась вообще.

При исследовании ресурсообеспечения ЭЗС показана необходимость учета таких'случайных факторов, как отклонения зимних температур от среднемноголетних и многолетняя неравномерость речного стока. Среди прочих факторов следует учитывать корреляцию притоков воды в каскадах ГЗС и месду ними.

Реяение задачи оценки (анализа) надеяности необходимо для планирования топливоноставок для ТЗС, определения плановых лимитов на электроэнергию на стадии функционирования, а такве максимальной производительности поставщиков топлива и емкости складов для многолетних запасов топлива на ТЗС на стадии проектирования (задачи синтеза).

При этой необходимо учитывать взаимосвязь мевду требуемым объемом плановых поставок топлива и возмовной выработкой ГЭС, особенно для тех ЗЗС, где велика доля ГЗС в структуре генерирдшдих мощностей.

По действуюцим нормативным документам энергоотдача ГЭС планируется близкой к среднемноголетней и на ее основании определяются плановые поставки топлива с учетом остатка на складах ТЗС. О работе показана неправомерность использования данного подхода.

Анализ существующих моделей по учету выработки ГЗС при планировании топливопоставок (Ф.Й.Бык, В.Г.Китувин. А.Ш.Резниковский. В.А.Савельев и др.) показал, что в них не учитывается такой важный случайный фактор, как наступление серии холодных зим или маловодных лет. В ряде моделей токяе отсутствует возмовность использо-

папин прогнозов приточности воды к створам ГЭС. В конечной счете большинство авторов предлагают нормативы (каждый свои) на планирование выработки электроэнергии ГЭС при условии, что поставки топлива детерминироваино зависит от ее выбора. Ьолие правильный представляется подход, когда рассматривается надежность всей ЗЗС и для определении плановой нотреоипсти в топливе функция распределения возможной пыработки ГЭС учитывается нолностьв.

Дли планирования поставок топлива имеется ряд моделей и программ »Н.В.Горвшш, Г.В.Муравлев, Ю.Лазебник. Е.В.Цветков и др), ни как покапал их анализ, больиинство из них носит детерминированный характер и не учитывает случайные факторы, влияющие на степень обеспеченноеги энергоресурсами. Из этого ряда можно выделить стохастическую динамическую модель для оптимизации топлипоснабже-ния электростанций, которая по сути являете;' усовершенствованием существующей детерминированной модели. Вероятностная постановка задачи сведена к выбору одного доминирующего фактора и разработке однофакторной модели стохастической задачи, которая решается дете-рминиропанными методами нелинейного программирования.

Для новывешш надежности электроснабжения потребителей необходимо создании многолетних запасов эиергоресурсов. В этой области интересны предложения Великаноиа И.II. и Некрасова A.C., Назура Ш.Я.. йелентьева Л.П., а также модели, разработанные Зоркальцевым В.И. Недостатком большинства работ является то, что при создании многолетних запасов лиоо вообче не учитывается зависимость этих запасов от выработки электроэнергии ГЭС. либо в основной учитывается un ее среднсмноголетнему значении.

По результатам приведенного анализа мивно сказать, что eysee твуюцие модели планирования типливопоставок для ТЭС, как с учетом, так и оиз учета гнработкн электроэнергии на ГЭС. вкмчаи и пислед

- о -

нюю стохастическци модель, а также модели определения многолетних запасов знергоресурсов не учитывают полностью основные случайные Факторы ресцрсообеспепения ЭЭС, и следовательно, не полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к моделям подобного типа.

Отсюда вытекает необходимость разработки новых методов и математических миделей на основе вероятностного подхода для планирования оптимальных значений поставок топлива для ГЭС, определения плановых лимитов на электроэнергию на стадии функционирования ЭЭС, а так«е оптимальных значений емкости складов для многолетних запасов топлива на ТЭС и максимальных возможностей поставщиков топлива на стадии проектирования ЗЭС.

Во второй главе рассмотрены возможные подходы к решению задач анализа и синтеза надежности обеспечения энергоресурсами ЭЗС. Описаны математические модели и алгоритмы ревения этих задач при управлении функционированием и развитием ЭЭС.

Принципиально для режепия иывеперечислеиных задач возможно iii;i колько подходов. Первый - оптимизационный, где в качестве критерия оптимальности берется минимум суммы переменной составляющей приведенных годовых затрат по ЗЭС и среднегодового народнохозяйственного ущерба от нарушений электроснабжения потребителей

3-3Т+У» 6Т3Т*У ,

где Вт - плановые поставки топлива в энергетическом эквиваленте, JT - удельные затраты на топливо. Ушерб можно представить в виде суммы плановой и случайной У®5 составляющих

где 4ЭПЛ и Цд" - плановые ограничения потребителей при годовом

лСЛ ei

лимитировании и соответствующий удельный ущерб: &Э и - пе-доотпуск электроэнергии в пределах плана и соответствующий удельный ущерб. Оказалось, что оптимизируемые параметры (при функцио-

мровании эти план поставки топлива & или плановые ограничения ) зависят только от отношений ¡^ или ^¡¡^д- соответствию, а не от их абсолютных величин.

Второй подход - нормативно-целевой, основанный на нормирова-1ИИ степени обеспечении знергнресурсами спроса на электроэнергии. I качестве нормируемого показатели рассматривается вероятность 1довлетвирения спроса па электроэнергии.

Оптимальный величин« плаиовмх ограничений Д3П" соответствует

IЭ/аЭ "О , где 3., - оптимальная величина плана отпуска

опв

1лектроэнергии потребителям. При спросе на электроэнергию 3 и 1лотностй'распределения суммарной возможной'выработки электроэнер-ии (Э1"] критерий оптимальности принимает нид

родифференцирован последнее выражение по Э^' и приравняв полу

еннув производнч.а нулю, получим условие опшмашюй величины нор-

атив<1 надежности вероятности удовлетворения спроса на энергии

13-1-Г(Э^-ЭрЛЛР0ПТ)= • Аналигичип. когда оптимизирувт-

я план поставки топлива Ьт .. может вить нолцчвн критерий оптималь-

Э т, сл

ости . а именно вероятность отсутствия дефицита энергии Н - /Ув.

Таким образом, полученные нормативы надежности могут исполь-оваться при расчете ресурсооОеспечения 330.

Модель оценки надежности удовлетворения спроса на элвктро-нергию в зависимости от наличи'л эниргоросурсов, т.е. от плана вставок топлива на ТЗС и притока воды к ГЭС. носи г оценочный ка-зктер. Оогектом исследования яилпится илогьц.зловая 330, рассмат--лваемая как совокупность М узлов и N связей между ними. Расчет•• инт ернал - год.

Б содержательном плине подели по^во.'нп-т пи задапыы д:;л ка« )ГО р1к:чи1Но1о узла т в ¡¡..(ннтшет ной ■ сир;,: у 11- .¡яектрв ■

- 10 -

top гее

энергии - Э и выработке электроэнергии всеми ГЭС - 0т данного

«Т9С

узла. а так«е по выработке ТЭС - Эт . обусловленной плановыми

поставками топлива и состоянием оборудования, с учетом пропускных

способностей связей определить закон распределения небалансов эле

ктрианергии и по нему всс искомые показатели надежности.

Основным нетодом, используемым в этой модели, является метод

статистических испытаний (метод Понте Карло), который позволяет н

базе функций распределения получать различные значения случайних ÖC<V яМв

величин от и Uni , которые затем используются для вычисления уз лового небаланса, электроэнергии

«'-С-зГС .

Далее производится расчет оптимальных значений дефицитов эле ктроэноргии ДЭ^г. учетом 1-го закона Кирхгофа и двухсторонних ог раничений по пропускным способностям связей между узлами 3п и Зп и потерь энергии в иих. Это осуществляется посредством мини иизации целевой функции

7 f а1Ы<? при ограничениях: „ , ,

ffi^mn TJ i?c»im л "п " т т "т »

; Lw-iTM i

0 « A^ ♦ 3m ,,

N«r(W:<U.Voi. W-i^l Jrt-ITN ,

гдсС„, - яеепвне коэффициентм^функционала. определяющие важность нагрузок в узлах; дЗ^и ¿3** - дефициты и избытки энергии по узлам; Эп - поток энергии по п -ft связи: К„ - коэффициент потерь энергии по fi-й связи; Qmn- элементы матрицы связей

( I. если m -й узел - начало ц -й связи;

а - { -!. если т -й узел - конец И -й свази; пм л

| -1. е | 0 в

во всех остальных случаях. Задача минимизации дефицитов энергии является типичной задачей нелинейного программирования, для ее решения используется метод внутренних точек И.И.Ликина.

На основе полученных и результате оптимизации значений дефицита ЛЭ^" или избытка энергии в каядом расчетном узле строится результируввая функция распределения небалансов электроэнергии рис.1), с помощью которой определяются: надеяность знергоснабаениы как вероятность удовлетворения спропа]^-Г(Э"-0), и.о. недоотнуска электроэнергии ■ ГЭ"8 1 'Ф" Э1? > О

или М^щ / т ' ГАе9м и^/и ^ ~ вероятность небаланса эликтро-—.у ^

энергии« Д»?^ - количество нолояителышх членов в ряду

распределения; коэффициент относительной обеспеченности потребителей электроэнергией МС. В зависимости от соот-новения полученной и требуеыой надсвности удовлетворения спроса на электроэнергию по кавднму расчетному узлу моашэ определить либо

планируемый лимит на спрос ДЭ^» 0т при Г(Эт)= НТ? мри условии „т9 „пае

Н ; либо возмонюе уменьшение поставок топлива в пересчете

дл«С гм«\ „тр „т» „поя

на электроэнергию — при г при условии п .

Надо иметь в виду,что при этом мояет меняться надеяность соседних-

цзлоа и, чтобы ее оценить, требуется провести следующий расчет по

данной модели.

Модель каскада ГЭС рассмотрена на примере 1)ЭЭС Сноири. как содеряащей самую больиую доли ГЭС - Ь'ОУ. генерирующих мощностей.

В содеряательном плане модель позволяет но заданным функциям распределении нрихочности воды за год ь аидохриннлииа Иркутский, Братской и Исть-Илиыской ПС, раииолоаешшх па ["¡не Шимри и обра-аувщих Ангарский каскад, Саыно-Вушшской н Красноярской ГзС, иора-

Рис. 1. Функции распреЭеления небалансов электроэнергии:

1- при десрщше энергоресурсов,

2- при изсГытке энергоресурсов.

Рис. 2. Планирование поставок топлива.

зувцих Енисейский каскад, Новосибирской ГЭС на реке Оби. и запасай воды и водохранилищах на начало г.ода. а такае энергетическим характеристикам всех ГЭС определить Функции распределения возмоаноЯ

аГЗС

суммарной выработки электроэнергии ГЭС по ОЗЭС Сибири - 3 .

В качестве заданных функций распределения приточности воды к створам Пнгаро-Енисейского каскада нолю рассматривать безусловна Функции распределения (НФР), построенные на основе калондерных рядов приточности поды, а также прогнозы притоков воды. т.е. условные функции распределения.

Йозыогность задания приточности воды к створам ГЭС в двух формах (ЬФР и прогнозы) обусловливает применение и двух методов построения функции распределения выработки электроэнергии ГЭС и их каскадов. При задании притоков в форме прогнозов используется метод полного перебора всех возмопных состояний приточности воды к створам.сибирских ГЭС. При этом считается, что корреляция притоков води уже учтена в самих прогнозах. Использование в качестве исходных ПФР приточности воды позволяет эквивалентировать гнерго-отдачу ГЭС пормалышм законом распределения и резать задачу в аналитическом виде. При этом упрощается алгоритм резания и возникает возмогность прямого учета корреляционной свази полезный я боковых притоков внутри и неаду каскадами.

Модель планирования постарок топлива позволяет по известный Функциям распределения спроса на энергии 3 (злектрическуй и тепловую в зависимости от температуры наруяного воздуха) и возиояной -ГЗС

выработки ГЭС Э с учетом запасов на складах ТЗС на начало года TIC

определить функция распределения потребности в Топливе для тепловых станций (энергетический эквивалент)

На ее основе, задавпксь определенной стратегией планирование,

- П -

соответствувцсй желаемой степени надежности обеспечения энергоре-сирсаыи, можно найти плановое значение поставки топлива. При этом учитывается ограниченная производительность поставщиков топлива.

Для исследования надежности обеспечения энёргоресурсами в модели рассматривается несколько стратегий определения нлаиовой потребности в топливе (см. рис.2), соответствующих 1) желаемой (нормированной) степени надежности обеспечения эпергоресурсаии в рассматриваемом .году F(3nni)=H . что соответствует вероятности дефицита 1-НЭ ; 2) допустимой вероятности переполнения емкостей многолетних запасов р - вероятности слива или отказа от части запла-

. 54П «с л /зс лтгс w

нированного топлива. F(32)-p , Элл2" Э/ $тад+ Этах . где Этах -

-ijc

иаксииалыт допустимие многолетние запаси воды, Итси - емкости складов многолетних запасов на ТЭС; 3) средней многолетней выработки на

ГЭС, т.е. с обеспеченностью энергоотдачи, близкой к i)0Z.FwnrtjJ"O,5 ;

.тэс «rort/i

4) максимальным возможностям поставщиков топлива — •

Для сравнения различных стратегий определения плановой потребности в топливе и управления многолетней неравномерностью ресур- . сопотреОлениа разработана динамическая имитационная модель Функционирования ЭЗС с использованием фактических хронологических ряден приточности воды и среднезишшх температур. Эта модель имитирует многолетний процесс поставок, накопления и срабатывания энергоре-СЦРСов в ЭЗС, т.е. она позволяет для каждого текущего года спланировать поставку топлива, обеспечивающую желаемую надежность, по действительному притоку определить фактическую выработку, алвктро-анергии ГЭС и, зная с. ¿ос. - небаланс электроэнергии, а также остаток знергоресурсов для моделирования следувцего года. При переполнении складов предусмотрена возможность отказа от части запла-. ниронанноги тшишна,

Для сраннвния эффективности ризлнчных стратегий планирования

поставок топлива в модели предусмотрен расчет эксплуатационных затрат, точнее переменной их составлявшей, зависящей от объема поставок топлива. В результате работы модели мовно исследовать динамику функционирования ЭЗС во времени.

Выбранная лучяая из рассматриваемых стратегия планирования

поставок топлива закладывается в модель оптимизации емкости скла-

«тэс мтопа

дав ¿та< и производительности поставиикав топлива . которая

разработана на основе динамической имитационной модели. Варьируя тзс л"""

Эта, и»/тау , мовно найти их оптимальные значения по критерии минимума затрат, учитывающих плату за топливо, развитие топливной ба- . зы для увеличении производительности поставциков топлива, склады для многолетних запасов топлива, а такее ущерб у потребителей из-за неудовлетворения спроса на электроэнергии. Целевая функция имеет вид

4-» лТ« «ТОВвлТОвЛ сн«ачс „ .а3з<3> при ограничениях:

О 1

о < отк /

0< лЗгг94 М[ЗеЯ?] э тзс ^ тзс

ГДС Э -2 Э..4 I Т среднегодовые плановые поставки топлива; Ра 1*1

дЭ =£ З!"* / Т - среднегодовой дефицит электроэнергии; Т - чир 1 4

ело лет испытаний по динамической имитационной модели функциониро-. ваниа ЭЭС; - удельные затраты на топливо для выработки энергии, руб/мВт.ч; ¿""и Т)™""- Удельные затраты на складское хозяйство и в топливную изу, руО/мЬт.ч; - удельный уцерб от недоогпуска электроэнергии. руб/мВт.ч; М[Э'Гд?П1]-М[З'"']-М[З^]- средняя годовая потреинисть в топливе, равная разности м.о. спроса на энергии и вы-

работки ГЭС при отсутствии запасов многолетнего регулирования.

Для реиения оптимизационной задачи используется классический метод покоординатного, спуска с вычислением градиента конечными разностями.

Для представления обяей картины на рис.3 показана совокупность

всех разработанных математических моделей по виду представления

* •

ЗЗС и их взаимодействие во временных разрезах. Здесь также приведена классификация моделей по видам и по стадиям управления ЗЗС.

Третья глава посвячена описанию модификации многоузловой модели, алгоритмов и вычислительной программы "Оценка надежности электроснабвения потребителей в зависимости от наличия знергоре-сурсов", разработанной в рамках 11ЙК "Надежность" для ПДУ КЭС СССР на основе предложенной методики и описанных выие математических иоделей.

Данная модификация представляет собой единую катетатическую модель, позволяющую для каадого расчетного узла решать две задачи.

1. Оценка надевности электроснабжения потребителей в зависимости от ожидаемого количества первичных энергоресурсов, т.е. от плана поставок топлива на ГЭС и гидроресурсов для ГЭС.

2. Определение плана поставок шшш. ейсспсчиьаацего заданную падевность энергоснабаения потребителей теплом и электроэнергией с учетом ышжшшации расхода топлива.

При решении второй задачи заложена первая стратегия планирования поставок топлива, как лучная из рассморенннх.

Существенными особенностями этой модели по сравнению с описанными в гл.2, являются: I) больная полпота представления различных типов станций по каждому узлу; 2) вероятностный учет большего числа случайных факторов: 3) раздельный расчет по электрической и Тепловой энергиям; 4) расчет узлового небаланса производится с

окя представления о ЕС

Метод

Функционирование

Статика (I гол)

Проектирован;

,инамика (хронологические ряпы)

р.

оз о »■о

§а> р. « ш с

со о е-ж

о

I узел

®

о ж

О Ф ш а

а

§ф

р<

т р, со о Ю«

зй

ф

р. а5

Модель планирования поставок топлива

/инамкческая имитационная модель функционирования ЭОС

."о"ель оптимизации е-,'кссти складов и производительности поставщиков топлива

М узлов

3

Метод статистических испытали?

Модель огекки надежности у-овлетворения спроса на электроэнергии в зависимости от наличия зиергоресур-сов

Вид модели

Имитация

Оптклизация

Рпс.З. Классификация разработанных моделей

учетом детерминированного заданна перетоков энергии по связям.

Объектом исследования является электроэнергетическая система, рассматриваемая как совокупность концентрированных узлов и связей ыевду ними. В каждом узле могут быть представлены теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), работающие в теплофикационном и конденсационном режимах, котельные и конденсационные станции (КЭС), а также ГЭС и АЭС (атомные станции). Расчетный интервал - год.

При создании этой модели были введены следующие допущения: выработка электроэнергии зависит от наличия энергоресурсов при заданной установленной мощности; каждая станция работает на одном виде топлива; спрос на тепловую энергию удовлетворяется полностью, т.е. теплофикационные станции получают необходимый объем топлива полностью, а уже затем обеспечиваются станции по выработке электроэнергии, начиная со станций с минимальными уделышми расходами топ-дива, спрос на тепловую энергию учитывается для каждой станции (котельной), а спрос на электроэнергию задается суммарный на весь узел В модели учитывается вероятностный характер следующих основных факторов: спросов на электрическую и тепловую энергии, выработки электроэнергии на ГЭС, выработок тепловых и атомных станций в зависимости от состояния оборудования, отклонения поставок отдельных видов топлива, изменения уделышх расходов топлива.

Обе задачи реиаются аналогичным образом с помощью метода статистических испытаний. Только в первой задаче рассматриваются пла новые поставки топлива, а вторая режается при условии их неограниченности. При этом ь работка электроэнергии станций определяется по состоянию оборудования, В результате определяются функция распределения небалансов электроэнергии, надежность энергоснабжения, как вероятность удовлетворения спроса на электроэнергию, м.о. не-доитпуска электроэнергии, относительная обеспеченность потребите-

лей электроэнергией; и зависимости от соотномения полученной и требуемой надежности либо лимит ид спрос электроэнергии, либо возможно! умсныепие поставок топлива в пересчет« па электроэнергии.

При решении второй задачи в случае высокой надетоети необходимо снизить максимально возиожнув выработку электроэнергии на величину, ойкснсчивавяув требдемуи нддпвность, что соответственно приводит к снижении поставок топлива. Снижение выработки электроэнергии распределяется независимо от вида топлива по принципу исключения в первуо очередь выработки на ТЗС с максимальным удельная расходом. В случае пеобеспсчения заданной надежности из-за ограничений по установленной яощюсти определяется плановый лимит на спрос электроэнергии. '

Математическая модель разработана для уровня ЕЗЗС и ОЭЗС. Программа расчетов реализована для ЕС-1033 и предусматривает возможность решения задач для система, нисеясЙ 20 узлои и 30 свазеЯ. В каждов узле йегут бить представлена ТЗЦ, !:оте.ть!!^з к ¡ОС, э с$-щем случае не более 15 станций различного типа, а такпе ГЭС (по более 0) и ПЗС (не более 5). козет бать нспользовапз до 10 тппоэ топлира. '

Программа предназначена для использования в ЦДЦ ЕЭС СССР службой оптимизации энергетических ренинов при долгосрочной планировании работы ЕЗЭС.

^П)сртая_гла!ва содерзиг некоторые практические результаты по применении предлагаеаыя математическйх моделей на примере ОЗЗС Сибири.

По модели каскада ГЭС ОЭЗС Сибири проведен анализ влияния корреляции притоков води па гарантировании» выработку ГЭС объединенной системы. 8 качестве исходных данных использовались БФР за период с 1893 по 1987 гг. Нчет корреляционной связи притоков води

внутри и меаду каскадами осуществляется посредством коэффициентов корреляции % .

Были проведены расчеты гарантированной выработки электроэнер ГШ ОЗЭС Сибири с расчетной обеспеченностью 0,35 и 0.98 без учета корреляции притоков воды (1=0), с действительными коэффициентами корреляции % . при сильной функциональной зависимоеги притоков води I % 1). а такве изолированно по ГЭС.

На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы.

1. Расчет гарантированной выраоотки электроэнергии ПС объединенной системы без учета корреляции притоков виды дает завышенный результат по сравнении с действительным на '.5-5%.

2. Гарантированная выработка но системе, полученная суммированием величин, рассчитанных изолированно по каждой из ПС, соответствует расчету с коэффициентами корреляции, равными 1-це, и дает меньиую величину но сравнению г действительной до 102.

3. При определении гарантированной выработки ГЭС ооъединен-ной системы необходимо учитывать корреляцию притоков воды внутри и между каскадами ПС. ~

Для расчетов -по динамической' имитационной модели н качестве исходных данных по приточиости воды использовались.СФР, прогнозные данные на 1981-130/' гг. с годовой заблаговременностьп, а такме фактическая приточность воды за эти годы. При расчетах с ЬФР учитывалась корреляционная связь притоков воды внутри и месду каскадами.

На основе этих ' шных и при отсутствии запасов в нодохранили Пах многолетнего регулирования оыла получена суммарна« выработка ГЭС ОЭЗС Сноири пи годам. Условно полагая, что полученная по № суммарная выработка ГЭС составляет 502 вираоотки всей системы, был выбран спрос на электроэнергию. Отклонения его от среднего значе-

ния получены с поповы! генератора нормально распределенных чисел с с.к.о. 37. и ОХ. Запасы многолетнего регулирования на начало первого I ^а взяты исходя из средних условий, т.е. 502 накопления.

При принятых исходных данных пыли проведены вычислительные эксперименты для различных стратегий планирования поставок топлива (все четыре, рассмотренные в гл.2), форм представления притгч-иости воды (ПФР и прогнозы) и уровней надежности (вероятность дефицита 1-Н1- 0,0!; 0.02; 0,03; 0.04; 0,05; вероятность слива р1"1 - 0,02; 0.05). При этом производился расчет эксплуатационная затрат по параметрам, характерным для ОЭЗС Сибири.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следувяие выводы.

1. Лля надежного обеспечения спроса на энергия первичными янергоресурсами следует планировать поставки топлива па очередной год по первой стратегии, т.е. с обеспечением гарантированной (ведаемой) степени надежности удовлетворения спроса на эиергкч.

2. Для планирования поставок топлива можно использовать безусловные функции распределения нриточности води к ГЭС, однако следует учитывать, что применение хорожих прогнозов ейизит неопределенность небаланса анергии, что поаиолит Оилее йффективно использовать емкости многолетних запасов, т.е. иметь в среднем больвиб многолетние запаси топлива, а следовательно, и обеспечивать высо-кув надежность при меньших поставках топлива.

3. В виде первого приблиаения иовио принять и качестве нороа-тива для планирования топливопостапок надежность обеспечения спроса на энергии энергоресурсаии 0.98 при использовании БФР приточно-сти воды.

Расчета по модели оптимизации емкости ск.падов_и производиве-льности поставщиков топлива проведены для выбранной лучпей первой

стратегии планирования поставок топлива, а именно с вероятностью дефицита электроэнергии 0.02 с использованием ПФР приточности вояк дяя двух вариантов ЗЗС. И первом рассматривалась 033С Шири, где дола ГЭС составляет 50% выработки всей системы, во втором -ЗЗС с долей ГЗС в 102. Водохранилища многолетнего регулирования были ливь в первом варианте ЗЗС.

На основании этих расчетов михни сделать следующий вывод.

При планировании развития ЭЭС, содержащих как большую долю ГЭС с водохранилищами многолетнего регулирования, так и относительно малую долю ГЗС вез водохранилищ многолетнего регулирования, необходимо сочетание складов для многолетних запасов топлива на ТЭС и резерва производительности пиставциков топлива.

8 главе таксе приводится пример расчета ни вычислительной программе "Сценка надекности эяектросиабвения потребителей в зависимости от наличия энергоресу^сов".

В заключении приведены основные выводы диссертации.

Приложении содервит техническое задание на разработку вычислительной программы для ремения задачи II 1 1ШК "Надежность" для ЦДУ ЕЭС СССГ, справочную информацию об этой программе, исходные данные по ОЭЗС 1'ианри, а такие лкти внедрении и исиильзеилниа ре зультатов диссертационной работы.

В. ЗПШЧШЕ

Осиивиые результаты работы состоят и следующем.

1. Выполнен анчаиз существующего состояния исследований в Области надежности обеспечения ьнергоресурсами ЗЗС.

2. Разработаны общи'о методические положения анализа и сип теза надежности обеспечения энергорееурсами ЗЗС. При этом учитывается случайные факторы, влияющие на уровень потребления элект-

• - 21 -

рической и тепловой энергии и степень его обеспечения.

3. Рассмотрены .нояможные подходы к ревенио задачи исследования надежности рссурсооОеспочсииз. а именно: оптимизационный и нормативно-целевой. основанный на нормировании вероятности удовлетворения спроса на энергии. Математически доказано, что оптимальная величина нормируемого показателя надежности зависит от отноиения удельных затрат на топливо и удельного ущерба или двух видов ущербов . Полученные нормативы надежности могут использоваться при планировании поставок топлива и лимитировании промввленных потребителей на предстоящий год. Ими следует пользоваться при исследовании концентрированных систем. Однако, такой подход применим и ""я ыио-гоузлоных систем при условии, что взаимопомощь между узлами преде тавлена детерминированно.

4. Сформулирована новая постановка задачи оценки (анализа) на-девности удовлетворения спроса потребителей на энергии п зависимости от наличия знергоресурсов на основе учета вероятностных факторов.

5. Разработаны математические модели для анализа и синтеза надежности обеспечения эпергоресурсами электроэнергетических систеа, а именно: '

- водсль функционирования ГЭС и их каскадов;

- модель оценки надежности электроснабгсния потребителей в зависимости от наличия энергоресурсоп; .

- оценочная модель планирования поставок топлива для тепловых станций и определения плановых лимитов па электроэнергии с учетом наденности на основе вероятностного подхода па стадии Функцнонкро • зания ЭЭС;

- динамическая имитационная модель'функционирования ЗЗС с ис-юльзовалием фактических хронологических рядов приточности вода и :прог.а на энергию;

- гг -

- модель оптимизации емкости складов и производительности поставщиков топлива на стадии проектирования ЭЭС.

6. Созданы алгоритмы и вычислительные программы для анализа в синтеза надежности обеспечения ЭЭС первичными энергоресуреами. Программа "Оценка надежности электроснабжения потреоителей в зависимости от наличия энергоресурсов" входит ß ПЬК "Надежность", разработанный С9Й СО ПИ СССР совместно с ЦДУ ЕЭС СССР и ШШИЭ.

?. На основе разработанных математических моделей и вычислительных программ проведены исследования надежности обеспечения энергоресурсами на примере ОЭЗС Сибири. Но результатам расчетов сделаны предложения по нормировании надежности обеспечения ЭЭС первичны-U» энергоресурсаии.

По теме диссертации опубликованы следушцие работы.

1. Пацева Г.В. Оценка надевности удовлетворения спроса на влектроэнергию и его планирование с требуемой надежностью // Тр. Х1У конф. молодых ученых Сиб. энерг. ин-та СО ПН СССР / ПИ СССР. СО. Сиб. энерг. ин-т. - Иркутск, 1983. - С. B7-9U. - Деп.

В ВИНИТИ N 1S1G3-83 Деп. .

2. 0 планировании работы ЭЭС. в условиях дефицита мощности

и энергии / I .П.Дубицкий. И.П.Дубицкий. I .Ф.Ковалев и др.// Все-совз. науч.-техн. совещ. по устойчивости и надежности энергосистем СССР. - Ташкент. 1984. - С. /2-80.

3. Розанов H.H., Пацева Т.В. Надежность обеспечения знерго ресурсами и планирование выработки электроэнергии гидроэлектростанциями // Изв. (Iii СССР. Энергетика и траспорт, - l'Jflü. - N 1. - С. 5-9.

4. Дзвоина Т.В., Розанов H.H., Тровинл Г,Л. Планирование выработки электроэнергии ГЭС // Оперативный информ. мак к коир, совещании "Обеспечение надевности при упр.и,ленки развитием и Функци-