автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Режимное взаимодействие электроэнергетической системы с потребителями электрической энергии по активной мощности

пгл

■ I о

Научно - исследовательский институт электроэнергетики Российской Федерации

На правах рукописи УДК 621.311

СБРОДОВ Георгий Павлович

РЕЖИМНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ПОТРЕБИТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПО АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (алгоритмический подход)

05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат диссертации на сОискакис ученой степени доктора технических наук

Мпскпа - 1994

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии (г.Минск)

Официальные оппоненты:

/

доктор технических наук, профессор Журавлев В.Г. доктор технических наук, профессор Кудрин Б.И. доктор технических наук, профессор Цветков Е.В.

Ведущее предприятие:

Центральное Диспетчерское Управление Единой Энергетической Системы России

Защита состоится 1 марта 1994 г. в 14 часов на заседании специализированного Совета Д.144.07.01 научно - исследовательского института электроэнергетики Российской Федерации (АО ВНИИЭ) по адресу:

115201, г.Москва, Каширское шоссе, д.22. корп.З. актовый зал

Телефон Совета 113-28-09

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИЭ Автореферат диссертации разослан " " января 199/

Ученый секретарь ^

специализированного А.Б«иЯСШП!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

режимной практике отечественных энергосистем управление электропотреб-замещается традиционным для централизованной экономики управлением рас-нием дефицита. Дефицитная экономика по необходимости привела к накоп-'никального опыта практического решения задач с ресурсными ограничениями, ше чего большинство исследователей проблемы управления электропотребле-средоточили свои усилия именно на распределительной- задаче, эпросы управления электропотреблением относятся к новой стороне деятель-«ргосистем и поэтому требуют интенсивной научной разработки" (Щербина епорский В.Д., Жмурко В.А.; 1984).

шссертации теоретически решена (в одной из возможных формулировок) важ-отраслевая проблема режимного взаимодействия электроэнергетической систе-гребителями электрической энергии, представляющая собой комплекс взаимос-х задач,- решение которых позволяет формировать оптимально выровненные :ннь:е графики активной нагрузки на произвольном уровне режимной иерархии шмальной деформации свободных частных графиков нагрузки. Предложены отработки вынужденных частных графиков нагрузки без снижения планового продукции. Приведены и проанализированы результаты локального внедрения ганных методов, алгоритмов и программ.

рмулировки всех задач являются оригинальными и основаны на предложенном ;е встречного регулирования совмещенных графиков активной нагрузки. Ме-алгоритмы решения задач обусловлены их формулировками и основаны на ганном автором формальном аппарате противоподобного (хонтрморфного) зования функций вещественного аргумента и введенном понятии квазиэнерго-гги (алгоритмически организуемой энергоактивности).

нкладная направленность диссертационных исследований состоит в придании управления электропотреблением режимного характера, т.е. в превращении их : управления распределением дефицита в задачи поддержания баланса между >ванием, потреблением к технологическим расходом электроэнергии на всем зуемом интервале времени при минимизации дефицита активной мощности в ксимума нагрузки энергосистемы.

1ЕРВОЙ ГЛАВЕ "Методологические основы режимного взаимодействия элек-•етичеекой системы с потребителями электрической энергии" уточнена терпя; показано, что электропотребление неуправляемо со стороны эчергосисте-мысле классической теории управления); дана энтропийная опенка йзаимо-[ множеств электрогенерирующих и элеггропотребляющих агрегатов во вре-

мени и пространстве; выделены четыре возможных подхода к организации режил-взаимодействия энергосистемы и потребителей электроэнергии - физияе< технический, экономический и алгоритмический.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ "Диапазоны регулирования графиков активной нагруз! разных уровнях режимной иерархии" приведена методика оценки диапазонов лировання совмещенных и частных графиков нагрузки; даны численные оценки диапазонов; показана возможность их учета при управлении распределением деф) активной мощности.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ "Дозированное управление электропотреблением" сф< лирован принцип встречного регулирования графиков нагрузки; разработан аде ный ему математический аппарат; приведены основные интегральные алгоритмы рованвого управления электропотреблением.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ "Дозированное маневрирование электропотребле: показано, что традиционные алгоритмы управления электропогреблением явл алгоритмами расчета рассогласования между свободным и вынужденным граф; нагрузки; проанализированы неформальные методы отработки этого рассогласо! приведены дифференциальные алгоритмы маневрирования электропотреблением тистический алгоритм параметрического маневрирования; формализован процесс магической отработки вынужденных графихов нагрузки.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ очерчены и обоснованы возможные направления далыи исследований режимного взаимодействия электроэнергетической системы с потр лями, представляющие наибольший теоретический и практический интерес.

В ПРИЛОЖЕНИЯ вынесены сводные результаты локального внедрения ра танных методов, алгоритмов и программ и оценки технической и экономяческ( фективности.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ диссертационной работы определяется направ стью исследований, рекомендованных как актуальные в решениях Секции разЕ функционирования электроэнергетических и теплоснабжающих систем Научны тов по комплексным проблемам энергетики и комплексной проблеме "Научные электрофизики и электроэнергетики" Отделения физико-технических проблеь гетики АН СССР по теме "Управление электропотреблением в электр оэнергет! системах при нормальных и аварийных режимах" (октябрь 1988г., Киев).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - теоретическое обобщение и прикладное распросгране зультатов диссертационных исследований, самостоятельно проведенных авторог ле направлений "Разработка методов формирования выровненных графиков э ческнх нагрузок", "Определение условий реализации управляющих воздействи темах управления электропотреблением" и "Создание теоретической модели тивного взаимодействия энергосистем с потребителями электроэнергии", рек

к как актуальные в решениях упомянутой Секции.

[А ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие основные положения:

понятие квазизнергоактавности как алгоритмически организуемой энергоактив-

принцип встречного регулирования графиков нагрузки и соответствующей ему !нный и математический аппарат;

методы и алгоритмы дозированного управления электропотреблением; методы и алгоритмы дозированного маневрирования электропотреблением. [ОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, выносимых на защиту, обеспе-гся:

использованием фундаментальных результатов теории электроэнергетических I и систем электроснабжения;

корректным применением прикладных методов функционального анализа, тео-ункций вещественного аргумента, конструктивной теории функций, математиче-:татистики и статистических испытаний;

логическим обобщением результатов анализа отечественной и зарубежной тео-практики управления энергопотреблением, в том числе, исследований автора по лению ресурсами на отраслевом и народнохозяйственном уровнях. -ЮВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ обусловлена ориги-остью введенных понятий, сформулированных принципов и разработанных на их е методов и алгоритмов режимного взаимодействия как совокупности дозирован-'правления и маневрирования электропотреблением.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ заключается оритмической организации управляемого выравнивания совмещенного графика ной нагрузки на произвольном уровне режимной иерархии без снижения плано-выпуска продукции конечными потребителями электроэнергии. При этом ликви-:тся (в избыточных и сбалансированных энергосистемах) или минимизируется (в цитных энергосистемах) дефицит активной мощности в часы максимума нагрузки •осистемы.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ ествлялась путем внедрения завершенных хоздоговорных и госбюджетных работ лненных под руководством и при непосредственном участии автора. Объектам! зения являются отдельные энергосистемы, машиностроительные предприятия I зриятия химической промышленности Беларуси, Северо-Запада и Центра России же учебный процесс дневной и вечерней форм обучения вузовской идеальности 10.04-Электроснабжение(промышленность по отраслям) АПРОБАЦИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Основные теоретические тические результаты диссертационных исследований докладывались на всесоюз

ных и республиканских межотраслевых к отраслевых конференциях, совещан семинарах, из которых заслуживают быть упомянутыми:

- Федеративная конференция "Условия присоединения потребителей к сети госистем" (1992г., Санкт-Петербург);

- XII сессия Всесоюзного научного семинара "Кибернетика электрических си по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий" (1991 г., Гомель)

- Всесоюзный семинар "Кибернетика электрических систем" по тематике "У ление и автоматизация проектирования электроэнергетических систем" (1990 г лябинск);

- Всесоюзная конференция "Повышение эффективности и качества электрс жения" (1990 г., Мариуполь);

- выездное заседание Секции развития и функционирования электроэ: тических и теплоснабжающих систем Научных советов по комплексным проб; энергетики и комплексной проблеме "Научные основы электрофизики и электро гетики" Отделения физико-технических проблем АН СССР по проблеме "Управ, электропотреблением в электроэнергетических системах при нормальных и авар! режимах" (1988 г., Киев);

- Всесоюзные производственные совещания по линии Главгосэнергона, (1986 г., Алма-Ата; 1990 г., Ростов-на-Дону);

- Всесоюзная конференция "Технико-экономические проблемы оптимизацч жимов электропотребления промышленных предприятий" (1984 г., Свердловск);

- Всесоюзный семинар по методам синтеза и планирования развития стр сложных систем (1979 г., Звенигород);

- Всесоюзная объединенная межвузовская конференция по физическому мо рованшо (VI) и кибернетике энергетических систем (II) (1972 г., Баку);

- Республиканские математические конференции (II - 1967 г., III - 19 Минск);'

- научно-практические конференции профессорско-преподавательского сс Бел.гос.политехнич. академии и работников промышленности (1965-1971, 1982 г.г., Минск).

ПУБЛИКАЦИИ. За 1965-1992 г.г. во всесоюзных и республиканских одических и эпизодических изданиях автором опубликовано 80 научных работ которых половина относится к теме диссертации. Результаты диссертационных 1 дований использовались в хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовател работах, проводимых под руководством и при непосредственном участии автор значительным использованием диссертационных материалов издано учебное пос< Г.П.Сбродов. Методы, алгоритмы и средства управления электропотреблением. Ч - Методы и алгоритмы. - Минск, БПИ, 1988. - 92с.

ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Основной текст 231 стр. машинописного текста через нтервала, таблиц 10 шт., рисунков 43 шт., билиография 120 наименований на 10 , приложения 48 стр. Итого - 289 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕЖИМНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ПОТРЕБИТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В отечественных и зарубежных публикациях можно выделить три словосочетания, требляемые как синонимы: управление электропотреблением; управление спросом »лектроэнершю; управление графихом нагрузки.

Под управлением электропотреблением (со стороны энергосистемы) понимаете? зкупноегь организационных и технико-экономических мероприятий, направленны: юддержание баланса между генерированием, потреблением и технологическим рас-эм энергии и мощности, проводимых на всех уровнях режимной иерархии, доступ-диспетчеру энергосистемы - от генератора до договорной точки раздела эксплуа-юнной принадлежности оборудования.

Словосочетание "управление спросом на электроэнергию" характерно для англо чной специальной литературы, где под этим понимается разработка и реализацш местных для производителя и потребителя технико-экономических программ ш •ижению и поддержанию баланса между генерированием и потреблением энергш вдности на всех уровнях режимной иерархии - от генератора до электроприемника Под управлением графиком нагрузки понимается реализация оптимизированноп «бранному критерию сбалансированного режима электропотребления, т.е. график; гвной мощности на фиксированием интервале времени. Вероятно, это наиболе ю соответствует фактическому подходу к проблеме управления электропотребле л на любом уровне режимной иерархии - от генератора до группы электропри кков, именно до группы, а не до отдельного электроприемника, так как днепетче ого уровня может управлять только совмещенными графиками нагрузки, а отдель электроприемник работает по индивидуальному графику, форма которого опре 1ется внеэнергетическими производственными факторами.

Следовательно, проблема заключается в формировании по некоторому критери* 1ещенного графика определенной конфигурации и в организации его отработк >ебителями без снижения планового выпуска продукции. При этом "... в целя 1внивания совмещенного графика может иногда оказаться полезным деформирс график потребителя в сторону его ухудшения" (Дарманчев А.К.;1935). В современных хозяйственных условиях потребитель может согласиться на эт .ко на основе договорного взаимодействия с энергосистемой по сближению их не

совпадающих режимных интересов. Поэтому представляется целесообразным пробл му управления формой совмещенного графика нагрузки расширить до проблемы р жимного взаимодействия электроэнергетической системы с потребителями электр энергии. Конкретным местом режимного взаимодействия можно считать договори^ точку раздела эксплуатационной принадлежности оборудования или, поскольку в: имодействне должно выражаться в измеримых величинах, место установки прибор коммерческого учета электроэнергии.

Решение проблемы режимного взаимодействия системы с потребителями в общ случае состоит в последовательном решении следующих взаимосвязанных задач:

- выбор и обоснование уровня взаимодействия в режимной иерархии;

- формулировка критериев взаимодействия, целевых функций и ограничений выбранном уровне режимного взаимодействия;

- выбор и обоснование уровня формирования вынужденных графиков нагруз для обеспечения оптимальной конфигурации совмещенного графика;

- разработка методов и алгоритмов формирования вынужденных графиков ( грузки;

- разработка методов и алгоритмов отработки сформированных вынужденных г{ фиков нагрузки при сохранении планового выпуска продукции без возрастания эле тропотребления.

Первые три из этих задач являются целеполагающими, т.е. принципиально 1 формализуемыми. Поэтому они решаются неформальными методами. Последние ; задачи являются конструктивными, причем, каждая из них представляет собой, в св! очередь, комплекс взаимосвязанных задач. Целесообразно четвертую задачу име1 вать "Разработка методов и алгоритмов дозированного управления электропотр! лением", а пятую - "Разработка методов и алгоритмов дозированного маневрирова!: электропотреблением".

Таким образом, в рассмотренной формулировке решение важной межотрасле! задачи режимного взаимодействия электроэнергетической системы с потребителя электроэнергии достигается совместным решением задач дозированного управлени: дозированного маневрирования.

С кибернетической точки зрения, электрическую энергию удобно считать р новидностью однородного нескладируемого ресурса. Термин "однородный" означ качественную однородность, т.е. идентичность, неразличимость произвольных, одинаковых частей ресурса. Термин "нескладируемый" означает сбалансированно (возможно, при различных значениях параметров) и совпадение во времени процес генерирования, передачи, распределения и потребления ресурса. Автономное упр ление режимом любого из этих процессов невозможно, так как управляющее в действие, выданное на один из них будет специфически отработано остальными.

Следовательно, возможны лишь две стратегии организации управления потоками одного нескладируемого ресурса:

• создание единой централизованной системы управления для выработки согласо-IX дозированных управляющих воздействий и одновременной выдачи их на все :ссы;

■выделение ведущего (по конечной цели функционирования всей системы) про-и создание системы управления им; остальные процессы при этом вынужденно ляются по состоянию ведущего процесса.

Поскольку конечной целью функционирования систем электроэнергетики явля->есперебойное снабжение потребителей электроэнергией установленного качества, дущим процессом является электропотребление. Поэтому в бездефицитных по [ей активной мощности энергосистемах электрические станции, линии электропе-: и электрические сети всегда работают в вынужденном режиме, даже если он мзирован. По каким бы критериям эта оптимизация ни проводилась, она всегда ена заданным режимом электропотребления. В свободном режиме работают толь->требители электрической энергии.

Следовательно, при сбалансированном режимном взаимодействии производителей гребителей электроэнергии субъектом управления (управляющим устройством) мами является электропотребление. Генерирование, передача и распределение грической энергии являются объектами управления. Поэтому традиционное уп-;ние электропотреблением состоит в формировании объектом управления (энер-:темой) потребных ему ограничений и выдачи их на субъект управления (элект-требление). Необычность этого с точки зрения классической теории управления идна. Но в основу этой теории положен принцип однонаправленности причинно-:твенных связей, а при управлении электропотреблением такой однонаправлен-к кет. Тем не менее, можно утверждать, что в динамической системе "множество раторов - множество электроприемников" энергосистема по своим свойствам (от-тка управляющих воздействий) приближается к объекту управления, а ллектро-ебление (выработка управляющих воздействий) - к субъекту управления. Термин ближается" здесь употреблен потому, что в рассматриваемой системе действуют сторонние причинно-следственные связи и фактические процессы намного слож-описанных.

Поэтому при фундаментальном подходе к проблеме приоритетной является разика алгоритмов управления электропотреблением, адекватных этому сложному и гиворечивому объекту, т.е. алгоритмов режимного взаимодействия электроэне;. ■ ческой системы с потребителями электрической энергии.

Обобщенная численная оценка взаимодействия электрогенерирующей я электро-зебляющей систем может быть получена в виде энтропийной меры разнообразия

шимодействующих систем. Сравнение этих мер по закону необходимого разн. эазия является критерием управляемости одной из систем со стороны другой.

Смысл закона необходимого разнообразия заключается в том, что управл( осуществимо тогда и только тогда, когда разнообразие состояний объекта управлс 1С превышает разнообразия состояний субъекта управления.

Использование понятия "состояние" предполагает наличие пространства со 1ний. Поскольку, как генерирование электроэнергии, так и ее потребление осуще 1яется во времени конкретными агрегатами (генераторами и электроприемника) шеющими вполне определенные пространственные координаты, представляется ц< :ообразным выделить следующие пространства состояний: временное, территориал! 1 агрегатное. Способы выделения состояний в них и расчета вероятностей этих со ший различны, так как процессы генерирования и потребления электроэнергии I гадают во времени, но разобщены территориально и агрегатно.

Теоретически доказано и расчетами для Минской (дефицитной) и Тверс (избыточной, транзитной) энергосистем подтверждено, что во всех выделенных пр шнствах разнообразие состояний электропотребляющей системы превышает разнс зазие состояний электрогенерирующей системы, т.е. управление электропотреблен ;о стороны энергосистемы неосуществимо (в смысле классической теории управлен

В силу несовпадения режимных интересов электрогенерирующей и электро! ребляющей систем, организация их взаимодействия сводится к отысканию компро* са, т.е. совокупности взаимных уступок, сущность которых состоит в допустимых клонениях каждой из сторон от своего оптимума. Результатом уступок является рето-оптимальное взаимодействие.

Наличие двухсторонних причинно-следственных связей между электрогенер! ющей и электропотребляющей системами приводит к тому, что каждая из ни процессе режимного взаимодействия выполняет роль (попеременно или одновреме> и объекта, и субъекта управления. Следовательно, здесь сущность отыскания Пар оптимального компромисса состоит в том, что каждый из участников взаимодейст полностью или частично отрабатывает управляющее воздействие со стороны дру участника, получая за это компенсацию, либо подвергаясь штрафным санкциям, ганизация взаимодействия состоит в определении характера и размеров управляю воздействий, компенсаций и штрафных санкций, что представляет собой далекс тривиальную задачу. Кроме того, Парето-оптимальные решения отыскиваются м дами векторной оптимизации, которые не только трудоемки в вычислительном о-шенин, но и недостаточно обоснованы. Поэтому представляется целесообразным явить и классифицировать более практичные подходы к организации режимного имодействия.

Физическая природа электрогенерирующей и электропотребляющей систем О!

тает, в первую очередь, физический подход к организации их режимного взаимо-вия, т.е. такой, который основывается на свойствах саморегулирования физи-IX систем и самоподстройке их друг к другу при взаимодействии с двухсторонними анно-следственными связями. Конкретно это выражается в самоустановлении ба-[ между производством и потреблением электроэнергии, возможно, с неноминаль-; параметрами установившегося режима.

Как электрогенерирующая, так и электропотребляющая системы являются чело-машинными, т.е. представляют собой симбиоз технических устройств и управля-< ими людей. Одним из основных свойств человека является экономический инте-которым можно управлять с помощью экономических стимулов. Следовательно, ,1М можно считать экономический подход к организации режимного взаимодей-: электрогенерирующей и электропотребляющей систем.

Режимные интересы электроэнергетической системы и потребителей не совпада-5 силу ежемоментного совпадения процессов производства и потребления элект-гргии оптимизировать режимы электрогенерирующей и электропотребляющей м по собственным критериям не представляется возможным. Естественным прие-является организация компромиссного режимного взаимодействия. Но можно ис-зовать и искусственные приемы, заключающиеся в ослаблении однозначной зависти графика генерирования активной мощности от графика электропотребления (с щью специальных технических средств) или графика элехтропотребления от гра-выпуска конечной продукции (с помощью специальных алгоритмических проце-Представляется целесообразным первый подход к организации режимного вза-ействия называть техническим, а второй - алгоритмическим. Физический и экономический подходы к организации режимного взаимодействия гроэнергетической системы с потребителями далее не рассматриваются. Техки-яй подход рассматривается лишь в той мере, какая необходима для понимания ритмического.

Технический подход к организации режимного взаимодействия заключается в ;ании системе "поставщик-потребитель" электроэнергии свойства энергоактив-и.

Термин "энергоактивность" используется для обозначения технически организо-

/

ого свойства запасать энергию в одном временном режиме, а расходовать - в ом. В системах электроснабжения энергоактивность позволяет нарушить принцип юментного совпадения процессов выработки и потребления электроэнергии и, тем 1М, достичь относительной независимости графиков генерирования и электропот-;ения. При этом предоставляется возможность оптимизировать работу энергосисге-зо собственным критериям, а потребителям - работать по не стесненным систем-н ограничениями (свободным) графикам нагрузки.

Технически энергоактивность обеспечивается использованием в электроэне гетических системах реверсивных накопителей электрической энергии с управляемы; зарядом и разрядом. По техническим и экономическим возможностям отечествен« электроэнергетики внедрение накопителей электроэнергии в практику электросна жения в обозримом будущем не предвидится. Поэтому представляется целесообразт попытаться достичь энергоактивности систем энергоснабжения не технически, а я горитмически.

Алгоритмический подход заключается в придании системе "поставщик-потреб тель" электроэнергии свойства квазиэнергоактивности. т.е. в ослаблении зависимое графика электропотребления от графика выпуска конечной продукции.

Целью промышленного электропотребления является выпуск продукции, осуц ствляемый в соответствии с графиком выпуска продукции. Квазиэнергоактивность д< тигается обеспечением относительной независимости графиков электропотребления выпуска продукции. Следовательно, можно ввести понятие квазиэнергоактивности к энергоактивности, организуемой алгоритмически на существующем оборудовании.

Традиционное представление о "неприкосновенности" графика активной нагруэ потребителя сильно преувеличено и основывается на постулировании жесткой за! симости графика электропотребления от графика выпуска продукции. Поэтому в бoJ шинстве работ по управлению электропотреблением предлагается делать упор на по! дительные регулировочные мероприятия, оставляя потребителю большую техноло: ческую свободу.

Исследованиями Вагина Г.Я., Жежеленко И.В., Кудрина Б.И. и др. показано, > удельное электропотребление на производство одной и той же продукции может личаться в десятки раз не только для разных предприятий, но и для одной и той технологической установки. Субъективно это объясняется тем, что на большинс промышленных предприятий плановые нормы удельного электропотребления на пр стоящий период отождествляются с фактическим удельным электропотреблением кущего периода. Тем самым в нормах закрепляются непроизводительный и рас чительный расходы электрической энергии. Объективно же большой разброс числ ных значений удельного электропотребления может быть объяснен воздействием технологический процесс как неуправляемых факторов (неконтролируемых парак ров окружающей среды), так и управляемых (контролируемых параметров самого п цесса). Целенаправлено воздействуя на управляемые переменные, т.е., организуя па метрическое управление технологическим процессом, можно изменить удельное э: тропотребление и, тем самым, график активной нагрузки потребителя, не изменяя этом графика выпуска продукции. Таким образом можно достичь ослабления зг симости графика электропотребления от графика выпуска продукции, т.е. придать ( теме "поставщик-потребитель" электроэнергии свойство "алгоритмически органи:

." энергоактивности - квазиэнергоактивности.

Алгоритмический подход к организации режимного взаимодействия электроэнер-1ческой системы с потребителями электроэнергии реализуется последовательным ользованием методов дозированного управления и дозированного маневрирования ктропотреблением. Результатом этого является оптимальное уплотнение (вырав-ание) совмещенного графика активной нагрузки при минимальной деформации тех-оглчески свободных частных графиков нагрузки.

ДИАПАЗОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГРАФИКОВ АКТИВНОЙ НАГРУЗКИ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ РЕЖИМНОЙ ИЕРАРХИИ

Конечной целью режимного взаимодействия системы с потребителями является жирование и отработка взаимоприемлемых графиков нагрузки в контролируемых энергии точках раздела. Взаимоприемлемость графиков для каждого из участников имодействия определяется допустимой режимной "уступчивостью". Интегральной юй этой "уступчивости" могут служить диапазоны изменения плотности графиков рузки на разных уровнях режимной иерархии.

Верхним уровнем режимной иерархии следует считать уровни, расположенные це точки раздела энергосистемы и каждого из потребителей - от заявляемого, кон-лируемого и отчетного уровня предприятия до генератора. Тогда к нижним уровням ;ут относится уровни от шин главной понизительной подстанции до отдельных элек-приемников и их групп, характеризуемые единой паспортной мощностью. При пос-овке и решении локальных задач режимного взаимодействия, благодаря единооб-ию и универсальности алгоритмического подхода, допустимо считать верхним лю-[ уровеиь, на котором формируются совмещенные 1рафики нагрузки.

Очевидная сложность многостороннего и многоуровневого режимного взаимодей-ия системы с потребителями вынуждает ограничиться анализом двухстороннего вза-эдействия электрогенерирующей и энергопотребляющей систем на одном уровне кимной иерархии - в контролируемой по энергии точке раздела. Конкретным ре-[ьтатом такого анализа является численная оценка оптимального предела уплот-шя графика нагрузки энергосистемы.

Умозрительно представляется, что этому пределу соответствует верхняя границе угности графика активной нагрузки, так как при фиксированной величине систем-■о резерва генерирующей мощности абсолютный годовой максимум активной на-'зки определяет установленную мощность энергосистемы и, тем самым, величину глталовложений. Последняя определяет собой величину снижения себестоимосп :ктроэнергии для своевременного возврата дополнительных по отношению к альтер гивному варианту электроснабжения капиталовложений. С ростом выработки элск )энергии доля величины этого снижения в себестоимости падает.

Следовательно, при фиксированном максимуме активной нагрузки выго увеличивать выработку электроэнергии вплоть до получения совмещенного граф активной нагрузки энергосистемы максимальной плотности. Достигаемое при этом равнивание графика нагрузки приводит к снижению основной составляющей себе имости электроэнергии - топливной. В удельных затратах электроэнергетической темы на режимное взаимодействие с потребителями могут быть выделены две соста! кшше - статическая (на поддержание режима) и динамическая (на изменение режи По достижении максимальной плотности динамическая составляющая становится ной нулю. При этом, в силу разной величины суточных максимумов нагрузки н; годовом графике всегда отыщется "ремонтная площадка", достаточная для проаедг ежегодных летних капитальных ремонтов основного оборудования электростанций для проведения профилактических ремонтов за пределами периода летних миним ных нагрузок станет необходимым дополнительный ремонтный резерв генерирую мощностей, который приведет к возрастанию себестоимости электроэнергии. Поэт можно постулировать существование оптимальной плотности суточного графика тивной нагрузки энергосистемы, меньшей единицы. Длительное время считалось, оптимальная плотность равна 0,85. Эта величина принималась эвристически из с ражений поддержания на протяжении всего года фиксированной величины аварий резерва генерирующих мощностей. Регулировочные мероприятия по управлению э тропотреблением при этом не учитывались.

Пока электроэнергетика остается государственной или акционированной м полней, можно считать, что критерием оптимизации совмещенного графика акта нагрузки энергосистемы является минимум дополнительных народнохозяйственны трат (на регулировочные мероприятия) с учетом затрат в смежных отраслях про» ленности. С этих позиций Михайловым В.В. было показано существование совме ных графиков нагрузки энергосистем оптимальной плотности. При этом принима продолжительность анализируемого периода - сутки. Критерии оптимальности - н; нехозяйственные (минимум суммарного удельного расхода энергоресурсов;макс суммарной фондоотдачи основных промышленно -производственных фондов, мин суммарной фондоемкости продукции; минимум суммарной капиталоемкости про; ленно-пронзводственных фондов). Для каждого из этих критериев существует оп ленное, хотя и различное, численное значение оптимальной плотности совмеще графика нагрузки энергосистемы.

Основные результаты исследований Михайлова В.В. могут считаться доказг ством того, что при оптимизации по глобальным критериям взаимодействия эле генерирующей и электропотребляющей систем абсолютным приоритетом польз электрогенерирующая система, т.е. оптимизация совмещенного графика наг энергосистемы по народнохозяйственному критерию приводит к глобальному оп

.же при отклонении потребителей от своих локальных оптимумов. Следовательно, вынужденные режимы электропотребления не только допустимы, >бязательны, причем, не только в часы максимума нагрузки энергосистемы, но и зтяжении всего рабочего времени. Поэтому управление графиком нагрузки дол-ассматриваться не как следствие дефицитности энергосистем по активной мощ-в часы максимума нагрузки, а как средство управления экономичным взаимо-1ием электрогенерирующей и электропотребляющей систем. 1о, поскольку плотность графика нагрузки есть показатель интегральный (рас-ваемый для "периода", а не для "точки"), то численного значения оптимальной эсти совмещенного графика нагрузки энергосистемы недостаточно для органи-взаимодействия, так как одной и той же плотности может соответствовать бес-ное множество графиков нагрузки, в том числе, и крайне неравномерных. 1оэтому все, что можно сделать, зная численное значение оптимальной плот-совмещенного графика активной нагрузки энергосистемы, это определить откло-его от оптимального и в дальнейшем использовать величину отклонения для и степени приближения к оптимуму на уровне энергосистемы при проведении фовочных мероприятий на более низких уровнях электроэнергетической иерар-

1 сложившейся хозяйственной обстановке нет необходимости стремиться х. чрез-й общности, точности и стабильности результатов расчетов оптимальной плот-совмещенных графиков активной нагрузки энергосистем. Поэтому для энер-ем, техническая и экономическая стабильность работы которых пока сохраняет-жно рекомендовать временно отождествлять оптимальную1 плотность совмещен-рафика нагрузки с фактически сложившейся на последний день замеров. } понижением уровня режимной иерархии агрегированность исходной инфср , необходимой для расчетов пределов уплотнения и диапазонов регулировани; [ценных графиков нагрузки, также понижается. Тем самым обеспечивается воз-)сть извлечения дополнительной информации, необходимой для организации ре )го взаимодействия системы с потребителями. При алгоритмическом подходе эт; >мацию могут дать результаты исследований Багиева Г.Л. и Шленова В.В., про ше с целью выработки методики оценки факторов, уплотняющих и разуплотня совмещенный график нагрузки энергосистемы.

)сновньш результатом этих исследований следует признать получение точечны иных оценок оптимальных значений "глубины" регулирования совмещенных гра 1 нагрузки отраслей. Критерием оптимальности здесь служил максимум удельног ста Э от регулировочных мероприятий, исчисленный как разность годе

цельных затрат на эти мероприятия в энергосистеме Зс и в промышле1

Зп . Отрасли формировались методами дисхрнмипантного анализа кз

однородные по выделенным признакам группы потребителей электроэнергии. П этом принималось, что "глубина" регулирования отраслевого графика активной грузки направлена только в сторону снижения максимума этого графика, т.е. что к эффициент попадания отраслевого максимума в максимум нагрузки энергосисте.» эавен или близок единице. В действительности это не так, но интегральные ггатистические показатели не в состоянии учесть взаимное расположение максимум «стного и совмещенного графиков нагрузки.

Многократное повышение цен на энергоносители и, следовательно, электр энергию и мощность, стимулирует потребителей к снижению заявленного максиму нагрузки, независимо от величины коэффициента попадания их максимума в максим «грузки энергосистемы. Поэтому имеет смысл по методике Багиева ГЛ. и Шлеи и В.В. идентифицировать проектные и фактические графики активной нагрузки пре триятий основных отраслей промышленности для предварительной ориентации п эанжировании крупных потребителей электроэнергии на верхних уровнях режимн 1ерархии (отраслей народного хозяйства и промышленности) для определения очерс гости и объемов регулировочных мероприятий или управления структурой энергопс эебления в экономическом регионе.

Идентификация графиков нагрузки, используемых в практике белорусских п; ектных организаций, показывает, что в первую идентификационную группу (мин мально регулируемые графики) попадают: нефтепереработка, пищевая промышле ность, промышленность стройматериалов, текстильная промышленность, торфопере{ ботка, химическая промышленность, цветная и черная металлургия; во вторую (сред регулируемые графики) - автомобильная и легкая промышленность, промышленн город в целом, прядильно-ткацкое производство, тяжелое машиностроение, угледобь; и целлюлозно-бумажная промышленность; в третью (максимально регулируемые г] фики) - деревообработка, машиностроение и металлообработка, печатно-отделочно* ремонтно-механическое производство, станкостроительная промышленность, торфо; быча и транспортное машиностроение.

Таким образом, пределы уплотнения совмещенных графиков нагрузки на верх! уровнях режимной иерархии определяются из сопоставления затрат и результате! взаимодействующих сторон при регулировании этих графиков. Диапазоны регули] вания частных графиков нагрузки на нижних уровнях режимной иерархии определяь ся на основании семантического и формального анализа расходных (энергетичесю или приведенных расходных характеристик электропотребляющих объектов.

Приборные способы непосредственного снятия расходных характеристик неиз стны. Поэтому автором была применена методика статистического определения э" характеристик, для чего достаточно двух конечных временных рядов - электропотр ления и выпуска продукции в натуральном или денежном выражении, одновреме!

хсированных для режимно, технически или территориально обособленного элек-отребляющего объекта. Величины удельного электропотребления и производи-мсти получаются из этих рядов расчетным путем.

Разведочный анализ временных рядов и проверочный анализ зависимости удель-электропотребления от производительности позволяют получить расходные ха-гристики и, тем самым, определить диапазоны регулирования графиков нагрузки онкретном уровне режимной иерархии как меру режимной "уступчивости" пот-теля при его режимном взаимодействии с энергосистемой.

Для получения исходных данных автором было обследовано более трех десятков тропотребляющих объектов в России и Беларуси. Анализ результатов расчетов пс объектам показал, что форма и параметрический разброс расходных характерис-юстаточно устойчивы.

Фактическая рабочая зона анализируемого электропотребляющего объекта за :ированный период временя ограничена выпуклой оболочкой множества экспери-альных точек. Разность абсцисс верхней и нижней граней этой оболочки дает ое приближение диапазона регулирования удельного электропотребления, которое затруднений может быть пересчитано в диапазон регулирования активной мощи. Однако разведочный анализ в состоянии дать второе приближение диапазон; яирования удельного электропотребления и активной мощности, если эБристичес-окализовать область максимальной концентрации экспериментальных точек. Такой анализ может проводиться в производственных условиях квалифицирован-и специалистами. Однако, учитывая падение квалификации эксплуатационного 1 :вленческого персонала, значительную его загрузку постановкой и решением те их рыночно-экономических вопросов, а также достаточную оснащенность совре юго производства микрокомпьютерной вычислительной техникой, представляете} сообразным использовать не разведочный анализ исходных данных, а провероч анализ статистических гипотез в силу его большей формализованности. Проверочный анализ проводился по всем обследованным электропотребляющш :ктам на основе исходных данных по электропотреблению и выпуску продукции з: >-1989 годы, на которых основывался и разведочный анализ. Результаты расчетов по группе обследованных объектов представлены на рис.1 оторого видно, что диапазоны регулирования удельного электропотребления и ак юй мощности сопоставимы с величиной потерь энергии и мощности в электри ;их сетях энергосистемы и потребителя. Следовательно, проблема определения )Льзования диапазонов регулирования имеет, по крайней мере, не меньшее зна 1е, чем проблема снижения потерь в электрических сетях. Но главное заключаете м, что сохранение неизменной производительности, т.е., в конечном счете плане объемов выпуска продукции, при изменении потребляемой мощности в предела

электросталь

750 725. 700 675

650

»Вт.Ч

ДП4

16 1В~~20~7г-2 24

Р«Вт

Рис.1. Тракторный завод

элоктрочуг-ун элсктроолюшший

а) рабочие зоны расходных характеристик

„ »Вт.,

АУГ

26 24 22 20 18

32 34 36 30 40 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 б) диапазоны регулирования мощности Р.Вт

машиностроение (товарная продукция в ценах 1902 г.)

ДТУ -"^Л,-

120 130 140 150 160

1200. 1000 900. 800. 700. 600

20% Ч =1534-,--

(__( АП^-

110. 100 90. 80 70| 60

пазона регулирования, является непосредственной реализацией квазиэнергоактив-ти, на которой основан алгоритмический подход к организации режимного взаимо-ствия.

ДОЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ

Известно, "что при наложении на данный график некоторого другого графика и ном взаимном перекрытии пиков провалами результирующий график будет зе плотным,чем исходные,даже при весьма небольшой плотности нала-шго графика"(Дарманчев А.К.;1935).При суммировании двух "встречно пощихся" графиков активной нагрузки это очевидно до тривиальности.

Формальный анализ совмещения нескольких "встречно меняющихся" графиков >узки отсутствует. Поэтому такой анализ был проведен автором, результатом чего гсся принцип встречного регулирования графиков активной нагрузки: для того, что-;овмещенный график 0 < ( < Г< и активной нагрузки имел максимальную гность у£= 1 необходимо и достаточно, чтобы в каждый момент времени анали-г'емого периода I е [0,Т] алгебраическая сумма скоростей изменения нагрузки по чируемым графикам Р,{(), /=1,л была тождественно равна нулю, т.е.

ЯгСО = 2 = ?г,0</<г<»; (1)

¡-1

арм А <*Л(0 _ п V» ^ ГП П --1— П,

~ИТ~ ~~!Г~~ ' ^ ' ' ,л" ( *

Такая математически "жесткая" формулировка принципа встречного лирования для практического использования нуждается в ослаблении. Первое ослабление заключается в отступлении от равенства 1 в пользу ус-[я }/2;->уолт<1. Действительно, коль скоро доказано существование уопт и даны ¡енные оценки ее значений по отраслям, то нет смысла стремиться к равенству 1. Не имеет это смысла и потому, что график коммунально-бытовой нагрузки вномерен и практически неуправляем. Поэтому при 1 исключается возмож-ь оперативного формирования "ремонтных площадок" для профилактического об-сивания основного оборудования энергосистемы.

Второе ослабление основано на том, что: "С точки зрения режимов электроснаб-щей системы естественная конфигурация графиков далеко не является наилучшей, ются стимулы к тому, чтобы стремиться к изменению этой конфигурации в целях летворения некоторых требований экономического и технического порядка" (Дар-[ев А.К.;1935). Следовательно, допустимо в уравнениях (1) и (2) заменить сум-^емые графики в свободном режиме электропотребления '=1."

жированными некоторым образом графиками нагрузки в вынужденном режиме гропотребления вы„(0- 1=1,п при сохранении величины потребляемой за '

период электроэнергии.

В результате получается практически применимая ослабленная формулиров: принципа встречного регулирования:

Pi(0 = 2 Л« «М -?z.0s/sr<«o; i=Uh (3)

i=i

(4)

Смысловой основой этой замены является наличие у потребителей скрытых per лировочных возможностей. Именно потому, чго эти возможности скрыты, сложилс преувеличенное представление о режимной "неприкосновенности" потребителей ( исключением явных потребителей - регуляторов). Поскольку режимные интере энергосистемы и потребителей не совпадают, вскрыть дополнительные регулировочн возможности последних можно, задавая им вынужденный график электропотреблен на весь фиксированный период времени, а не только ограничивая их в часы максима; ной нагрузки энергосистемы.

Чем меньше вынужденные графики активной нагрузки будут отличаться от ci бодных, тем легче они будут восприняты потребителями. Поскольку в основу принц» встречного регулирования графиков нагрузки положено условие сохранения norpe6j емой энергии, то интегрально эти графики не отличаются.

Главная трудность в замене уравнений (1) и (2) уравнениями (3) и (4) закл чается в том, чтобы расшифровать каким это "некоторым образом" формируются i нужденные графики нагрузки.

В основу этого формирования положено введенное автором противоподо61 (контрморфное) преобразование функций.

Контрморфное преобразование (в дальнейшем, КМ-преобразование) функ! может быть интерпретированно в смысле классического функционального анализа параметрическое интегральное преобразование, результатом которого является па метрическое семейство функций, противоподобных исходной функции. Здесь "п тивоподобие" можно рассматривать как обобщение "зеркального отображения". ) единичных значениях параметров КМ-преобразование становится изоэпифанным, сохраняющим неизменным интеграл от преобразуемой функции на фиксирован интервале. Изоэпифанное КМ-преобразование функций является непосредствен! математическим инструментом реализации принципа встречного регулирова графиков активной нагрузки в его "жесткой" формулировке (1) и (2), которой у; летворяют только функции со встречно меняющимися производными в каждой т( анализируемого периода.

Единичное КМ-преобразование исходного графика активной нагрузки P(t) в i

подобный Р^ (/) определяется соотношениями

Р,(0 = 2Р-Р(0, (5)

(6)

/я(0 ё! = / Я4(0 Л, О < / < Т < со . (7)

о о

В соответствии с этим масштабированное КМ-преобразованне определиться как

Л* (0 =/'/[2^1-^(0]; л = (8)

" г

V - V о V, с гп п • — /01

2 —777— = - 2, -37- - 0 , V / £ [О,Л. '='-" . (9)

(«I ¡-I

т г

; ^(0 л = / л<о л. о < < г < оо. (Ю)

о о

Отождествив в уравнениях (8)-(10) Л(0=Л'со(0 и Л"*(0 =Лвы»(0 • получим :итическое описание типового шага алгоритма дозированного управления электро-1еблением. Дозирование определяется множителем

Поскольку фундаментальным условием практической применимости алгоритмов [рованного управления электропотреблением является минимальное отличие по ме вынужденных частных графиков нагрузки от свободных, после каждого шага ¡ходима проверка этого отличия. Численная мера отличия определяется формулой

. '„) =Д | [ РиыМ ~ РиЛЬ)} ~ [ Л„('/+1) " Л«.('/)] | . (И)

воженной Гурским С.К. и использованной им при анализе временных рядов в 1гетике.

С учетом изложенного смысловая постановка общей задачи дозированного управ-1Я электропотреблением может быть сформулирована следующим образом: Исходя из принципа встречного регулирования электропотребления в ослаблен-формулировке и формы совмещенного графика активной нагрузки в свободном име электропотребления, по алгоритмам, основанным на КМ-преобразовании, син-[ровать такие вынужденные частные графики активной нагрузки, которые мини-ьно отличались бы от соответствующих свободных графиков по численной мере 1чия и при суммировании давали бы вынужденный совмещенный график,минималь->тличающийся от совмещенного графика оптимальной плотности. При этом интег-л от каждого из участвующих в задаче графиков нагрузки должны быть инвариан-

Некоторая "тяжеловесность" этой постановки очевидна, но она является следом сложности и противоречивости электропотребления как объекта управления, в

первую очередь, наличия двухсторонних причинно-следственных связей между гене рированием и потреблением электрической энергии.

Практика публичной и индивидуальной апробации диссертационного материал показала, что первоначально создается впечатление формального манипулировани графиками как чисто математическими объектами. Непрерывная электроэнергетичес кая интерпретация предлагаемых алгоритмов, хотя и возможна, содержательной явл$ ется только для исходных данных и конечных результатов. Здесь получается аналога.' например, с методом пространства состояний в теории автоматического управления, котором не все промежуточные результаты имеют физический смысл.

Если интерпретировать графики нагрузки предприятий как векторный вход сист( мы электропотребления, их суммирование как системный оператор, а совмещении график нагрузки отрасли как выход системы, то легко заметить, что когда совмепда ный график нагрузки отрасли в свободном режиме электропотребления перестает удо! летворять режимным требованиям энергосистемы или экономическим народохозяйс-венным требованиям, возникает системная обратная задача (определение входов сисп мы по известным оператору и выходу). В первом случае свободный отраслевой граф!: нагрузки имеет излишнюю неравномерность, а во втором - не достигает свое оптимальной плотности. Поскольку одной и той же плотности могут соответствова-графики нагрузки различной формы, целью решения системной обратной задачи данном случае является максимально возможное выравнивание совмещенного отра левого графика нагрузки, а соответствующее данной отрасли численное значеш оптимальной плотности должно использоваться как критерий остановки работы а горитма выравнивания. В этом случае будут удовлетворены и режимные требоваш энергосистемы, и экономические требования народного хозяйства.

Таким образом, по заданным выходу и оператору системы будут отысканы входы и системная обратная задача будет решена. Но найденные входы определж новый выход системы, удовлетворяющий априорно заданной цели и сформулирова ным ограничениям, т.е. получается своеобразная петля обратной связи - "прежн: (заданный) выход системы - новые (синтезированные) входы - новый (достигший и ли) выход".

Наибольшие сомнения при первоначальном ознакомлении с предлагаемыми N тодами и алгоритмами вызывает очевидная противоречивость постановки задачи. Де ствительно, как можно добиться максимального выравнивания совмещенного графи нагрузки при минимальной деформации слагающих его частных графиков?

Однако, следует обратить внимание, что речь идет не о максимальном выр; нивании, а о максимально возможном (до достижения оптимальной плотности), с сильно ограничивает длину итерационной процедуры, иногда всего лишь до несколь? шагов. При этом значительная доля частных графиков нагрузки вообще не деф(

|уется, так как оптимальная плотность совмещенного графика достигается раньше, : потребуется их деформация.

На рис.2 представлен обобщенный вычислительный граф алгоритмов дозировано управления электропотреблением, которому соответствуют три разработанных и мененных алгоритма (различие их состоит только в детализации процедуры

- алгоритм формирования графиков нагрузки для потребителй-регуляторов;

- упрощенный алгоритм формирования графиков нагрузки для произвольных пот-ителей (с двойным учетом частных графиков);

- уточненный алгоритм формирования графиков нагрузки для произвольных пот-ителей (без двойного учета частных графиков).

Алгоритм формирования графиков нагрузки для потребителей-регуляторов осно-на использовании центрированного КМ-преобразования совмещенного графика на-зки (без учета потребителей-регуляторов). Результатом его является формирование ого графика нагрузки, который при суммировании его с совмещенным заполняет шалы последнего подобно тому,как невязкая жидкость заполняет впадины горизон-ьной поверхности. Результирующий совмещенный график нагрузки при этом окажется выровненным в максимально возможной степени.

Упрощенный алгоритм формирования графиков нагрузки для произвольных пот-жителей (с двойным учетом частных графиков) может быть представлен следующей :уррентной процедурой:

Л еы„(0 = И= Р2св(0 ,

1- -1 11я

(12)

Р,еЛ0 = 2 Р1св- = г га

1я

Р:

I се р-

г со

Л-

Рг«*„(0 = 2Я2 ' [ РтМ~Р\ „(0+Л вык(0] . (13)

«««(О = 2Р3 „- ■ [ Рг И(0"Л сЛО+Р, вын(0~Р2 „(Овы«С0] . (14)

1 £ св (0-2 Рк св (0+2 Рк аын (0 4-0

(15)

Двойной учет частных графиков нагрузки происходит потому, что вынужденные :тные графики синтезируются масштабированным КМ-преобразованием свободного шещенного графика нагрузки, из которого предварительно не были исключены их збодные аналоги.

Это не удовлетворяет требованиям строгой логики и изменяет деформацию сводных частных графиков нагрузки, но является допустимой уступкой за значительное рощение структуры алгоритма и экономию вычислительных ресурсов.

Уточненный алгоритм формирования графиков нагрузки для произвольных пот-

Рис.?.. Обобщенный вычислительный: граф дозированного управления

критерий

тш )

1 1

средство

Р (Т)

-1- 1НЫП\ V

1=1 ,п

гелей (без двойного учета частных графиков) отличается от предыдущего алгорит-гм, что из совмещенного графика поочередно исключаются те частные графики узки, которые на данном шаге подвергаются преобразованию. Благодаря этому преобразуются относительно "усеченного" совмещенного графика. Синтезирован-вынужденные частные графики нагрузки в дальнейших преобразованиях участву-10 деформации более не подвергаются.

Программные реализации алгоритмов дозированного управления электропотреб-ем использовались в практических расчетах для Ленинградской энергосистемы и :кого автозавода и в экспериментальных расчетах для Тверской энергосистемы и горых предприятий Ленинградской области и Беларуси.

ДОЗИРОВАННОЕ МАНЕВРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ

Опыт заводских энергодиспетчеров по отработке вынужденных графиков огра-н срезанием пика нагрузки в часы максимума, нагрузки энергосистемы. Ни с за-ением провалов в часы минимальных нагрузок, ни с отработкой вынужденного ика нагрузки заданной конфигурации они в своей оперативной деятельности не ¡чаются. Квалифицированные энергодиспетчеры предприятий при отработке сис-ых ограничений действуют следующим образом:

1. За 1,0-1,5 часа до начала максимальной нагрузки энергосистемы намечают ожные комбинации электроприемников, подлежащих отключению в момент нача-аксимума.

2. Из намеченных комбинаций отбираются те, в которых количество электропри-ков минимально. Идеальными считаются варианты с единственным электропри-;ком,'мощность которого равна величине ограничения.

3. Из электроприемников п.2 выбираются те, на которых технологический цикл зшается к моменту начала максимума.

4. Из электроприемников п.З фиксируются те, выход продукции с которых обес-вает максимальную загрузку персонала и оборудования на следующем технологи-эм переделе.

5. Из зафиксированных по п.4 электроприемников окончательно формируется ность, которая подлежит отключению в момент начала максимума и обратному >чению в момент его окончания.

Вычислительные процедуры, которые принято считать алгоритмами управления гропотреблением, в действительности представляют собой алгоритмы формиро-я решающего правила, на основании которого энергодиспетчер предприятия вы-гывает управляющее воздействие - перечень и порядок исполнения команд на 1утирование электроприемников (всегда) и на изменение их режимных электро-ологических параметров (иногда). Но выбор отключаемых электроприемников,

порядок и продолжительность их отключения, направление и пределы изменения эле тротехнологических параметров определяются энергодиспетчером эвристически. По. тому результатом этих алгоритмов является расчетная величина рассогласования ме> ду свободным и вынужденным графиками нагрузки.

Если же ставить задачу отработки потребителем вынужденного режима электр' потребления, сформированного на основе оптимизации совмещенного графика нагру ки отрасли или энергосистемы на всем временном периоде, а не только в часы ма симума нагрузки, то методы и алгоритмы расчета рассогласования должны быть допо нень: формализованными рекомендациями по дозированному маневрированию элек ропотреблением в пределах вынужденного графика электропотребления без снижен: планового выпуска продукции.

Предлагаемые в диссертации алгоритмы дозированного маневрирования электр потреблением являются универсальными в том смысле, что могут использоваться любом уровне режимной иерархии, так как отсутствуют принципиальные ограничен на то, чтобы произвольный верхний уровень этой иерархии задавал вынужденные гр фики нагрузки ближайшему нижнему уровню. Так, энергосистема может задавать отраслям, отрасли - входящим в них предприятиям, последние - своим подразделена и т.д. вплоть до крупных групп электроприемников. Отрасли, предприятия, их подрг деления и т.д. должны отрабатывать.на своем режимном уровне заданные графики, т выдерживать их форму на фиксированном периоде без возрастания потребления эле троэнергии и без снижения планового выпуска продукции.

На фиксированных отрезках временной оси формально могут быть выделены т типа рассогласования между свободным и вынужденным режимами электропотреб.1 ния и соответствующие каждому из них типы оперативного маневрирования элект] потреблением:

положетельное рассогласование, срезание пика нагрузки;

АР = РМ-Раын{ 0 =

>0, г 6 тт= и ,

1 ' щах тах ■

(-1

= о, г е 7-0= и

дь

неподвижная точка, отсутствие потребности в маневриравании:

(16)

< 0, < е Гпи = и Д/у„

отрицательное рассогласование, заполнение провала.

При этом суммарная площадь заполненных прозалов свободного графика эле ропотребления не должна превышать суммарной площади срезанных пиков.

Детерминированные алгоритмы дозированного маневрирования электропотре( нием могут быть сведены к отработке различных комбинаций выделенных тривиаль

в рассогласования.

Для получения алгоритма срезания пика нагрузки достаточно отказаться от осой целевой установки энергодиспетчера предприятия - первоочередного отклю-я минимального количества наиболее мощных электроприемников. Вместо этого ует организовать последовательное отключение (при нарастании пиковой нагруз-:равнительно большого количества маломощных электроприемников, каждый из рых имеет постоянную нагрузку, и их последовательное включение в обратном дке (при спаде пиковой нагрузки). Набор участвующих в дозированном маневри-аии электропотреблением маломощных электроприемников может быть осущест-за пределами основной технологии и оставаться фиксированным в широких прес изменения величины срезаемых пиков.

Искомый алгоритм срезания пика нагрузки получается на основе кусочно-нейного приближения функций. Для этого достаточно дозировать величину сре-зго пика и разнести это дозирование во времени. При этом маневрирование может истолковано как управление "с переключением фазовых траекторий" системы употребления. Моменты переключений определяются автоматически из условий 1ства фактического значения нагрузки заданному. Изложенное иллюстрируется 3.

Точная формальная постановка задачи заполнения провала нагрузки приводит к ральному уравнению, неразрешимому в замкнутой форме. Поэтому здесь приме-дихотомические вычислительные процедуры, реализуемые в приемлемое опе-ное время только на ЭВМ. По этой причине алгоритм заполнения провалов ис-|уется только на стадии планирования дозированного маневрирования электро-блением.

Заполнение провалов графика нагрузки проще всего производить за счет п°т-елей-рехуляторов, мощность которых может достигать 18% от установленной логической мощности предприятия. Такой величины регулирующей мощности точно, чтобы совместить задачу заполнения провалов с задачей максимально воз-ого выравнивания графика нагрузки.

Ввиду сложности точного алгоритма решения совмещенной задачи заполнения лов и максимального выравнивания графика нагрузки его аналитическое опи-здесь не приводится. Идея алгоритма понятна из рис.4, на котором видно, что нь заполнения провала, определяемый располагаемой средней мощностью пот-елей-регуляторов, отыскивается дихотомической итерационной процедурой, ко-"берет в вилку" этот уровень. Использование такой процедуры позволяет избе-составления и численного решения интегральных уравнений. Насыщенность ее ипными вычислениями упрощает программную реализацию алгоритма за счет :нения стандартных вызываемых подпрограмм.

г^о.З. Алгоритм срвзвякя шал Пих сшнрхшЛ, BiiH7xqsKKii2 графкх ровкий

в) развокорное гвьвтоЕьяие, г) passcxepEas двсхрв— ГГТТД тетаикв. mix.

СЕЫИвТрНЧКИЙ

Плж всяхиетричный, Еинухдеггшй грефиг резкий

а) равномерное гзаЕтовьлие, Ш£к ескгаетритнуй

б) pasBOiiepsaa длскре-твоаизв. па всгк-мегречЕИй

i : [ / j 1Ш1* Ir/

s»»'!)-BÄft)=corjrt

Шсх и BüEjTSAíESirñ греЬзг проазвоанзае

в) раввемерзое гвьятоввезв

б) p&ssouepsas sacrpsTTio usa

Рпс.4. Алгоритм. заполнения провала

а) Дихотомические итерационные процедуры

• 2

Статистический алгоритм параметрического маневрирования электропо бленнем используется как для срезания пиков, так и для заполнения провалов грузки. Тем самым он является универсальным алгоритмом дозированного мане рования электропотреблением и конкретной реализацией свойства квазиэнергоак ности систем электроснабжения. Основывается он на использовании рабочих зон периментально снятых расходных характеристик электроприемников и их режи технологически и территориально обособленных групп (см. рис.1).

"Статистичность" предлагаемого метода дозированного маневрирования элек потреблением заключается в том, что рабочие точки регулирующих электропр ников отыскиваются в пределах рабочих зон их расходных характеристик по од! из алгоритмов статистического моделирования (Монте-Карло). Остановка алгор: происходит по достижении (сверху и снизу) суммарной активной мощности вынуж ного графика нагрузки на данном шаге регулирования. Найденные таким образок бочие точки однозначно определяют параметры технологических процессов, сб живаемых каждым из регулирующих электроприемников. Параметры могут оказа неприемлемыми по условиям физической реализации, либо из -за большого разб их численных значений на соседних шагах регулирования. Поэтому формальны? горитм включает эвристические процедуры смыслового технологического анали: основу которого положена параметризация расходных характеристик. В силу техн нозных свойств систем электропотребления эта параметризация осуществима то экспериментально.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе осуществлено теоретическое обобщение, на основ« торого показана целесообразность расширения научной проблемы управления э; ропотреблением (со стороны энергосистемы) до проблемы режимного взаимодейс электроэнергетической системы с потребителями электрической энергии. О мулирована и решена (при алгоритмическом подходе) важная межотраслевая проб режимного взаимодействия как совокупность последовательно решаемых комшк задач дозированного управления и дозированного маневрирования электропо-лением.

Основные научные и практические результаты диссертации:

1. Введено понятие квазиэнергоактивности как алгоритмически организу энергоактивности, что позволило осознать принципиальную и реальную возмож] ослабления однозначной зависимости графика электропотребления от графика bl.ii продукции.

2. Теоретически доказана и расчетами подтверждена.неуправляемость эле: потребляющей системы со стороны электрогенерирующей (в смысле классиче«:о;

i управления).

3. Сформулирован принцип встречного регулирования графиков активной нагрузи разработан адекватный ему понятийный и математический аппарат, что составило ретическую основу методов и алгоритмов дозированного управления и дозировано маневрирования электропотреблением.

4. Разработаны к внедрены методы, алгоритмы и программы дозированного уп-ления электропотреблением.

5. Разработаны и внедрены методы, алгоритмы и программы дозированного ма-рирования электропотреблением.

6. Разработан статистический алгоритм параметрического маневрирования элект-отреблением и показано, что он является реализацией квазиэнергоактивности.

Объектами внедрения результатов диссертационных исследований являются от-ьные энергосистемы, машиностроительные предприятия и предприятия химической мышленности Беларуси, Северо-Запада и Центра России, а также учебный процесс зной и вечерний форм обучения вузовской специальности 10.04 - электроснабже-(промышленносгь по отраслям). Программная реализация алгоритмов дозирован> управления маневрирования использовалась в задачах сглаживания потребления ^рсов при разработке АСУ Белорусской энергосистемы (в составе ОАСУ гргия"), Республиканской АСУ Беларуси и автоматизированной системы обработка ормации для директивных органов (АСОИДО в составе ОГАС СССР). Согласно актам внедрения экономический эффект от использования результатоз ертационных исследований составил более 400 тыс.руб. (в ценах 1982 г.). По материалам диссертации опубликовано 38 работ. Основное содержание опуб->вано в 24 работах:

1. Сбродов Г.П., Пекелис В.Г. Датчик мощности с контактным выходом // Автовеское управление режимами Белорусской энергосистемы.- Минск: БелИНТИ, ¡.- С. 92-96.

2. Сбродов Г.П. Эвристическая оценка оперативной информации в нормальном !ме энергосистемы // Энергетика.- Минск: БПИ, 1968. - N4.- С. 17-20.

3. Сбродов Г.П. Эвристическая оценка оперативной информации с иерархических гмах управления // Частные задачи автоматизированных систем управления.-:к: НИИЭМП, 1970.-С.68-71.

4. Сбродов Г.П.Алгоритм распределения нескладируемого ресурса// Вопросы магического обеспечения автоматизированных систем планирования и управления,-:к: НИИЭМП, 1983.-С.112-116.

5. Сбродов Г.П..Гончар A.A. Объективное формирование графиков нагрузки пот-гелей-регуляторов 11 Эффективность и качество электроснабжения промышлен-предприятий: Тез.докл.Всесоюз.науч.техн.конф.-Жданов, 1983.С-226-227.

6. Сбродов Г.П., Гончар А.А. Адаптивный контроль режима работы потребите лей-регуляторов // Технико-экономические проблемы оптимизации режимов элект ропотребления промышленных предприятий: Тез.докл.Всесоюз.науч.-техн.конф. Свердловск, 1984,- С.20-22.

7. Сбродов Г.П. Управляемость электропотребления // Научные и прикладны проблемы энергетики.- Минск: БПИ, 1988. - N5.- С. 14-19.

8. Сбродов Г.П. Методы, алгоритмы и средства управления электропотребление // Методы и алгоритмы. - Минск: БПИ, 1988.-ч.1.- 92с.

9. Сбродов Г.П. Активное управление электропотреблением, 1.Теория // Эш ргетика... (Изв.высш.учеб.заведений). -1988. - N4.С. 9-13.

10. Сбродов Г.П. Активное управление электропотреблением, 2.Алгоритмы / Энергетика... (Изв.высш.учеб.заведений). - 1988. - N5.- С. 21-24.

11. Сбродов Г.П. Эквивалентирование в задачах управления электропотре! лением // Энергетика... (Изв.высш.учеб.заведений). - 1989.- N7.- С.8-12.

12. Сбродов Г.П. Управление совмещенным графиком нагрузки на осно: решения системной обратной задачи // Управление и автоматизация проектирован) в электроэнергетических системах: Тез.докл.Всесоюз.семинара "Кибернетика электр энергетических систем".- Челябинск, 1990. - С. 34-35.

13. Сбродов Г.П. Маневрирование электропотреблением при отработке заданно графика нагрузки // Повышение эффективности и качества электроснабжен1 Тез.докл. Всесоюз.научн.-техн.конф.Мариуполь, 1990.- С. 66-67.

14. Сбродов Г.П. Практическая оптимизация режимных энергосберегающих N роприятий // Проблемы энергосбережения.- Киев: Наукова думка, 1991.- N7,- С. 2 28.

15. Сбродов Г.П. "Элементарный учет режимных факторов при распределен ограничений // Экспресс-информация. Средства и системы управления в энергетик М.: Информэнерго.- 1991. - вып.7.

16. Сбродов Г.П. Маневрирование электропотреблением, 1.Положительное р согласование // Энергетика... (Изв.высш.учеб.заведений). - 1991. -N4.- С. 40-44.

17. Сбродов Г.П. Маневрирование электропотреблением, 2.Отрицательное расс ласование // Энергетика...(Изв.высш.учеб.заведений). - 1991.- N5.- С. 38-42.

18. Сбродов Г.П. Маневрирование электропотреблением, З.Энергоактивноые тоды // Энергетика... (Изв.высш.учеб.заведений). - 1991.- N6.- С. 24-28.

19. Сбродов Г.П. Распределение дефицита активной мощности с учетом фо] графиков нагрузки // Энергетика... (Изв.высш.учеб.заведений).- 1991. N7.- С. 40

20. Сбродов Г.П. Энергоактивность и квазизнергоакгивиость // Электроснаб ние промышленных предприятий: Тез.докл.ХН сессии Всесоюз.научн.семи? "Кибернетика электрических систем".Гомель, 1991. - С. 49-50.

21. Сбродов Г.П. Принцип встречного регулирования совмещенных графиков на-|узки // Электроснабжение промышленных предприятий: Тез.докл. XII сессии Все->юз.научн.семинара "Кибернетика электрических систем". - Гомель, 1991.- С. 51-52.

22. Сбродов Г.П. Режимное взаимодействие электроэнергетической системы с этребителями электроэнергии // Энергетика ... (Изв.высш.учеб.заведешш). - 1992.4- С. 3-14.

23. Сбродов Г.П. Российско-французский семинар по тарифообразованию и опла-: труда в энергетике (аналитический обзор) // Энергетика ... (Изв.высш.учеб.заве-:ний и энергообъединений СНГ).- 1992,- N9-10.- С. 93-97.

24. Сбродов Г.П. Малозатратное электросбережение в промышленности // Ус-эвия присоединения потребителей к сетям энергосистем: Материалы конференции. -анкт-Петербург, 1992. -С. 78-81.

Личный вклад:. В публикации 1 диссертанту принадлежат результаты эксперимен-шьного определения характеристик датчика, его промышленной наладки и натурных спытаний. В публикациях 5 и 6 автору принадлежат идеи алгоритмов, их аналитиче-<ое и графическое представления.

Г.П.Сбродов.

Подписано к печати 27/12/93 г. Формат 60/84 /16 Бумага офсетная .Усл. печ. лист. 2,1. Уч.'.изд. л.2,4. Тир. 100 экз. Зак.№594. Бесплатно.

Уласгаж оперативной полиграфии НИЭИ Госэкономплана РБ. /2ишь, г.Минск, ул. Славинского, 1, корп. 1