автореферат диссертации по энергетике, 05.14.10, диссертация на тему:Режим работы каскада ГЭС с водохранилищем энергосельскохозяйственного назначения

СА1КТ ПСТЕГШТСКШ! ГОСУДАГСТВЕШШ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

№ правах рукописи

Дауд Маан Даниэль

Геким р.злотц клскэдэ ГЭС о водохранилищами энергосельскохо-зяйствэщгого назначения.

Специальность 06.14.10 - Гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995 г.

I Работа выполнена на кафедре возобновляющихся источников энергии и гидроэнергетики Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный руководитель; член-кор. ЭАН, доктор технических наук,. Профессор Соколов Б.А.

Официальные огрюненты:

доктор технических наук .профессор Михалев М.А. кандидат технических наук Еловенко В.Г.

Ведущая организация: ВНИИГ им.В.Е.Вегенеепа

Защита состоится " 3/ " Ы&хрЗ _1Э91.Г. в (6_.час^мин

на заседании специализированного Совета К 063.38.22 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Санкт-Петербургском / государственном техническом университете.

Адрес: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул.,29, гидротехнический корпус, аудитория 411 ПГК.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан " 04 " мбаря 19ЭУ г.

/ Ученый секретарь специализированного Совета K063.38.22

ПОЛЕТАЕВ

Ю.Б.

\

Общая характеристика работы.

Актуальность работы Современный комплексный подход к использованию и сохранению водных ресурсов бассейнов рек выдвигает на первый план задачу рационального и научно обоснованного регулирования и распределения речного стока как с точки зрения отдельных отраслей (энергетика, сельское хозяйство),так и с точки зрения народного хозяйства в делом.

Регулирование речного стока ведется с помощью комплексных гидроузлов (КГУ) многоотраслевого назначения. Большинство эксплуатируемых гидроузлов объединены в каскады, на базе которых существуют энерговодохозяйственные системы (ЭВХС). Сложность управления режимами каскадов КГУ определяется многоцелевнм характером процесса управления. Кроме выработки электроэнергии ГЭС! каскада должны обеспечивать требуемые режимы регулирования стока для других участников ЭВХС с учетом влияния режимов работы сельскохозяйственных комплексов (СХК).

Ряд крупных КГУ имеют водохранилища энергосельскохозяйственного назначения.Наличие крупных сельскохозяйственных комплексов позволяет приходить к выводу о существенном влиянии их режимов на выбор водноэнергетических режимов (ЮР) каскада в целом. К числу таких каскадов относятся существующие и строящиеся каскада комплексных гидроузлов на реках Нил, Евфрат и др.

Согласование ВЭР^комплексных гидроузлов в таких каскадах должно базироваться на подходе к рассматриваемому»- каскаду КГУ и СХК на его базе как к единому управляемому объекту.

Расширение круга за^ач,возникающих при назначении режимов работы каскадов КГУ с водохранилищами энергосэльскохозяйственного назначения, связанных с развитием комплексного использования водных ресурсов, обусловливается необходимостью разработки новых подходов к распределения вода в комплексных ЭВХО в условиях дефицита водных ресурсов. В частности, в настоящее время острым вопросом является совместный выбор рациональных годичных режимов работы ГЭС .входящих в состав КГУ и их каскадов,и СХК.

Возможности современной вычислительной техники позволяют ота-вить и решать в АСУ ТП каскада гидроузлов и ЭВХО задачи планирования и выбора рациональных ВЭР ГЭО и режимов работы СХК на основе информации с текущих режимов в каскада и режимов СХК.

Существующие в настоящее время методики выбора водноэнерге-

- г -

тических режимов каскадов ГЭС КГУ основаны на энергетических критериях при наличии ограничений со стороны ВХС и предназначены для управления режимами энергосистем, в составе которых работают ГЭС.

Решение задачи требует разработки специальной методики, позволяющей управлять водноэнергетическими комплексами каскада КГУ и режимами работы сельскохозяйственных комплексов на базе каскада КГУ в условиях дефицита водных ресурсов и равных приоритетов водопользования энергетическими и сельскохозяйственными отраслями при комплексном использовании воды.

Таким образом, выбор структуры и параметров действующей ЭВХО, основанный на тщательном анализе протекающих в ней технологических процессов, одновременно решает и проблему рационального использования водных ресурсов, уменьшения финансовых и водных затрат конечной выходящей продукции, причем наиболее экономичным способом, правильный выбор в ¿СУ ТП схем и режимов эксплуатации каскада КГУ и СХК, на основе которых базируется ЭВХО.

Цель работы . состояла в разработке методов выбора оптимальных годичных водноэнергетических режимов каскадов гидроузлов с водохранилищами внергосельскохозяйственног'о назначения, предназначенных для автоматизированного управления годичных ВЭР каскада ГЭО и режимов работы сельскохозяйственных комплексов в составе ЭВХС. Методика позволяет по заданному критерию распределять нагрузку между ГЭО каскада, распределять отбираемый объем вода на нужды сельского хозяйства между СХК, о учетом ограничений на параметр! гидравлических режимов в бьефах КГУ со стороны других неэнергети- ческих участников ЭВХС.

Методика исследования . основана ва использовании математического аппарата исследований операций, методов нелинейного и линейного программирования. Разработанная методика выбора оптимальных ВЭР каскада ГЭО водохранилищами внергосельскохозяйственного назначения учитывает нелинейность целевой функции и зависимостей, связывающих ее о параметрами ВЭР каскада ГЭО и режимами работы СХК, наличие функциональных ограничений, большую размерность задачи.

Научная новизна; Основные положения, которые выносятся на защиту?

1. Разработаны методике и математические модели автоматизированного выбора годичных водноэнергетических режимов комплексных гидроузлов о водохранилищами внергосельскохозяйственного назначения, ориентированные на использование в автоматизированных систе-

- э -

мах управления технологическими процессами ЭВХС.

2. Исследованы и выявлены взаимосвязи и взаимовлияние режимов работы сельскохозяйственных комплексов и водноэнергетических рейтов каскада ГЭС КГУ в составе ЭВХС.

3. Впервые совместно использованы и обоснованы для условия АСУ ТП ЛПа -метод оптимизации параметров годичных водно-энергетических режимов работы каскадов КГУ и симплекс-метод оптимизации параметров режимов- работы сельскохозяйственных комплексов,по-зволящих выбрать и планировать эффективное решение задачи выбора режимов работы каскада КГУ и ЭВХС в целом.

Практическая ценность и внедрения: Разработанная методика выбора оптимальных,годичных ВЭР каскадов КГУ с водохранилищами энергосельскохозяйственного назначения, имитационные модели сельскохозяйственных комплексов, алгоритмы оптимизации режимов работ ГЭС каскада и СХК.а такие алгоритм рационального распределения объемов отбора вода на нужды с/х между СХК предназначены для управления водноэнерг-етическими режимами в АСУ ТП ГЭС и каскадов КГУ,в РЭУ, ОДУ энергосистемами, использования в научно-исследовательских и проектных организациях, занимавшихся планированием в энергетике и сельском хозяйстве, а также проектированием ГЭС и ЭВХС.

Результаты исследований внедрены в дипломном проектировании студентами СПбГТУ, при выполнении научно- исследовательских работ на кафедре возобновляющихся источников энергии и гидроэнергетики СПбГТУ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на рабочем совещании технического отдела при Генеральной Организации Освоения Земель министерства водного хозяйства Сирии по вопросам "ГЭС Тишрин в составе каскада Евфратских ГЭС в САР", Алеппо, июль 1993 г., на научных семинарах кафедры возобновляющихся источников энергии и гидроэнергетики СПбГТУ (1992-1994).

Публикации. По теме.диссертации опубликовано 4 печатные работа.

Объем работы.Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 132 наименований. Работа изложена на (00 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 5 таблиц.

Содержание работы

В первой глав» излагаются современные метода обоснования вод-ноэнергетических режимов каскадов комплексных гидроузлов,дается обзор литературы, определяются основные общие понятия.

Большой вклад в решение задачи выбора оптимальных режимов каскадов ГЭС КГУ и энерговодохозяйственных систем внесли:Арефьев В.Н., Болотов В.В., Буслаев И.В., Васильев D.C., Велеканов А.Л., Веников В.А., Горнштейн В.М., Долгов П.А., Елаховский C.B., Журавлев В.Г., Ивахненко А.Г., Обрезков В.И., Резниковский А.Ш., Сванидзе Г.Г.,Сыров Ю.П., Соколов Б.А., Федоров М.П., Филиппова Т.А., Цветков Е.В., Чокин Ш.Ч., Шарыгин B.C., Щавелев Д.С. и др.

Развитие современной гидроэнергетики тесно связано с повышением эффективности вксплуатации комплексных гидроузлов (КГУ) в составе энерговодохозяйсТвенных систем (ЭВХС) при ужесточающихся ограничениях, в условиях дефицита водных ресурсов, при возрастащих требованиях на воду со стороны сельскохозяйственных и других неэнергетических водопотребителей.

Как ведущее звено -ЭВХО каскад КГУ с водохранилищами энергосельскохозяйственного назначения имеет большое число прямых и обратных связей с водопользователями. Эти связи определяются разнообразием технологических процессов использования водных ресурсов их противоречий и характеризуются широким диапазоном рассматрива- емых временных интервалов.

Водноэнергатические режимы каскада КГУ с водохранилищами энерговодохозяйственного назначения как энергетические объекты определяются графиками нагрузки электросистемы, которые подразделяются на долгосрочные, среднесрочные, краткосрочные и оперативные.

О точки зрения сельскохозяйственных и других неэнергетических участников ЭВХО выбор водноанергетических режимов каскада комплексных гидроузлов определяется особенностями технологических режимов отдельных отраслях, взаимосвязи их режимов и их влияние на ЮР каскада, и должен рассматриваться как в краткосрочных (водоснабжение и др.), так и в среднесрочных и долгосрочных годичных интервалах времени (сельское хозяйство).

Задачи рационального использования водных ресурсов связаны с эксплуатацией ГЭС, входящих в состав каскада КГУ, и решаются в настоящее время при Планировании режимов энергосистем.Существующие методики позволяют учитывать такие факторы, как изменение экологичес-'

кой обстановки,влияние неустановившихся режимов движения вода в нижних бьефах ГЭС, особенности внутристанционных режимов, неопределенность части исходных информации, а также некоторые аспекты комплексного использования водных ресурсов.

При выборе и планировании годичных режимов каскадов КГУ с водохранилищами энергосельскохозяйственного назначения на первый план выделяются вопросы взаимовлияния режимов работы ГЭС гидроузлов на режимы работы сельскохозяйственных комплексов и на режимы других неенергетических водопотребления.

Исследование ВЭР таких каскадов КГУ и выбор эффективных режимов их эксплуатации в составе ЭВХО является в настоящее время актуальной задачей, которая и решается на основе плановой информации о режимах отраслевых объектов в каскаде КГУ.

Современный уровень использования ЭВМ в управляющих вычислительных комплексах в АСУ ТП ГЭС и каскадов ГЭС КГУ с водохранили-. щами энергосельскохозяйственного назначения дают возможность перехода некоторых функций управления годичных ВЭР из органов управления энергосистемами и комитетов по использованию водных ресурсов в АСУ более низкого иерархического уровня - В АСУ ТП каскада КГУ и бассейновые сельскохозяйственные комплексы.В связи с этим появляется необходимость создания специальной методики управления водноэнергети-ческими режимами в АСУ ТП каскада КГУ, учитывающие изменения сезонных приоритетов водопотребления энергетики и сельского хозяйства. Развивающиеся на базе каскада неэнергетические водохозяйственные комплексы должны Сыть учтены рядом параметров (отметками бьефов, расходами в заданных створах и др.) выбор и поддержание которых должны вестись в ходе технологического производства.

Во второй главе ставятся задачи исследования и их математические описания для энергетических и сельскохозяйственных участников ЭВХО.

Задачи исследований .настоящей работы включают разработки:

- методика ■ выбора оптимальных годичных водноэнергетических режимов каскада КГУ с водохранилищами энерговодохозяйственного назначения, когда ставится задача нелинейного программирования с большим числом функциональных ограничений;

- как частная задача, методика выбкэра рационального распределения объемов воды, отбираемых для нужд сельского хозяйства между различным! сельскохозяйственными комплексами и в дальнейшем выбор оптимальных годичных режимов работы с/х комплексов;

- адекватных имитационных моделей ВЭР каскада КГУ и сельскохозяйственных комплексов, входящих в состав ЭВХС;

- эф$ектных алгоритмов оптимизации.

Разработанная методика является основой для создания комплекса рекомендаций и идеологии учета режимов работы энергетических и сельскохозяйственных комплексов для подсистемы управления ВЭР АСУ ТП каскада КГУ с водохранилищами внергосельскохозяйственного назначения, входящих в состав ЭВХО. При разработке методики учитывались требования и ограничения других неэнергетических водопотребителей.

Предлагаемая методика предназначена для автоматизированного выбора и оптимального планирования годичного распределения заданной суммарной нагрузки между ГЭС, входящими в каскад КГУ, а также рационального распределения объемов отбора воды на нужды сельского хозяйства и планирования годичных режимов работы с/х комплексов, входящих в состав ЭВХО. В работе каскада КГУ и с/х комплекса на его базе рассматривается как единый управляемый объект. Связь между расходами воды, использованных для выработки электроэнергии и расходы, отбираэмые на нужды сельскохозяйственных комплексов, принятым в используемых математических моделях ВЭР и с/х комплексов, принимается:

<£р - < «пр - V*)(1)

В ходе рассмотрения задачи определения ВЭР каскада КГУ с водохранилищами внергосельскохозяйственного назначения использованы некоторые понятия теории графов, автором предлагается использовать эти понятия и для вадач определения рациональных режимов с/х комплексов. Связь мажду энергетическими и сельскохозяйственными комплексами представлена на рис. 1.

На основе анализа задач, стоящей перед подсистемой УВЭР каскада КГУ с водохранилищами внергосельскохозяйственного назначения, в диссертации разработана методика, учитывающая факторы: нелинейность целевой функции и зависимостей, связывающих ВЭР ГЭС, входящих в состав каскада/и режимов работы с/х комплексов,наличие функциональных ограничений, большую размерность задачи.

В качестве обобщенного критерия рассматривается максимум суммарной прибыли энерговодохозяйственной сиотеми, вклвчащей каскад комплексных гидроузлов и сельскохозяйственных комплексов:

Гпс.1.Структурная схема каскада КГУ с водохранилищами энергосельск-охозлйстввшюго назначения входящего в составе ЭВХС: а)обдая схема, спсвязь энергетического и с/х графов .— границы с/х комплексов.

П1 - Пзнхс —" ш »

'ф с •

(2)

(3)

где: п|с .п^ - прибыли энергетических и сельскохозяйственных комплексов ЭВХО за весь цикл оптимизации Т;

- интегрированные системные ущербы энергетических и сельскохозяйственных комплексов системы за весь цикл оптимизации Т;

2]э£о - интегрированные суммарные системные эффекты при определенных режимах работы участников системы за цикл оптимизации Т.

Цель автоматизированного выбора водноэнергетических режимов каскада КГУ с водохранилищами внергосельскохозяйственного назначения состоит в оптимальном,с точки зрения (2) распределении имеющихся водных ресурсов.

За счет факторов, указанных выше, задача решается последовательно:

а) решается задача предварительного распределения водных ресурсов Удр меаду сельскохозяйственными Уох и энергетическими У^ участниками системы. В рамках этой задачи определяется объем воды, выделенный на нужды каждого с/х комплекса У^, а также режимы работы с/х комплексов 0^);

Определяются значения сельскохозяйственного компонента функции цели П*х.

б) по остаточному притоку реки (1) решается задача оптимизации годичных водноэнергетических режимов ГЭС каскада КГУ с водохранилищами внергосельскохозяйственного назначения и определяется N^ (1;), О^Ш, а также значение энергетического компонента функции

цели

в) при определенных графиках водопотребления определяются суммарные системные ущербы У* и эффекты Эф* га весь рассматриваемый период Т. Рассчитывается значение суммарной функции цели П^вд ,по которой определяются оптимальные режимы работы энергетических и с/х комплексов системы.

Задача рационального распределения объемов воды, отбираемых на нужды сельского хозяйства, а также оптимальных режимов с/х комплексов определяются на годичный период оптимизации Т решаетоя с использованием критерия:

где: l£T - привэданная прибыль за весь период оптимизации Т без учета издержек системы от насосных станций,работающих в составе сельскохозяйственного комплекса

В качестве независимых переменных: Qj.j(t) - расходы воды, забираемые из каждого J—ого водохранилища для удовлетворения нужд г—ого сельскохозяйственного комплекса. При этом объемы воды, забираемые из j-ro водохранилища на нужды с/х участников: ♦ » *

Vcx i "j, =Д Д ' <5>

Входные переменные (число с/х культур , расходов воды полем и1г * и коэФЗЕич11911™ использования оросительных норм , урожайности с/х культур 11, состав, вид и место расположения водозаборов оросительных систем). На режимы работы сельскохозяйственных комплексов накладываются следующие ограничения:

1) на значения расходов воды полем

V 1,г , 3 И1г! М1г аоп1 ; 1-1,2.....1*; г»1,2,...,г\

2) на значения объемов воды,забираемых на нужды каждого сельскохозяйственного комплекса

l"

М1г *1г = ЯВХС г * Vrj •• J=1'2.....

3) по предельным колебаниям отметок воды в створах водозабор-пых насосных станций о/х ко.тпексов:

Zr е [ Zr min • Zl шах J ' т " ; г - 1,2.....г* .

гдэ: zr min ' zr шах ~ првД0-"11510 допустимые значения минимальной и максимальной отметок в створе насосных станций г-ого с/х комплекса.

Задача линейного программирования заключается в определении независимых переменных и1г, w2r,.... wlp .которые максимизируют линейную функцию (4).

Задача определения оптимальных водноэнэргетических режимов ГЭС каскада КГУ с водохранилищами энергосельскохозяйственного назначения состоит в оптимальном распределении имеющихся остаточных водных ресурсов,рассчитанных по (1). Это означает,что на заданный годичный период оптимизации Т ставится задача определения такой стратегии ü (t):

Я (t) = { U,(t) ,U2(t) .....Uj(t) )(lidl; (6)

распределения водных ресурсов, имепдихся в ограниченном количест-

ве, то есть:

üj(t) i üj(t) ¡id ; d=l,2,...,d*; (7)

чтобы доставить максимум функционалу (2), определяющему эффективность выбранного уравленля ü(t). В (6) о°-пространство управлений, выделенное ограничениями (7) из пространства всех возможных управлений и.

Под управлением Ü(t) понимается вектор объемов воды н^(t),где j= ТЛ*, проходящих через заданные створы гидроузлов ¿, w^(t) определяет способ использования и распределения водных ресурсов на период управления Т.

В качестве независимых переменных v(t) в предлагаемой методике рассматриваются приток воды к створам КГУ и объемы отбора воды на нужды сельского хозяйства w!j, исх:

v(t) = { v,(t),v2(t).....vá(t) } t Vo с V ; (8)

где: V - пространство возможных стратегий среды;

Vo- пространство стратегий среды, влияние которых необходимо учитывать прпм разра- ботке методики и создании математических моделей ВЗР.

Входные переменные У (t) отражают состояние объекта управления в период оптимизации Т:

У (t) = { yl(t),y2(t),...,y;)(t) } е У° с У ; (9)

и выключают графики нагрузки ГЭС - ), j=i, j", входящих в состав каскада КГУ; отметки бьефов КГУ - Zj(t) и z^(t), отметки бьефов в местах водозаборов ZB(t), в =1,вт; выработка каждой ГЭО Э^ за период управления Т, объем холостых сбросов в створах КГУ - W2 oöp и другие переменные. На ВЭР каскада КГУ с водохранилищами знергоселъ-скохозяйственного назначения накладываются следующие ограничения:

1) по суммарной выработке электроэнергии ГЭО каскада КГУ:

т Д т т *

S2 mill Sá < э2 max » d = 1,2,...,d ;

2) по балансу активной мощности * *

Д Hd= 9'81£ Hd ;

d - 1.2.....d* ; t с 11,t*];

'Л) но притоку мощности через В1Ш: ^ j * н^ а^ г,] ; Р = иг.....р*;

где: f.'p j пропускная способность р-ой Ш1ЭП;

4í на интервалах изменения расходов через гидроагрегаты д—ой

ГЭС:

С I,Jrj" • : J = 1>2.....i* ; х е [1'Х"]-

5) на интервалах изменения свободных объемов каждого водохранилища каскада:

V1' . < ro,vm:ií:. 1 ; х - 1,2,...,т*.

св. .! сг, ,1

гдч: v^ . v!!°"e:i- полезный объем j-ro водохранилища каскада;

6) на расходы холостых сбросов:

QT „„ • С ; X = 1,2.....т.*;

сОр J л сбр

7) по допустимым колебаниям уровня в нижнем бьефе КГУ:

„т , ,„т mili „т ппх, . _ _ ., „ _». "мб j £ j • "нб ;] 1 • Т " 1 ........Т '

S) по предельным колебаниям бьефов на водозаборах неэнергетических всмнлексов ЭВХС:

Zl , <= lzV"ÍU. г = 1,2.....г*;

В третьей главе отбываются методы водноэнергетических режимов ГЭС каскада КГУ с водохранилищами сельскохозяйственного назначе-пил и модели сельскохозяйственных участников ЭВХС, а также приводятся описания методики выбора рациональных режимов управления работой ЭВХС.

Для решения поставленной задачи оптимизации режимов сельскох-ор.яйственннх комплексов разработан алгоритм, включающий ряд этапов. На первом этапе проводится выбор исходного приближения для поиска оптимальных резтамов работы с/х комплексов с использованием симплекс -метода оптимизации.На Етором этапе определяется рациональный pez-ira распределения объемов отбора вода на нужда сельского хозяйства мезду с/х комплексами по критерию (4). На третьем этam проводится расчет текущих значений режимов работы с/х комшшбОЗ дяя пробных вариантов распределения объемов отбора Уд% из ЕврйОД оптимизации ^г^'^Ь Для расчетов текущих аначе!В?Й автором разра-

ботана математическая модель psssiMOfl в/% кбЮлексов ЭВХС.

Для ревения поставленной задачи внйэра оптимального ВЭР ГЭС

- Td -

каскада КГУ разработан алгоритм, включающий ряд этапов. На первом этапе проводится отбор исходного приближения для поиска оптимальных годичных БЭР каскада КГУ с дискретизацией по недельным интервалам. На этом этапе формируется остаточный приток воды V*p к створам КГУ, использованные для выработки электроэнергии.На втором этапе для формирования серии альтернативных вариантов распределения нагрузки в диссертации использован метод нелинейного программирования, являющийся детерминированным аналогом глобального случайного поиска ЛЛ^- поиск, разработанный М.М.Соболем. Нэ третьем этапе проводится расчет текущих значений ВЭР для пробных вариантов распределения нагрузки Р2 между ГЭС каскада на период оптимизации Т.Для расчета текущих вариантов автором дополнена ранее существующая математическая модель ВЭР каскада'КГУ .На четвертом этапе определяются значения критериальной функции (2) и происходит предварительный отбор вариантов.

Окончательный отбор оптимальных вариантов годичных ВЭР каскада КГУ и режимов с/х комплексов делается на последнем этапе после проверки ранее отбираемых вариантов на ограничениях при внутриинте-рвальной оптимизации.

Основным требованием, предъявляемым к математической модели (ММ), является ее соответствие с заданным приближением к реальным гидравлическим процессам,происходящим в каскаде КГУ и с/х комплексов. Математическая модель s* объекта управления может быть построена после определения объекта управления S, задачи управления (2), состава входных и выходных переменных и параметров.указанных во второй главе.

В отличие от реального объекта (каскада КГУ о водохранилищами анергосельскохозяйстванного назначения, с/х комплексов), обозначенного ММ, обозначения s* представляет собой алгоритм, который связывает входы модели 0(t) и v(t) с ее входами:

7(t) - s\ B(t), v(t) } ; t с T ;

7(t) t У° ; TJ(t) « U° ; v(t) с V° ; (10)

Один из возможных приемов проверки приемлемости ММ состоит в непротиворечивости результатов,получениях при использовании моделей с ранее полученными результатами для данной энерговодохозяйственной системы. В рамках разработанной методики этот прием использовался при создании двух ММ ВЭР каскада КГУ и с/х комплексов. Для подсистемы УВЭР были разработаны две MM: sf -"балансовая" для каскада КГУ

и S* - "сельскохозяйственная" для с/х комплексов, ох

Обе модели используются в составе математического обеспечения подсистемы УВЭР в АСУ ТП каскада КГУ с водохранилищами энергосельскохозяйственного назначения.Сельскохозяйственная модель SQX используется для оценки параметров режимов работы с/х комплексов и расчета о/х компонента значения целевой функции (2). Балансовая мо-дэль используется на начальных этапах оптимизации годичных ВЭР каскада КГУ для оценки параметров режима и расчета энергетического компонента значения целевой функции (2). На завершающем этапе выбора оптимальных режимов работы энергетических и сельскохозяйственных комплексов, входящих в состав ЭВХС, используется балансовая модель на более низкой ступени временной иерархии.

Рассмотрим подробнее сельскохозяйственную ММ. Объект (сельскохозяйственный комплекс) представляется в виде заранее упорядоченного графа о (рио.1). Под дугой графа G понимается участок оросительного канала или зоны водозаборного канала, которые соединяются с другими участками оросительного канала или водохранилища в точке, называемой вершиной. Множество дуг W - ((г,j), г =1,2,...,r*; j =1,

2.....т } графа о(х,я) где: х = {0,1, .... г*}- совокупность вершин

и узлов сельскохозяйственного графа, состоит из водохранилища и участков оросительного канала и участков'орошения с/х комплекса.

В узлах графа о могут быть поставлены различные вида граничных условий в зависимости от конкретных условий работы ЭВХС.

Эта модель должна выполнять условия:

Псх - f < sl- »1- Чх" ^х > —^" ■« ' <11 >

Другая Ш - з* .основанная на балансовых уравнениях, реализована в программе. В этой модели j-ой ГЭС в течение периода оптим- . изации выполняются следухциэ балансовые уравнения:

fWox rd < Ki ;

lw£pj-»«j+w£j! (12) где: v'j - объем отбора воды из водохранилища j-ro КГУ на нужда г-ого с/х комплекса за весь период оптимизации;

j- объем отбора вода на нужда с/х из водохранилища j-ro

КГУ;

ynp ¿' ™np j~ объ9КЫ притока вода и остаточный приток в водохранилища J-ro КГУ.

Разработанная методика позволяет учитывать требования участников ЭВХС в виде:

■ трлдишготшх энергетических огрэтптченип на ремиш КГУ;

- режимы работы сельскохозяйственных комплексов;

- экологических ограничений на водиоэноргетичоскиа режимы работы с/х комплексов.

Ограничения экологического характера являются универсальными, возможность его реализации существует виастоящее время на Солее высоких уровнях иерархии управления каскадом КГУ и ЭВХС в целом.

В четвертой главе приведены результаты исследования ВЭР Евфр-атского каскада комплексных гидроузлов в САР и режимов работы с/х комплексов на его базе. Пробные расчеты рациональных годичных ВЭР каскада для года 90S обеспеченности стока,расчеты рациональных ре-жимоз с/х комплексов для маловодного года, показывали возможность увеличения суммарной прибыли ЭВХС на 1.0 — 10.9 % при уменшении суммарной годичной выработки электроэнергии с 3.14 до 2.1 млрд.кВт.ч.

jlTrt ЯОХ

На рис.2 показаны зависимости системные прибыли от / УГр. На рис.3 представлены исходные и оптимальный варианты годичных ре »зилов работы с/х комплексов. lía рис.4 показано распределение годичной нагрузки мевду ГЭС Евфратского каскада КГУ в САР для исходного и оптимального вариантов.

Водноэнергетические режимы каскада гидроузлов на реке Евфрат и режимы работы с/х комплексов на его базе тесно связаны между собой. При этом сложную задачу представляет ьыбор оптимального распределения объемов отбора на нужды с/х из водохранилища годичного регулирования, и выбор режимов работы каскада,когда головным является водохранилище сезонного регулирования, а замыкающим - водохранилища недельного регулирования.

При Еыборе оптимальных реижов была проведена серия расчетов на ЭВМ для изучения зависимости полученных результатов от следующих факторов:

- от выбора оптимального режима работы с/х комплексов, входящих в состав ЭВХС;

- от процентного изменения объемов отбора вода на нужда сельского хозяйства по отношению к среднегодовому стоку реки;

- от диапазона изменения переменим,вида и числа ограничений.

По результатм расчетов составлены рекомендации по использованию разработанной методики.

Основные результаты работы и выеоды.

1 .Разработана методика выбора годичных водоэнэргетических ре жимов работы каскада комплексных гидроузлов с водохранилищами авер-

п, млрд С.ф

Рип. 2 График зависимости суммарной системной прибыли от объемов отбора воды на нуж!;ы сельского хо-стйстяе; П » * ( А^ ), А„« У^

а)

Ост > М3/сек

/50

100

50

Г"

и.

иоо

300

200

100

1 (

Г"

—' I

ст>

I

Рис. 3. Графики"вопопотребления сельскохозяйственных комплексов (а) Маскене, (б) Аль-Балих; -Ац, = 26,51 %\-----А^ = 10,14 -----оптимальный.

/V, Mr

100.

7О

ГЭС Tuwputf

■5

N.Wr

9 H /

260

220

/80-<

НО

/00.

60

ГЭС Ac-Caypa

i i ---1 L.

___I

——i-1-1-г——•

5 5 7

//

/V, МВг

1,0

го.

ГЭС Aftb-ßaaC

.ifс

é.Mec

3 j 7 p // /

F:tc. 4. График*' нагрузки ГЭС каска raj-Hoxor.wJt, —-

t, MC

— ОГШ'ИПЛЬМП! .

5

-f8 -

roceльскохозяйственного назначения,

2. Впервые разработан метод выбора оптимальных годичных ВЭР каскадов КГУ и режимов работы с/х комплексов .основанный на последовательном использовании симплекс-метода линейного программирования и ЛП^ - метод нелинейного программирования,позволяющий находить эффективное решение на персональных ЭВМ,

3. Разработана имитационная модель режимов работы сельскохозяйственных комплексов и модифицирована ранее разработанная имитационная модель режимов работы каскада ГЭС. Оба модели имеют широкий набор граничных условий для использования в подсистемах АСУ ТП каскадов КГУ с водохранилищами энвргосельскохозяйственного назначения.

4. В результате исследований получена возможность увеличения суммарной прибыли Ёвфратской ЭВХС на 10.9 % по сравнению с исходным, Максимальная площадь орошаемых земель,после которой наблюдается снижение прибыли системы, составляет 230 — 235 тыс.га, при этом гарантированная выработка ГЭС каскада составляет 2.01 млрд.с.ф.

5. Результаты работы предлагаются для внедрения в проектные организации при проектировании и эксплуатации в РЭУ, оду каскадов КГУ в составе ЭВХС с равным приоритетом энергетики и сельского хозяйства, для использования в учебном процессе при подготовке студентов и специалистов поспециальности Ю.ОЗ гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки.

6. Задачи дальнейшего исследования состоят в расширении возможности разработанной методики для учета режимов работы других неэнергетических объектов ЭВХС.

По теме диссиртэшш опуплековагшо следующие статии:

1.Дауд Маан Д. Схема гидроэнергетического использования реки Евфрат ."Дирасат Эшт9рзкия",Ы 11 (86),Дамаск, 1980,с.П5--73.

2.Дауд Маан Д.-Влияние взаимосвязи гидроэнергетики и сельского хозяйства на земной поверхности,//Влияние хозяйственной дятельнооти человека на земную кору ,лекц. Сирийской космологической ассицации, Дамаск,20 сентября 198Э;"Дирэсэт Эшторакия", н 11(98), Дамаск,I909, с.34-69.

3.Дауд Маан Д. Экологические аспекты использования водных энергии ,"Лль-Мухэндвс вль-Араби", N 99, Дамаск, 1990,с.30-33.

4.Соколов Б.А., Дауд Маан Д. Мотодика выбора оптимальных ГОР работы ГЭС каскада КГУ .входящих в составе ЭВХС водохранилищами энвргосельскохозяйственного назначения , "Аль-Мухандоп -адь-Араба".

N 11П,Двмаок, 1994, о.

Подписано к печати 28.12.94. Заказ № 705. Тираж 100.

Отпечатано на ротапринте ИПЦ СПбГТУ. 195251, Санкт-ПетерАург, Политехническая ул., 29