автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Технико-экономические исследования и выбор оптимальных решений для систем электроснабжения развивающихся стран

РГ5 ОД 2 О ШОН 1994

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

БЕНГЛЛИ САЛИФУ

УДК 621.311.017

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РАЗВИВАЮЩИХСЯ СТРАН

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 199'!

Работа вшгалв."ч!а на кофеДР« вионоыики и организации еиер-гетикн Белорусской государственной политехнической акадеыии.

Научный руководитель - доктор экономических наук.

профессор Яадалко JL П.

Научный консультант - доктор технических наук, старший научный сотрудник. Русаи В. Я

Офищшиьниа оппоненты: доктор технических наук, профессор Короткевмч U.A., кандидат технических наук, профессор Сердашюв К П.

Ведущее предприятие: <<Бвлэкергосахьпроект>>.

Защита состоится <<y1f..f>. икия........1094г, в/?£ часов

. бС .. ьсинут на сшциаливированного совета К 056.02.02 Белоруссии государственной политехнической академии, 220027, г. Uhhck, проспект Скорины, 65. 1

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке Белорусской государственной политехнической акадеыии.

Автореферат ризос-шн <«"^.'.>>. .уА^ОЯ----1Ü94 года.

Учёный секретарь'

специализированного совета Герзааазвич й. IL

©Белорусская государственная поимехнячвская академия, 1994

ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ: Реферируемая работа посвящается вопросам, связанным с развитием системы электроснайженка Мали. Дй<? развивающихся стран развитие энергетики является важной проблемой. От состояния энергетики зависит развитие всего народного хозяйства, улучшение" условий жизни населения, экономическая независимость страны. Поэтому в развивающихся странах большое внимание при создании их материально-технической базы уделяется развитию энергетики.

Производство электроэнергии в Республике Мали возросло с .15 млн. кВт.ч в 1902г. до 250,8 млн. кВт. ч в 1992 году, а суммарная установленная мощность электростанций возросла в 10 раз С с 8 мВт в 1961 г. до 80 мВт в 1992 году). Производство электроэнергии на душу населения составляло в 1392 году всего 25 кВт.ч. Лишь небольшая часть жителей крупных городов использует электроэнергию для бытовых нужд.

Важная роль в осуществлении проблемы электрификации развиваю*

щихся стран принадлежит электрическим сетям. Электрические сети в процессе эксплуатации меняются по многим показателям . Вводятся новые участки линий, растет нагрузка, величина отклонений напряжения у отдельных потребителей выходит за допустимые предела. В сети требуется периодически выполнять некоторые реконструктивные работы с целы) повышения пропускной способности и обеспечения снабжения пот-рюйггеяей энергией соответствующего качества. Поэтому одной из ва*~ инх задач является выбор оптимальной стратегии замены сечений проводов линий электропередач.

В настоящее время в Мали вопросы учета и анэлиоэ статистических данных по отключениям в сетях недостаточно разработаны, а расчетные

показатели надекностл различных элементов еще не получили широкого распространения в практике проектных и эксплуатационных организаций. Поэтому не менее важными являются исследования вопросов надежности электрических сетей.

Реальные процессы развития сетей, как правило, являются динамическими. Поэтому а&сьыа важным является выбор оптимальных решений некоторых.вадач развития сети и, в частности, задач текущего планирования развития сети и выбора оптимального радиуса действия распределительной электрической сети.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ Целью настоящей работы является попытка найти ответы на поставленные вше вопросы и решать сопутствующие им задачи применительно х сетш Мали.

Основные задачи диссертационной работы:

- ретроспективный анализ развития энергетики Мали;

- исследование влияния исходных данных на сечение проводов при статической постановке вадачй;

~ разработка методики расчета и программ для выбора оптимальной стратегии оаиены сечений проводов методом динамического программирования;

- исследование состояния надежности электрической сети и ее структурных характеристик в условиях Республики Мали, установление закономерностей возникновения отказов;

- формулировка общей постановки задачи выбора оптимальной стратегии развития электрической сети Мали,обоснование сооружения разукрупняющей подстанции и разработка методики определения оптимального радиуса действия распределительной электрической сети страны с учетом

роста нагрузок и ущерба от перерыва электроснабжения потребителей.

г

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении поставленных задач использованы аппараты динамического программирования,математической статистики и теории вероятностей, принятия решений. Для исследования надежности использовались материалы компании "Энержн Дв Мали", занимавшейся электрификацией всей страны.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ.- Научная новизна исследования заключается в следующем:

введены уточнения в методику выбора сечения проводов по экономической плотности тока;

- разработана многошаговая процедура перехода от одного сечения к другому при выборе оптимальной стратегии замены сечений проводов методом динамического программирования яа основ» рекуррентного соотношения Беллмана;

- исследованы структурные характеристики электрических сетей Мали и законы их распределения;

- получены корреляционные зависимости между некоторыми параметрами, а также построена структурная модель электрической сети Мали;

- обоснован оптимальный радиус действия распределительной электрической сети Мали с учетом роста нагрузок в ущерба от перерыва электроснабжения потребителей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные в диссертации методы и программа позволяют осуществить оптичальнус стратегию выбора сечения проводов. С помощью дайкой программы можно рассчитать различные варианты развития электрической сети при варьировании исходных данных, тем самым выбрать оптимальный и получить экономический аффект. Полученная структурная модель можэт быть использована для ряда исследований в области электроснабжения потребителей Республики Мяли. Предложенный метод определения радиуса действия сети может быть исполь-

3

¡ю»ан при проектировании для определения оптимальных мовдостей под станций, их количества и др,

АПР05АЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы до-киадьюались и оо'суждались на научна-гехнических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусской государственной политехнической акадс.ли.

СТРУКТУРА И ОБЬЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 88 наименований. Работа изложена на 121 страницах, включающих 83 страницы машинописного текста, иллюстрирована 22 рисунками и 16 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ПЕРВАЯ ГЛАВА включает краткув информацию о состоянии энергетики Мали, здесь особое внимание уделено выбору оптимальной стратегии замены сечения проводов. Подчеркивается,что у многих развивающихся стран, в том чноле и у Мали, нет собственных энергоресурсов , что создает значительные трудности в осуществлении программ социально-экономического развитая. В работе дается анализ электрических сетей Мали. При втом отмечается,что в настоящее время в некоторых городах еае существует напряжение 5.5 кВ . Существующая сеть состоит из множества отрезков с ыалш сечением проводов 7,1 мм2. Из-за значительной протяженности линий и небольших сечений проводов потери напряжения иногда достигав? 1751 , а.потери энергии еще больше -28$; .

В городах Пали много электрических сетей на деревянных опорах . Еще имеется много трансформаторных подстанций на опорах (Н61), которые часто перегружены .Ввиду того ,что в городах много деревьев, воздушные линии часто подвергается повреждениям.

Перед "Экержи Дс Мали", которая занимается электрификацией всей республики Мали, стоят сложные задачи, связанные с выбором вариан-4

тов оптимального развития электрических сетей страны, разработкой мер по снижению потерь энергии, обеспечением надежности и т.д.

Иэ-эа небольших сечений проводов в сетях имеются значительные потери энергии. Ввиду высокой стоимости импортируемого топлива, Республике Мали приходится тратить огромные денежные средства на покрытие этих потерь. Поэтому становится актуальней задачей выбор оптимальной стратегии замены сечений проводов, обеспечивасэдх оптимальное ^соотношение мекду капитальными затратами в электрические сети и величиной стоимости теряемой в них электроэнергии. Причем данная задача должна рассматриваться в динамической постановке, ибо для электрической сети Республики Мали из-за низкого уровня электрификации народйоГо хозяйства сети развиваются интенсивно. В этих условиях возникает задача выбора оптимальной стратегии развития электрической сети,включающей выбор сечений проводов.

В данной работе для выбора оптимальной стратегии замены сечения проводов использован метод динамического программирования, представлявший собой многошаговой процесс принятия реиений на сснове рчкур-, рентных соотношений Беллмана вида:

Зг С Нт ) = Bin | Э^СН^,) + ftCHt.,->-Ht 3 j, Cl)

где 3t_1(HT_J) -минимальные затраты .связанные с развитием сети от

начального состояния Но к состоянию Н t-i -го года ; fr(Hr-—

—>НГ) -затраты,связанные с переходом от состояния Н->-Н .

Стратегия развития сети - это некоторая последовательность состояний Н0- Hj- Hr - Hj, за рассматриваемый период Т. Применительно к нашей задаче состояние линии характеризуется тем или '.огам сечете провода из перечня возможных стандартны:-: значения его для линии данного номинального напряжения. Допустимых стратегий мотет быть очень

много. Наша задача состоит в том. чтобы найти оптимальную, то есть такую, которая обеспечивает минимальные приведенные затраты применительно к критерию оптшалшости шда:

3 + ЧК1 + Ен)Т? ™

где Ен- нормативный коэффициент эффективности капвложений; К £ капвложения в 1-й год ; дС^- изменение годовых эксплуатационных расходов от 1-го года к 1+1-му году,дС^ = С^; Т-расчетный период.

Следует икеть в виду, что в данной работе под эксплуатациЬнныш расходами понимаются расходы, относящиеся только к проводам линии, формально они должны включать в себя амортизационные отчисления, затраты на ремонты и эксплуатационное обслуживание. Размеры этих составляющих затрат в целом по линиям электропередачи известны, однако по отдельным элементам их трудно определить. В нашей задаче условно можно предположить, что затраты «а ремонтно-эксплуатацион-ное обслуживание не зависят от величины сечений проводов. Б составе издержек по проводам можно оставить только амортизационные отчисления, предназначенные для восстановления стоимости проводов по истечении срока их службы. Ясно, что их величина зависит от сечения, так как с сечением связана стоимость провода, которую надо восстановить.

Схему многошагового, процесса решения можно представить в следующем виде.

Затраты для первого шага :

(Ей + Рам).К *

ГД0 7 = -^Э- и « = 1 + Ен;

Р4~ йггруэка в 1-м году; р-удельное сопротивление; т- время мак-

Б

=

а7"1 (33

г

симальных потерь; Здд- стоимость 1кЗт.ч потерь энергии; Г- сечение проводов; соэр- коэффициент модности-. Нагрузка в общем виде представлена какой-то временной функции вида РаС1+ри, где 3 - темя роста нагрузки; Р - начальная мощность.

Выражение СЗ) рассчитывается для всех стандартных значений сечений проводов (ь{"\' ь;5", ь;,0), Ь;7С,)( линий 13 кв.

Рекуррентные соотношения для второго шага запгаутся в следующем виде.

Для первого состояния, характеризуемого сечением .25 мм®, переход возмокен только от этого же состояния в предыдущем году в предположении, что никакой замены не происходит. Тогда будем иметь

ь;»'- с* с4)

Для второго,состояния (Г = 33 мм2) возколко два варианта перехода от 1-го года : Г -

Г35 « Г35"

-»Р^. Для них

запишем

рекуррентные соотношения;

■и;3" = т!п

,139)

Е„[К

(33)

С" Чй,)<4иг(*,,и- к<г5,) +

м г» > ■

_т-г

С 5)

жом проводов с Г = 23 ммг; к!^!'- остаточная стоимость

Здесь К(Э5) - капитальные затраты, связанный с подвеской проводов

ТЕМ

9 .. { ЭК \

демонтируемых проводов.

Для 3-го состояния С Г = 00 тг) возможны три варианта перехода:

^го' Рекуррентные соотношения:

7

р г _

5о' гэв

Г и Р -

50 " 50

ь«« в

ш!п

ь;и,ч

4 ва и'

Т-г

ь;-' ♦ ран. (е«'«. к'38')

КК*:-*?)]^

г. (50> . Ь1 +

(6)

т-г

Аналогично записываются соотношения для других состояний.

Наконец, для последнего шага для состояния, например,? = 50 1Шг, получаем:

■Ч'

(50) _

ш!п

+Ен|к|60>+ - у Рам. К'"') +

1 Гбо гв'

+ Еи(к'*»ч Раы. [К'50' - К*36') *

£7)

Последний шаг сводится к нахождение шшшального вначения иэ следусад функций . Ь^35' . Ь^0' , Ц70' .

Предположим, что минимальное ¡значение функции отвечает суше ь;70\ Это означает, что линия по истечении Т лет выходит на решш нормальной эксплуатации с сечением 70 им2. Чтобы найти оптимальную стратегии получения этого решения, надо осуществить обратный ход.

Идея его сводится к тому, что при осуществлении прямого хода в

памяти ЭВМ вапечатлялось, каким образом из СТ-П-го года мы пришли к оптимальному решение в Г-й год, Если такой переход был 'осуществлен, например, от сечения 50 км2, то ясно, что на отрезке времени Т-1 * Т была произведена замена провода 50 ммг на 70 тг. Далее» движение обратным ходом осуществляем от состояния линии в Т-2 -м году с сечением 70 нмг, для которого оптимальные затраты были равны

Аналогично переходим к Т-3 -иу году и г. д. вплоть до первого.

,"В результате определяется оптимальная стратегия замены сечения проводов на данной, линии. На рис.1 утолщенной лютей покатана оптимальная стратегия замены проводов в течениэ периода времени Т=10лет.

В работе проведено исследование чувствительности пргагамаоных ре-решений по отношении к неопределенной исходной информации. Здесь весьма важно определить степень устойчивости решений в случае изменения исходных параметров. Данная проблема весьма актульна сегодня ввиду непредсказуемого роста цен на материальные и - энергетические ресурсы.

Чувствительность измеряется с помотав производной. Но так как п полной мере нельзя охарактеризовать степень реагирования искомого показателя на изменение исходите данных, то в работе используется показатель эластичности» определяемый как

где Ч- искомый показатель; X - исходный параметр.

Коэффициент эластичности показывает относительное изменение функции У при единичном относительном изменении исходных данных.

Анализ результатов показывает, что различные исходные данные оказывают неодинаковые влияния на оптимальные приведенные затраты. Так, самое большое влияние оказывают начальная мощность и расчетный

9

t«l 2 Э 4

ft-25

Й-Ж

ft-70

Рис.1 Многошаговый процесс для задачи оамгнн сечгкий проводов 6-15 кВ

период .коэффициенты эластичности которых составляет соответственно 1,60 и 1,40 при расчетном периоде Т=10лет .Надо отмотать,что при изменении на V/. нормативного коэффициента эф}ективноста и тоипа роста нагрузки изменение приведенных затрат составляет соответственно 0,174и 0,01985i .что существенно мало по сравнении с другими исходным! данными. Причем коэффициенты эластичности по стоимости цветного материала и темы роста нагрузки увеличиваются по мере увеличения расчетного периода, а для остальных исходных данных снижаются. При значительном изменении исходных параметров ■изменяются по только оптимальные приведенные затраты, но и траектория развития сети.

Вторая глава посвящена кругу вопросов, связанных с проблемой надежности электроснабжения. В экономических расчетах по выбору элементов схем электроснабжения фактор надежности почта всегда отсутствует. Это объясняется тем .что нет достоверной ннформзц2-:и о повреждаемости элементов схем электроснабжения о учетом их характеристик и режимов работы. Официальные статястячесхие данные, как правило, не даст оснований судить о причинах повреждаемости сборудова-вания. Хотя в сельских сетях ведется сбор отчотнвх ыдтерпапов,однако надо отлетать, что йтот объем недостаточен, так как m охбаилаят всего многообразна юзлиэтяческих и других местных условий.

Учитмвзя актуальность данной проблема, задача данного геследова-ния сводится к следуюшш вопросам : исследование состояния налегпости сельских электрических сетей Мали, установление физических закономерностей возншшовиам отказов, разработка ыетодог* расчета надежности сельских электрических сетей при выборе оптимальных схем эяехтроснабхшия .

Все исследования выполнены на основ» широкого использования черо-ятностно-статиспгчеекого метод», который является наиболее

тнвньш, так как учитывает случайный характер и многообразие явлений, характерных для электрических сетей и систем. Повреждение элементов схемы электроснабжения возникают под влиянием случайных факторов (метеорологических, климатических и др.). Характер изменения и числовые характеристики их могут йыть определены лишь в вида статистических или вероятностных (закономерностей.

На основе анализа причин отключений или повреждений и вида гистограммы выдвигается гипотеза о законе распределения, которая проверяется по одному из известных критериев.

Нами йшга рассмотрено и изучено 895 преднамеренных и 2544 аварийных отключений. Статистические данные взяты из архива эксплуатационной компании города Бамако. Анализ показывает, что наибольшее число аварийных отключений приходится на провода (32,9'/.) и на изоляторы С28,45{). Значительная часть откльчений приходится на падения деревьев, повреждение кабаля и набросы (9,750. Большое место занимают отключения из-за неизвестных причин С9,7^5. В отличие от Беларуси, где наиболее частыми причинами аварий являются ветер в гололедно-изморозевые отключения (26,8?0,в Мали, кроме ветра (32,6!<), который вшьгаает падение опор, деревьев и обрыв проводов, надо отметить повреждение изоляции c38.1v,). Если в Беларуси наибольшее количество отключений приходится в июне-июле месяцах, в Мали максимальное число отключений имеет место в марте-апреле. Это объясняется тем что март, апрель и май самые жаркие месяцы года,а с июня до августа-дождливый сезон ^сопровождается сильными ветрами и грозами.

На основании вероятностно-статистического анализа можно сделать вывод,что наибольшее количество отключений, связанных с профилактическими работами,проводигея в марте и апреле перед дождливым сезоном. Большинство работ проводится в дневное время с II до 17 ч. 12

Решающее значение при оценке надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей имеет длительность перерывов. Средняя длительность одного ремонтного отключения линий 6-15 кВ равна 7,4 ч, аварийного - 6,I*. ,

Система электроснабжения любого сельскохозяйственного района характеризуется рядом случайных величин {параметров): протяженностью питающихся распределительных линий, линия низкого напряжения, числом .и мощностью питающих подстанций и трансформаторных пунктов СТПЗ; количеством потребляемой энергии; конфигурацией сети и др.

Определение оснозных параметров надежности сельских электрических сетей необходимо для многих технико-экономических расчетов, как в области планирования и проектирования сельской электрификации, так и в области эксплуатации сетевого хозяйства. На основании их можно планировать сельскую электрификацию, например,уточнить прогноз потребления электроэнергии в зависимости от количества и мощности ТП или проверять плановые задания по строительству потребительских подстанций и линий высокого н низкого напряжения. Сруктуркьге характеристики надежности используются . в расчетах надежности и пропускной способности для определения наиболее вероятных токоэ короткого замыкания и компенсации реактивных токов в сельских электрических сетях.

В работе проведены исследования структурных особенностей и характеристик сельских сетей в условиях Мали. В результате чего были установлены статистические закономерности и законы их распределения, определены параметры сельских электрических сетей, которые необходимы для выбора различных средств повышения надежности и качества электроснабжения Стабл.1].

Всего били рассмотрена 14 питающих подстанций . Средняя мощность подстанции составляет 2000 кВ.А. В среднем на одну подеганцмп

13

Таошца!

b-4

Показатели

ПсЕаеГр число. значений 4.0. среднеквад. отклонение границы доверительного интервала при Р=0,95 плотноль рщв-делеви

-ix-zsW

S.KEA 14 2084 1217 С1700 ; 2468) 0,011е "34

LIOE.KU 55 82 20,1 (17 ; 27) 0,07хе-1'е-"Э "2 2

1о.ч2 58 74 47.2 С 62 ; 86) о.огхе"1'4-'0 х 2

h 25 2,8 1.4 С2.3 ; 3.3) -u-z.as 0,33е з,?

lioJ.KM . 1S8 IS,2 5,5 , С18.2 ; 20) 0,08xe"2'2-1331

L>04 .96 7,7 3.1 С7.1 ; 8,3) 0,07хе"°'26*

LlOo 86 12,1 3,4 СИ,2 ; 13,4) О.ОЗхе"0,17*

28 U,2 3,4 (9,3 ; 12,5) О.ОЗхе-®'"*

1U 29 7,2 1,98 (6,5 ; 7.9) 0,08хе"о,э"

N.. 33 4,32 1,6 (3,7 ; 4,8) 0,9xe*°'s*

by 23 13,6 5,7 (17,4 ;.21,8) O.OSxe-2'1'^3

Ny.* 28 8,2 2,6 (7,2 ; 9,2) 0,2хе-°'ои 32

. Ny.o 24 12.1 3,23 СЮ,8 ; 13,4) 0,13хе"5,<ио * -(х-о,г7)г

lo.ft 53 Q.37 0,11 СО,34 ; 0,4) 1,34е е

l.-c 53 2,83 0,6S С2.74-? 2,9) 0,49е 1,31

Извпветь подстанции

Суммарная протягавность:

сети 15 кЙ

сети 0.4 кВ

¡■отчество лит® .отходящих от подстанции

Протяженность линии 10 кВ,в том числе : магистрали

ответвлений ' Количество ответвле-Е1й. в том числе

простых

сложных Чтсло участков на линии ,в том -числе

на магистрали

на ответвлениях

Цзотягенность ответвления : простого

сложного

1$юдолаэзвз таси. 1

Удельная лоотяженкость линий на ТВ : высокого напряжения ЬиЕЛйп: 1 82 0,68 0,32 (0,5 ; 0,76) -(»-С.7)г 0,7е г -1г-г,е> 0,35е -(»-169,7)1 0,01е т-4 -(1Г-Э8,е)

низкого напряжения Удельная подлость на 1 км линии : высокого напряжения 1 1 :52ЛЙП: 78 ез 2,78 169, 1,27 85,7 С2,5 ; 3.1) С149,3 ; 100)

низкого напряжения Суммарная моаность ТО: на подстанции г /Ьи кЕА иг 53 33,8 2323 13,8 1423 (36,1 ; 41,2) С2131 ; 2307) 0,11с -(«-гзгз* 0.012е 25,1,6 г -11-876)

на линии * Бб 87В 345,2 (732,8 ; 960. О.оге г •(»-г г)

Отношение суммарных мощностей питавших а потоебителъских подстанций 14 1,13 0,63 СО.8 ; 1,5) 0,5е 1'2

Удельная моаность ¡ЕМк

шггапцей подстанции на 1 км линии высокого напряжения Средний радиус охвата сети I.», кы 14 78 185, 8,2 173,2 2,31 (94,5 -,278,1) С7,6 ; 8,7) 0.12е~1гх

Удельное число ТП: на одну подетакцкс 48 32, 24,7 £25.3 ; 39,3 -(*-зг.г>г 0,С£г )

на одну лшшв 52 И 3,74 С3,9 ; 12)

приходится три отходяаих лкнки.

В результате исследования определены двумерные совокупности случайны« величин .которые характеризует конфигураций распределительных сетей. Приведенные нами исследования позволили установить наличие корреляционных связей между различными показателями, некоторые из них приведены низе:

- между протяженностью линий 15 кВ к числом участков не мегкетраяьной части ML16(ny J = 0,41L„ + 4.42;

""у.«У = 0.518^*3.78; ' .

- между протяженностью ответвлений лигай я числом участков н* нях:

^т[пу.о]=0-91.5от+11'1;

На основе полученных корреляционных зависимостей и установленных статистических закономерностей параметров воздушных линий построена вероятностная структурная модель электрической сети, с помоцьп которой можно решать ряд задач, среди которых такие.как исследование режимов работы сетей, расчет усредненных характеристик сельских распределительных сетей,расчет потерь энергии в электрических сетях и ряд других исследований в области электроснабжения сельских потребителей Срис.2).

В третьей главе рассмотрены общие вопросы оптимального развития электрических сетей. Отмечено,что задача оптимизации развития электрической сети состоит в определении оптимальной последовательности мероприятий по увеличение пропускной способности существующей электрической сети, по вводу новых злектросетевых ебьектов с определением их параметров, а также сроков и мест их ввода, обеспечивающих выполнение необходимых технических требования в любой год расоматриваэмо-16

о

эа-че кв

НТК

(Н0

т

о

1 Б

ю

мз

а-те

Л-50

а-эб

Рис.2,Структурная ыодеяь вяектрнческоб сети Республика Мали :

|-1 - РТП 30/15 яЗ (3 - 7П-15/0,4 кВ

2 - длина участкш лннез А-ТО - марки сечений провода

Си -медные сечения провода

о,-»

22Еи \ ней ^

ей 2»»

го периода при кинимальных приведенных ватратах эа весь рассматриваемый период.

Развитие электрической сети во времени можно представить как многошаговый процесс. Оптимизация рассматривается как последовательный Т-шагоаый процесс, в котором решение принимается для каждого шага t. Решение задачи в данной постановке наиболее эффективно с использованием метода динамического программирования.

Для задачи оптимизации системы электроснабжения 15-150 кВ характерна неопределенность части исходной информации. К неопределенной исходной информации относятся в первую очередь динамика электрических нагрузок на 5-10 лет, стоимостные характеристики элементов электрической сети, значение ущербов от перерывов электроснабжения и др.

Как правило, нас реально интересует только ближайший период времени, для которого нужно принимать те или другие практические решения. Остальную часть расчетного периода приходится рассматривать лишь для того, чтобы правильно учесть последействия этих первоочередных реаений,

Во многих задачах под первым игагон должны пониматься первоочередные решения, для обоснования которых, собственно,и ставится вадача. При этой последействия будут представать собой последуюаие решения, который зависят от первоочередных решений и or donee поздних условий развития электрической сети.

Отметим, что в динамических задачах в качестве хоррактяруэдда мероприятий имеются в виду решения, принммавмш яозже по вреиаиа.В связи с этим при постановке задачи выбора первоочередных объектов сроки ввода объектов можно рассматривать как корректирующие мероприятия.

18

Необходимость корректировки связана прежде всего с возможностью изменения информации по сравнению с принятой при разработке перспективных планов. Эти изменения могут быть вызваны следующими причинами:

■- появление новых потребителей, неучтенных ранее;

-отсутствие тех потребителей, которые были предусмотрены при разработке перспехтианой схемы;

- отличие фактического темпа роста нагрузок от принятого при составлении перспективного плана;.

- изменение цен на оборудование, материалы и т.д.;

- отличие фактического объема капиталовложений в строительство электросетей от предусмотренного к перспективной схеме.

В связи с необходимостью уточнения и корректировки схемы развития электрических сетей на стадии текущего планирования возникает потребность а решении оптимизационной задачи, которая Отличается от оптимизации на стадии перспективного планирования. Если в схеме развитая электрических сетей оптимизация направлена главным образом на выбор конфигурации и основных параме!ров сетей и очередности развития сети в целой, то при текущем планировании целью оптимизации является определение конкретных сроков сооружения каждого отдельного объекта. Требуется оценить экономическую эффективность сооружения каждого электросетевого объекта и на этой основе составить список объектов, подлежащих строительству в рассматриваемом году с учетом складывающихся конкретных условий и всех изменений в схеме развития электрических сетей.

С этой целью сформулирована следующая задача: исходя из заданного уровня нагрузки текущего планового года и перечня возможных к сооружении электросетевых объектов 30-150 кВ, выбрать оптимальный текущий план развития сети. При решении данной задачи принимается

л

ограничение по капиталовложениям на электросетевое строительство,

dea разбивки их по видам основных фондов электрических сетей.

Обозначим через п число намечаекых к вводу в текущем плановом

году объектов. Представим целевую функцию в форме аддитивной к

валитем критерия оптимальности в виде: п

пах 1 f1CK13, С9)

д=1 •

где Г^СК^Э- эффект, выраженный либо снижением потерь энергии,либо

повышение« надежности электроснабжения, либо тем или другим вместе й

вызванный сооружением 1-го объекта с параметрами, определяемыми

размером капиталовложений К^. „

Ограничения по капиталовложениям:

I h < V <«»

1=1

На практике требование поставленной задачи сводится к нахождение лииь ответа на вопрос: какие иэ намечаемых объектов должны быть построены в текущем плановом году, а для каких ввод в строй должен быть отсрочек на бслео поздний период без нарушения своевременного удовлетворения всех потребителей необходимей им энергией. 6 то же время для некоторых объектов, которие были предусмотрены в перспективной схеме, может потребоваться необходимость выбора их параметров, при этом их величина должна устанавливаться исходя из

перспективных нагрувок. а не из нагрузок текущего планового года. Эффективность сооружения каждого сетевого объекта определятся по формуле

fjCK,)

■ЕГ--С11)

В работе подробнее дается обоснование сооружения разукрупняющей подстанции. Снижение потерь энергии в результате сооружения раэгру-¿0

оочной подстанции происходит вследствие сокращения протяженности магистральных «ижй 15 кВ.шх ржагрузи. Обозначим через к число действующих подстанций 30 и 13 кВ в рассматриваемом районе электроснабжения, где сооружается разгрузочная подстанция. Если обозначить

потери энергии в районе электроснабжения 1-Я действусцей подстанции

»

до сооружения разгрузочной, а после оооругення -через то экономно потерь энергии в сети 15 кВ поручим в виде: к+1

гЭ = I [йЭ1 - ¿э|]. С125

1=1

Поскольку при сооружении разгрузочной подстанции изменяется и

г

потери энергии в сети 30-150 кВ СбЭ ), то итоговое изменение потерь

энергии выглядит так:

¿3 = 63 ± в'. С13)

Анализ показывает, что главный эффект от сооружения разгрузочной

подстанции представляется, в повышении надежности электроснабжения.

Оценивая повышение надежности в виде снижения ущерба от недоотпусьа

электроэнергии, величину этого ущерба можно определить по формуле к. к' к. к к

& » »„

; (1пЭ1 - * 1\'[ - I У1Эх) + 1'г ( I ПЭ1

1=1 К 1=1 1*41 14с,+1

к; к к

УА-1 УЛ)

СИ)

где ^-симметричная длина фидера,присоединенного к 1-й подстанции,а ^-присоединенного к 2-й подстанции; к,-число трансформаторных подстанций 15 кВ, подключенных к 1-й распределительной линии; к-к^тожа ко 2-й линии; у,- удельный ущерб для 1-го потребителя; »0~ вероят-

I » I »

ность аварийного состояния единицы длины линий 15 кВ. 1,, 1, , 12 ,

21

1г-суммарные длины после сооружения разгрузочной подстанции; Э^-суыдарное электропотребление в пределах 1-го участка.

В работе также предлагается методика обоснования оптимального радиуса действия распределительной электрической сети. Но несмотря на известную условность в определении экономического радиуса, его величина используется для вычисления оптимальных мощностей подстанций, их количества и др. В работе для уточнения расчетов при вычислении экономического радиуса учитываняся колнчество и длительность перерывов в сети, характеризуешь степень надежности систем электроснабжения. Для этого в суммарные затраты на электроснабжение включается стоимость ущерба от недоотпуска электроэнергии. Тогда затраты по передаче я распределению электроэнергии с учетом ущерба определяются следующим уравнением:

ЮпР* ?nP*PtR /3 V S о ' Ft Jt v. Р*

В s- *--Ь-\>-Л iR.+—-+ у, «а

2 К 4 U cos» jt 4 U ccs» 103 4 Rz

где та - составляющая стоимости линии, не зависящая от сечения проводов; 'Р*- коэффициент, учитывающий ежегодные отчисления от первоначальных вложений; R- радиус распределительной сети; ? - коэффициент, характеризующий территориальное возрастание стоимости линии в зависимости от сечения проводов; I- время эксплуатации, лет; U- напряжения распределительной сети* кВ; cos»- коэффициент мощности; J^-плотность тока в проводах s 1юм году; Р^- поверхностная плотность нагрузки в момент времени t, кВт/кмг; т^- постоянная часть стоимости подстанции; У- вероятный народнохозяйственный ущерб за год от перерывов электроснабжения потребителей. Полный ущерб можно выразить как У = У,+ Уг , где У1 и Уг - ущербы от отключений соответственно

питающей и распределительной сетей.

22

У» = 2 У п, ч р^ II =DoqRt (16)

где у - стоимость удер<3а от недоотпуска 1 кВт. ч; п,- количество от-клвчений на единицу длины в год; 1>- среднее время- восстановления питания в питавшей сета ; Бо = 2 п, р01.

' Ущер<5 от отклвчений в распределительной сети моюю определить по формуле

А V п п /ип% Р* ^

(17)

4 у р0 п2 /НГ И1 У г = -р——*-1г . ру& /км .год.

Введем нехоторус постоянную »«дичину, р«внув Ео

где Мо - удельное количество пунктов потребления; г - количество от-хсдяйшх* линий; 1г - среднее время восстановления питания в распреде лительной сети; п2- количество отклочений на единицу длины в год .

Тогда получаем У» = Еойг. (18)

Запишем формулу для заданного расчетного периода Т после интегрирования :

3 =

_ п» Р"

Т

?г>Р* Ра(1+с)т /Т^у» р х 4 /Г"4 и ооэр ^ + 4 I ох* Ю3(1+ Е^1 ~ *

С„ Ч

га™. _

К 1 * -П1....... т + Е К1! ,

4 К2 0

£19)

где }к~ предельная плотность тока в проводах для заданного расчетного периода Т.

Упростш вырааениэ (19), вводя наоторые позгошные ;

к =

т* Ря

-Т ; В

»п Р* Р0(1+£)т /ЗГ ? э р г Р0(1п)^к

4 I со«* Jк

Р*Г

4 и со* Ю'а+Е^1

ПС

Б = 0о дТ ; Е = ЕаТ-

Т;

Наконец получаем уприенное выражение для расчетов: 3 s + СВ + D)R +—^- + Е R2. (20)

Дифференцируя уравнение (20) по Р * приравнивая нулю производную d3/dR, получаем для определения оптимальных значений радиуса уравнение четвертой степени :

2 Е К4 + (В + D)R5 - А R - 3 С = 0, (21)

Рассмотрим конкретный пример для условий: U = 15 kB; р = 0,31 Ом. ммг/кмг; cos» = 0,9; Р0= 1 кВтлсм2; Р*= 0.1; п = 12000руб/ммг;

2,15 А/кмг; 1^=24.10^6; тп= 8,105pyd.; * = 1; Ек=0,12; Р- 1580руб./кВт.ч; с = ЗУ.; t - 2000ч; q,= 4; г = 3; М0= 0,1 шт/кмг;

Решив уравнение С21), получаем R = 19,5 км для условий Республики Мали.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ В работе получены следующие основные результаты, 1. Использование метода динамического программирования дает возможность реализовать обобщенный подход для выбора сечений проводов с учетом возможности их замены на протяжении рассматриваемого расчетного периода, при этом гарантируется получение оптимального решения.

2. Разработанная на основе рэкуррентныз соотношений Беллмана программа на ПЭВМ позволяет определить оптимальную стратегию замены сечений проводов для различных вариаций исходных параметров.

3. Анализ чув ствительности и властичности получаемых решений показывает, что различные показатели оказывают неодинаковое влияние на оптимальные приведенные затраты.Так, самое большое влияние оказывают начальная мощность и продолжительность расчетного периода,

24

коэффициента эластичности которых составляют соответственно 1,60 и 1,4. При значительном изменении исходных данных меняется не только оптимальные приведенные затраты, но и траектория развития сети.

4. Предлагаемая б работе методика исследования надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей на основе вероятностно-статистического метода позволяет изучить причины,характер повреждений и влияние внешних и внутренних факторов на надежность, установить закономерности возникновения отказов и определить показатели надежности в условиях Республики Мали.

5. Полученные в работе показатели надежности сельских электрических сетей отражает конкретные условия Мали и могут быть использованы для определения ущерба от перерыва электроснабжения и для технико-экономического обоснования мероприятий по повышению надежности различных элементов схем электроснабжения.

6. Исследование структурных характеристик сельских электрических сетей и полученные законы их распределения позволяет установить вероятностные зависимости между отдельными характеристиками и построить структурнус иодель сельской электрической сети Мали, которая может быть использована для ряда исследований в области электроснабжения потребителей.

7. В рамках задачи выбора оптимальной стратегии развития электрической сети предложена методика формирования теяуаего плана развития сети на базе корректируешь мероприятий,и б этой связи дано технико-экономическое обоснование сооружения разукрупняющей иоцстан-иии.

8. Разработана методика определения оптимального радиуса действия распределительной электрической сети Республики Мали с учеточ перспективного роста нагрузок и ущерба от перерывов электроснабжения

Р. 5

потребителей.

Основные положения диссертации приведены в двух публикациях:

1. Падалко Л. П., Бенгали Салиф/. Использование метода динамического программирования для выбора оптимальной стратегии замены сечений проводов,-Известия ьысших учебных заведений и энергетических объединений СНГ 1994гН- 5-6.

2. Русая д. И., Бенгали Салифу. Структурные характеристики электрических сетей Республики Мали/ Сб. научных трудов, БелНИИагроэнерго,-Минск. 1994.