автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Выбор и анализ эффективности мероприятий по повышению пропускной способности межсистемных связей в объединенных ЭЭС

На правах рукописи

Боков Денис Геннадьевич

ВЫБОР И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ МЕЖСИСТЕМНЫХ СВЯЗЕЙ В ОБЪЕДИНЕННЫХ ЭЭС

Специальность: 05.14.02 Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2006

Работа выполнена на кафедре электроэнергетических систем

МОСКОВСКОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА (Технического университета) Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Шаров Юрий Владимирович Официальные оппоненты - доктор технических наук

Голуб Ирина Ивановна

Защита состоится " /<?" 2006 г. в час. <30 мин. в аудитории Г - 200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная, 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан "_"_2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.03

к. т. н., доцент Бердник Е. Г.

кандидат технических наук Герих Валентин Ппатонович Ведущая организация - ОАО «ФСК ЕЭС»

ЛооС £ 7425Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В связи с введением либерализованного рынка электроэнергии в Европе и Америке режимы работы многих энергосистем сильно изменились. Введение рынка, различный состав генерирующих мощностей, разные цены на топливо породили разную себестоимость производства электроэнергии (ЭЭ) в разных странах, в результате чего при передаче возникают перегрузки, обусловленные недостаточной пропускной способностью межсистемных связей. В отдельных случаях причиной межсистемных ограничений на передачу ЭЭ могут стать слабость сети и внутренние перегрузки.

Если перегрузки отмечаются регулярно, то необходимо принимать меры по их устранению. Несмотря на то, что физически объединенная энергосистема может работать и без устранения перегрузок, такой режим работы не является оптимальным с точки зрения затрат. Устранение перегрузок позволяет обеспечить лучшую работу системы как с технической так и с коммерческой точки зрения, причем даже если режимы работы системы не сильно изменятся, суммарная экономия средств в масштабах энергосистемы будет значительной.

Так как мероприятия управления перегрузками являются сложными техническими устройствами или организационными схемами, и они связаны с вложением средств, которые впоследствии должны окупиться и принести прибыль, необходимо понять, будет ли выгодным то или иное мероприятие. Для этого необходимо провести комплексный анализ сначала с технической точки зрения, и определить, что принесет каждое мероприятие с точки зрения улучшения управляемости режимов, повышения пропускной способности, улучшения и стабилизации параметров режима. Далее, если мероприятие технически осуществимо, необходимо определить коммерческую выгоду, получаемую при его внедрении.

В связи с тем, что для многих из принимаемых в расчет величин их развитие в будущем либо не определено, либо достоверность прогнозов мала, для правильного представления полученных результатов необходимо вводить элементы теории вероятности как в исходные данные так и в полученный результат.

Опыт зарубежных стран показал, что введение рынка действительно позволило эксплуатировать существующие энергосистемы более экономично, снизить себестоимость ЭЭ у конечною потребителя. Устранение перегрузок приводит к улучшению режимов и дальнейшему снижению затрат на производство ЭЭ. Одновременно повышается надежность и качество электроснабжения. Однако для окончательного заключения об эффективности мероприятий устранения перегрузок необходима комплексная методика их оценки, которая была бы универсальной и не зависела от географического расположения региона, развития сети и генерации, степени открытости рынка ЭЭ, цены на топливо и прочих факторов.

В настоящее время усиление сети часто рассматривается либо только с технической, либо только с коммерческой ¡ремя при

рассмотрении больших энергосистем необходимо рассматривать мероприятия усиления сети комплексно, учитывая как непосредственно сами режимы, так и экономическую эффективность работы системы после внедрения мероприятия усиления сети и повышения пропускной способности. Существующие методы оценки технической и экономической эффективности в полной мере не позволяют сделать такую комплексную оценку из-за различных критериев и самой методики оценки, а также из-за того, что почти все они были разработаны для плановой экономики, и оказываются непригодными в условиях либерализованного рынка. Этот вопрос может быть решен при наличии комплексного метода, который учитывает реальные параметры всех элементов энергосистемы и позволяет сначала определить места с перегрузками в настоящем и будущем, затем выбрать мероприятия усиления сети и устранения перегрузок, сделать оценку мероприятий и приносимую ими выгоду с технической точки зрения, а также учесть статистику прошлых лет, состояние системы в настоящем и вероятностные характеристики величин и параметров, характеризующих работу системы, средне- и долгосрочные прогнозы их развития в будущем. Разработка такого метода на настоящий момент представляется до конца не решенной, и затруднена из-за следующих причин:

- Существующие методики оценки мероприятий по устранению перегрузок в большинстве случаев позволяют сделать оценку мероприятий либо только с технической либо только с экономической точки зрения, а также не в полной мере учитывают особенности либерализованного рынка ЭЭ;

- Результаты различных подходов к оценке мероприятий не могут быть сравнены напрямую, в связи с чем не возможно выбрать наиболее оптимальное мероприятие;

- В исследованиях редко присутствует адекватная оценка чувствительности исходных данных и учет их вероятностных характеристик, что может привести к неправильной интерпретации полученных результатов или их искажению;

- При проведении подобных исследований, как правило, определяется выгода для одного или нескольких участников рынка, но не комплексно в масштабах энергосистемы, что заведомо ведет к локальной, а не общесистемной выгоде.

В последние годы усилия широкого круга специалистов были направлены на решение проблемы обоснования и оценки мероприятий по повышению пропускной способности больших ЭЭС. Особенно значительный вклад в решение данной проблемы внесли отечественные ученые: Воропай Н.И., Кощеев Л.А., Кучеров Ю.Н., Хвощинская З.Г., Шакарян Ю.Г.. Работы зарубежных ученых представлены на международных конференциях и в публикациях CIGRE, IEEE, IEE. Были предложены различные методы и подходы к определению и оценке проблемы повышения пропускной способности сети.

Цели работы

1. Разработать метод для определения максимальных значений пропускной способности линий и сечений, и оценки краткосрочных мероприятий по устранению перегрузок в условиях либерализованного рынка ЭЭ для слаборазвитых и сильно протяженных сетей, сетей с источниками генерации, удаленными от сечений с перегрузками при требуемой достоверности исходных и прогнозных данных.

2. Разработать методику комплексной оценки экономической эффективности краткосрочных мероприятий по повышению пропускной способности и установить зависимость ожидаемой экономии и срока окупаемости этих мероприятий от влияющих на них параметров.

3. Разработать методику определения и оценки долгосрочных мероприятий по устранению перегрузок для сильноразвитых систем с высоко достоверными начальными данными, большими запасами по генерации в системе, при отсутствии внутренних перегрузок в сети рассматриваемых систем с учетом статистики и вероятностных характеристик исходных данных, их погрешности и неопределенности их развития в будущем в условиях либерализованного рынка ЭЭ.

4. Установить зависимость экономической эффективности мероприятий и приносимой ими выгоды от вероятностных характеристик таких величин как интенсивность постройки ВЭУ, развитие нагрузки и изменение цен на топливо.

5. Провести анализ технической и экономической эффективности рассмотренных мероприятий по повышению пропускной способности сети в масштабах энергосистемы в условиях либерализованного рынка ЭЭ.

Методика проведения исследований основана на применении сочетания методов математического моделирования, методов оптимизации (линейное и динамическое программирование), численных методов решения систем нелинейных уравнений, методов теории электрических цепей, теории вероятности и методов статистики.

Достоверность полученных результатов подтверждается применением известных методов и элементов использованных теорий. Достоверность также обусловлена хорошим совпадением полученных результатов расчетов для рассмотренных энергосистем с реальной ситуацией, наблюдаемой в них. Решения о мероприятиях повышения пропускной способности, принятые по ходу работы совпали с решениями, принятыми в реальных энергосистемах в действительности, а предложенные решения для развития энергосистем в будущем на основании той же методики позволяют ожидать подтверждения их правильности и эффективности.

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Предложен способ определения пропускной способности сечений и

межсистемных связей с учетом режима работы системы для

слаборазвитых и сильно протяженных сетей, сетей с источниками

генерации, удаленными от сечений с перегрузками в условиях либерализованного рынка электроэнергии.

2. Предложена методика комплексной оценки эффективности краткосрочных мероприятий по устранению перегрузок, которая подтвердила общую выгодность этих мероприятий.

3. Установлено, что самая слабая связь, полученная при привлечении сингулярного анализа для определения и оценки мероприятий повышения пропускной способности в предельных режимах, может не входить в самое слабое сечение, а самое слабое сечение может быть образовано не самыми слабыми связями.

4. Предложены модели для прогнозирования изменения цен на топливо и нагрузки в долгосрочной перспективе, и учета постройки ветроустановок, которые были использованы в дальнейших расчетах с учетом вероятностных характеристик.

5. Предложен способ определения и оценки долгосрочных мероприятий устранения перегрузок для сильноразвитых систем с высоко достоверными начальными данными, большими запасами по генерации в системе, при отсутствии внутренних перегрузок в сети рассматриваемых систем с учетом статистики и вероятностных характеристик исходных данных, их погрешности и неопределенности их развития в будущем.

Практическая значимость работы

При возникновении перегрузок в сети предложенная методика позволяет объективно выбирать мероприятия повышения пропускной способности и выполнять его комплексную технико-экономическую оценку с учетом статистических данных, прогнозов, данных на стороне генерации, режимов работы системы и рыночных принципов и законов. Она может быть использована как в проектных и научно-исследовательских организациях при выполнении ТЭО проектов, выборе и оценке мероприятий для связей между энергосистемами и частями больших энергосистем, так и в сетевых компаниях для оценки технического и финансового эффекта от них при планировании инвестиций в энергосистему вне зависимости от состояния системы и достоверности исходных данных и прогнозов.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Десятой Международной научно-технической конференции аспирантов и студентов (г. Москва, МЭИ, 2-3 марта 2004 г.), Международной конференции IEEE "Liberalízation and modernization of power systems: congestion management problems" (г. Иркутск, СЭИ СО РАН, 2003 г.) и на заседании кафедры "Электроэнергетические системы" МЭИ 29.03.06.

Публикации

Основные научные положения диссертации изложены в четырех опубликованных работах [1,2, 3,4].

Объём и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 62 наименования, и четырех приложений. Диссертационная работа изложена на 190 страницах текста, содержит 46 рисунков, 41 таблицу.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, приведена общая характеристика и структура работы, сформулированы задачи и цели проведенных исследований, и причины по которым подобные исследования следует выполнять в соответствии с предложенной методикой.

Первая глава посвящена анализу проблемы перегрузок и их устранения в больших энергосистемах. Сформулированы причины необходимости устранения перегрузок. Рассмотрены реальные примеры перегрузок межсистемных связей и последствия отсутствия мероприятий устранения перегрузок, проведен анализ причин их возникновения, а также мероприятий и способов их устранения.

Проведена классификация методов устранения перегрузок по сроку реализации мероприятия и степени перегрузки. В результате проведенного анализа сформулированы задачи исследований, проведенных в данной работе.

Вторая глава посвящена анализу оперативных и краткосрочных мероприятий по устранению перегрузок и повышению пропускной способности межсистемных ЛЭП.

По результатам исследований установлено, что оперативные методы устранения перегрузок слабо решают проблему перегрузок, позволяют лишь избегать их и планировать режим таким образом, чтобы связи не были перегружены. В то же время они не решают проблему повышения пропускной способности связей. Большинство из рыночных методов сводятся к проведению торгов и заключению контрактов таким образом, чтобы потоки мощности, получающиеся по результатам торгов, не превышали предельно допустимые. Данные методы хотя и позволяют предотвратить перегрузки, но не повышают пропускную способность связей и не приводят к той экономии средств на стороне генерации, которая могла бы получиться при повышении пропускной способности связей.

Установлено, что одним из наиболее эффективных оперативных методов устранения перегрузок является координированное межсистемное перераспределение генерации, которое позволяет проводить оптимизацию режима сразу в нескольких энергосистемах и оптимизировать затраты в масштабах объединенных энергосистем. Это мероприятие может быть внедрено в течение короткого промежутка времени, и эффективно использовано как для улучшения режимов и надежности энергосистемы, так и для увеличения прибыли участников рынка, и снижения стоимости электроэнергии у конечного потребителя.

При рассмотрении краткосрочных мероприятий устранения перегрузок принято, что на протяжении всего рассматриваемого промежутка времени (до 5

лет) цены на топливо и значения нагрузки достоверно известны в соответствии с планами, прогнозами и заключенными контрактами, что позволяет не рассматривать вероятностные характеристики этих величин и не учитывать их в расчетах.

В качестве исследуемой системы для опробования предложенной методики оценки краткосрочных мероприятий повышения пропускной способности была взята ОЭС Урала (рис.1).

4475 4782

Рис. 1 Сеть рассматриваемой энергосистемы

На примере данной системы предложена и опробована методика определения пропускной способности сечений с перегрузкой, основанная на расчетах установившихся режимов с утяжелением по заданному сценарию, и применимая для систем со слабыми длинными связями, которые могут стать причиной внутренних перегрузок в системе с малым количеством источников генерации. Эта методика позволяет оценить максимальное значение пропускной способности сечения и выявить линию в составе сечения, которая первой подвергается перегрузке. По полученным значениям пропускной способности сечений, и после определения ограничения, обусловливающего перегрузку, обоснован выбор краткосрочных мероприятий повышения пропускной способности, который заключается в установке одного или комбинации нескольких устройств FACTS. В качестве примера была проанализирована установка СТК в нескольких узлах, электрически близких к сечению с перегрузкой, и УПК в одной и в двух ветвях сечения с перегрузкой. Анализ эффективности этих мероприятий проводился по следующему алгоритму:

- Определение нагрузки как в импортирующей, так и экспортирующей энергосистемах;

- Определение ограничений, в частности предельных по нагреву токов проводов линий, суточных выработок на ГЭС и т.п.

- Расчет режимов с разными комбинациями нагрузок и нахождение предельных режимов, в которых нарушаются ограничения либо перестает существовать режим. Оптимизация проводится по активной мощности с использованием Характеристик Относительного Прироста (ХОП) затрат на производство электроэнергии;

- Определение сечений, в которых наблюдается перегрузка и определение типа перегрузки;

- Определение, какое из мероприятий лучше всего подходит для устранения перегрузки;

- Определение предела по передаваемой мощности с учетом этого мероприятия;

- Оптимизация и расчет режимов с учетом примененного мероприятия устранения перегрузок;

- Комплексная оценка эффективности рассматриваемого мероприятия и выводы по применению этого мероприятия устранения перегрузок.

Проведенная оценка эффективности и полученные результаты свидетельствуют о том, что установка СТК повышает пропускную способность сечений. Увеличение перетока активной мощности по перегруженному сечению 1, образованному линиями 4730-4739, 4730-4741 и 4731-4729, после установки СТК представлено на рис 2.

Рис. 2 Увеличение перетока активной мощности по сечению 1 по сравнению с вариантом без установки СТК при СТК с разной установленной мощностью в различных узлах в зависимости от нагрузки в узле 4290.

пропускной способности

I/■>« ПС

в зависимости от

Полученные результаты свидетельствуют о линейном росте пропускной способности с увеличением установленной мощности СТК вне зависимости от узла его установки. Для рассматриваемой системы коэффициент повышения

. \МВТ/ 1

установленной мощности и узла включения СТК изменяется в пределах от 0,66 до 0,47.

Установка УПК в линии 4730-4741 приносит еще большее повышение пропускной способности чем установка СТК. Увеличение пропускной способности прямо пропорционально степени компенсации УПК. В то же время установлено, что повышение пропускной способности в исходной сети может не увеличиваться при увеличении степени компенсации выше определенного значения.

Определено, что при установке УПК в двух из трех линий сечения с перегрузкой достигается наибольший эффект, и наблюдаемое увеличение пропускной способности примерно в два раза больше, чем при УПК только в одной линии (Табл. 1).

Таблица 1. Повышение пропускной способности сечения 1 в МВт при

Степень компенсации УПК Степень Повышение

в линии 4730-4739 компенсации УПК пропускной

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 в линии 4730-4741 способности, МВт

J 0,1 30 42 74 98 121 0,1 57

I Степень « s г- 3 0,2 52 72 88 113 142 0,2 81

ф о с Ц 63 88 101 131 179 0,3 93

J 0,4 89 107 124 143 199 0,4 99

10,5 113 124 147 169 220 0,5 91

В качестве дополнения к разработанной методике следует методика оценки экономической эффективности рассмотренных мероприятий. Она основана на определении основных экономических показателей с использованием метода чистой приведенной стоимости. В качестве полученных результатов определены срок окупаемости мероприятий и ожидаемая прибыль по окончанию срока их службы.

На рис. 3 показано, за счет чего снижаются суммарные затраты на производство и передачу ЭЭ при увеличении пропускной способности межсистемных связей. Можно установить, что снижение себестоимости и суммарных затрат производства ЭЭ в торговой зоне с высокой ценой будет больше увеличения себестоимости в торговой зоне с низкой ценой. В результате, суммарные затраты в обеих системах уменьшатся.

Проведенные расчеты позволяют установить, что применение устройств FACTS для повышения пропускной способности экономически оправдано. Это подтверждается тем, что полученный срок окупаемости рассмотренных

мероприятий не превышает пяти лет. При условии развития нагрузки, генерирующих мощностей и цен на топливо в соответствии с принятыми предположениями выгоды, приносимая установкой FACTS для устранения перегрузок будет исчисляться миллиардами рублей, а для некоторых вариантов даже десятками миллиардов рублей.

Торговая зона 1 (низкая цена) Торговая зона 2 (высокая цена)

* „ Мощность, [МВт] -. Мощность, [МВт]

Дооопник&льная Дополнительная -

nponyonas- с. х >!наст», трог ickh,.h сгссобнось

Рис. 3 Снижение затрат на производство электроэнергии при увеличении перетока мощности между торговыми зонами

Выполненные исследования позволяют установить, что расчетное снижение себестоимости 1 кВтч при установке FACTS для исследуемой системы будет в диапазоне 0,04-0,07 коп./кВтч при установке СТК, 0,1-0,15 коп./кВтч при установке УПК в одной линии, и 0,25-0,29 коп./кВтч при установке УПК в двух из трех связей сечения с перегрузкой.

Исследования чувствительности полученных результатов к изменению тарифа на ЭЭ, коэффициенту дисконтирования (инфляции) и цены на топливо показали явную зависимость ожидаемой выгоды от этих величин. На рис. 4. приведена зависимость прибыли от тарифа на ЭЭ. Можно установить, что прибыль участников рынка линейно возрастает с ростом тарифа на ЭЭ.

Зависимость прибыли от тарифа на электроэнергию j ■ т - у ■ -.....

12-,

10,8

Прибыль, руб /кВтч 0 '

О,'

о,:

Тариф,руб/кВтч ^

и<м>2 ■02^«с0«-0 Гоо 8^)8 моа-Гвм-Тг, Рис. 4. Зависимость прибыли участников рынка от тарифа на ЭЭ

При рассмотрении зависимости срока окупаемости и ожидаемой прибыли от инфляции можно установить, что при увеличении инфляции с 2% до 10% срок окупаемости мероприятий увеличивается на 40-50% для СТК, и на 5-10% для УПК. При таком увеличении инфляции ожидаемая прибыль в конце срока эксплуатации мероприятия в зависимости от типа FACTS снижается в среднем на 30-40%.

Исследования чувствительности к изменению цены на топливо показали, что при увеличении цены на топливо срок окупаемости будет уменьшаться. Это вызвано тем, что при увеличении цены на топливо снижение себестоимости по сравнению с номинальным режим будет больше, чем в режимах при снижении цены на топливо. При увеличении цены на топливо в два раза срок окупаемости рассмотренных мероприятий уменьшается в среднем в 2 раза для СТК и в 1,6 раза для УПК. Помимо того при изменении цены на топливо от 60% до 140% от цены в исходном режиме снижение себестоимости ЭЭ увеличится с 0,04-0,07 коп./кВтч до 0,06-0,12 коп./кВтч при установке СТК, до 0,19 коп./кВтч при установке УПК в одной линии, и до 0,35 коп./кВтч при установке УПК в двух из трех связей сечения с перегрузкой.

На основании проведенных расчетов установлено, что при принятии в учет ущерба от возможного недоотпуска, возникающего при системных авариях, и затрат на восстановление энергосистемы после системных аварий, внедрение FACTS в энергосистемах будет выгодным, и они окупятся только с точки зрения снижения ущерба.

Третья глава посвящена определению слабых узлов и ветвей в энергосистеме и оценке мероприятий повышения пропускной способности межсистемных связей посредством сингулярного анализа.

Так как сингулярные значения и элементы правых и левых сингулярных векторов представляют собой коэффициенты чувствительности, то на основании их можно определить изменение перетоков мощности по ветвям, наиболее загруженные ветви, а также узлы с критическим значением напряжения. В предельных и близким к предельным режимах разность компонент первого правого сингулярного вектора для слабых ветвей будет близка к значению наибольшей компоненты, поэтому для упрощения анализа без существенной погрешности оценки можно рассматривать сами слабые узлы и примыкающие к ним ветви.

Исследования, проведенные в рассматриваемой энергосистеме показали, что в ней в зависимости от режима есть 5-8 слабых связей. Анализ слабых связей производится в следующей последовательности:

- Определяется, есть ли слабые линии или узлы, которые находятся в радиальных участках сети, отдаленных от межсистемных сечений, и которые могут стать причиной нарушения статической устойчивости или возникновения лавины напряжения в этой части системы. Если таковые есть, то данная часть сети должна быть эквивалентирована таким образом, чтобы данные слабые узлы и ветви не оставались самыми слабыми после эквивалентирования. Это необходимо для

того, чтобы при анализе пропускной способности межсистемных связей ветви, которые являются слабыми, и располагаются далеко от реальных сечений с перегрузками, не влияли на анализ пропускной способности сечений;

- Принадлежат ли слабые ветви как до, так и после эквивалентирования графу сети либо электрически близки к слабым узлам графа;

- Образуют ли несколько слабых ветвей цепочку, если они находятся в одной части сети и близко друг к другу;

- Образуют ли полученные слабые ветви полное сечение, что определяется посредством перебора всевозможных комбинаций из определенных слабых ветвей;

- Если полученные слабые ветви образуют неполное сечение или образуют несколько неполных сечений, то необходимы дальнейшие исследования каждого полученного неполного слабого сечения, например, с помощью расчета установившегося режима;

- Если полученные слабые ветви образуют полное сечение, то его слабость подтверждается расчетом установившегося режима. При утяжелении режима и увеличении перетока по полученному сечению при большой длине линий должна нарушаться статическая устойчивость или возникать лавина по напряжению;

- После определения слабых ветвей и сечений внедряются мероприятия повышения пропускной способности, и определяется усиление сети посредством качественной оценки изменения минимальных сингулярных значений и соответствующих компонент правых и левых сингулярных векторов. При усилении сети соотношение компонент первого правого и левого сингулярного вектора к минимальному сингулярному значению уменьшится.

Расчетным путем было установлено, что при внедрении мероприятий повышения пропускной способности и одновременном перераспределении нагрузки между блоками электростанций необходимо учитывать, что перетоки по сечениям возрастут, и сечения с перегрузкой могут быть полностью загружены после внедрения мероприятий, что говорит о более тяжелом режиме работы данного сечения после введения мероприятий и большем перетоке мощности по нему. С точки зрения сингулярного анализа это может привести к тому, что минимальное сингулярное значение останется примерно прежним или уменьшится после внедрения мероприятия, однако при этом переток мощности по сечению значительно увеличится. Несмотря на то, что в таких случаях сингулярный анализ может не отразить усиление сети, мероприятия будут выгодными с технической точки зрения.

Проведенные исследования показали, что самая «слабая» линия может входить в сечение, которое не будет самым «слабым». Самые слабые узел и линия могут не быть критическим местом в системе, особенно когда рассматриваются межсистемные связи и сечения. При определении

критических сечений необходимо рассматривать всю совокупность слабых связей, полученных по сингулярному анализу. В системе присутствуют также менее «слабые» линии, чем самая «слабая», и они также могут образовывать другие сечения. Несмотря на то, что такое сечение будет включать не самые слабые линии, именно оно может быть самым слабым, и статическая устойчивость при утяжелении режима будет нарушаться в первую очередь по линии, входящей в него. Данный факт еще раз подтверждает справедливость того, что применение сингулярного анализа к большим транснациональным ЭЭС должно быть сделано комплексно с рассмотрением всей энергосистемы, причем при определении сечений с перегрузками необходимо ориентироваться не на самые «слабые» узел и ветвь, а на сочетание всех «слабых» узлов и ветвей, которые могут образовывать сечения

При проведении анализа для обеспечения возможности сравнения полученных результатов необходимо обеспечивать одинаковую размерность анализируемой матрицы Якоби до и после введения мероприятий повышения пропускной способности. Это достигается либо введением в исходную схему фиктивных узлов без генерации и ветви с нулевым сопротивлением либо изменением параметров в исходной системе, что отразит внедрение этих мероприятий. Однако во втором случае при установке УПК невозможно определить напряжения на обкладках УПК, и они могут выйти за допустимые пределы.

Графически результаты проведенного анализа и определения слабых связей для рассматриваемой схемы (рис.1) после ее эквивалентирования показан на рис. 5 и рис. 6.

Граф Е> координатах сингулярных ЬекгтороЬ. сЬязанных с модулями напряжений

Рис. 5. Проекция графа сети рис. 1 в координатах, соответствующих модулям напряжений компонент первого и второго правых сингулярных векторов

Граф Ь координатах оинвуллрных ЬвктороЬ. сЬвзаннык с фазани напрлж&ниа

Рис. 6. Проекция графа сети рис. 1 в координатах, соответствующих фазам напряжений компонент первого и второго правых сингулярных векторов

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в системе есть слабые связи, и они образовывают полное сечение, в которые входят линии 4730-4739, 4730-4741 и 4731-4740. Отношение максимальной компоненты первого правого сингулярного вектора к минимальному сингулярному значению матрицы Якоби в исходном режиме равно 0,14786. Внедрение УПК в линии 4730-4741 со степенью компенсации 0,1 для усиления сети при одновременном перераспределении генерации приводит к тому, что это отношение уменьшается до 0,12133, что свидетельствует об эффективности применения УПК для усиления сети. Однако при увеличении степени компенсации УПК более 0,3 дальнейшего снижения этого отношения не наблюдается, что свидетельствует о нецелесообразности дальнейшего увеличения степени компенсации.

Сингулярный анализ установки УПК в двух из трех линий сечения показал, что минимальное сингулярное значение уменьшается с увеличением степени компенсации УПК (Табл. 2).

Таблица 2. Зависимость изменения минимального сингулярного значения от степени компенсации УПК в линиях 4730-4739 и 4731-4729

Степень компенсации УПК В линии 4730-4739

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

В линии 4731-4729 од 0,15574 0,14585 0,13383 0,11893 0,11717

0,2 0,14674 0,13651 0,12410 0,11464 0,11663

0,3 0,13601 0,12550 0,11263 0,11358 0,11555

0,4 0,12342 0,11253 0,11035 0,11214 0,11428

0,5 0,08220 0,08071 0,08224 0,08401 0,08566

При степени компенсации 0,5 в линии 4731-4729 изменение степени компенсации в линии 4730-4739 не приводит к значительному изменению минимального сингулярного значения, однако это говорит о том, что усиление сети полностью скомпенсировано утяжелением режима сети. Данное утверждение подтверждают расчеты установившихся режимов, которые показали увеличение пропускной способности сечения при степени компенсации 0,5 в линии 4731-4729 и увеличении степени компенсации в линии 4730-4739 (Табл. 1). При установке УПК сразу в две линии отношения значений компонент первого правого сингулярного вектора к минимальному сингулярному значению уменьшились в среднем в 3-4 раза.

В Четвертой главе предложена методика оценки долгосрочных мероприятий повышения пропускной способности и приведен пример ее применения ее применение для устранения перегрузок в западноевропейской энергосистеме иСТЕ в условиях либерализованного рынка электроэнергии. В качестве объекта исследований по данной главе была взять часть иСТЕ, включающая в себя Бельгию, Германию и Нидерланды (рис 7).

Целью исследований по данной главе является анализ развития цен на топливо, нагрузки, а также сооружения электростанций в будущем, анализ потребности в пропускной способности сети иСТЕ, разработка технических мероприятий по увеличению пропускной способности между странами западноевропейской энергосистемы в условиях неопределённости развития рассматриваемых величин, экономическая оценка этих мероприятий с учётом капитальных вложений, затрат на передачу и распределение электроэнергии и погерь в сетях и, в заключение, сопоставление полученных затрат на технические мероприятия с экономией при выработке электроэнергии. Отличие от методики оценки краткосрочных мероприятий заключается в разном сроке рассмотрения, прогнозах, учете вероятностных характеристик исходных данных и статистики. Здесь принимается, что в системе большие запасы по генерации, отсутствуют внутренние перегрузки в сети, сеть сильная и может рассматриваться как один узел с суммарной генерацией и потреблением.

Рис. 7. Исследуемая система

Развитие генерации было принято в соответствии с прогнозным данными. Для таких величин как нагрузка и цены на топливо предложена модель для анализа ретроспективных данных, определения их свойств и составления прогнозов на долгосрочную перспективу, которая основана на применении методов финансовой математики и статистики.

В предложенной модели для нагрузки принимается, что прогноз нагрузки точен как минимум на пять следующих лет. Поэтому стандартное отклонение для первых пяти лет было принято постоянным, а для последующих лет было принято, что оно линейно растёт и его увеличение равно 0,25% от годового прироста нагрузки. В дальнейшие расчеты были приняты следующие значения: ц, ц ± а, ц ± 2сг и и ± Зст, где ¡л - прогнозное значение.

Модель для долгосрочных прогнозов цен на топливо создана на основании анализа ретроспективных данных и анализа погрешности прогнозов. Полученный при применении данной модели прогнозы цен на газ представлен на рис. 8. Прогноз цены на каменный уголь выглядит аналогично.

-* Год

Рис. 8. Прогноз цены на газ и её стандартного отклонения

В связи с логнормальным распределением изменений цены на топливо переход от логарифмических к нормальным значениям выполняется по:

( ) / г?*,2 \

ц = 2, о" ~ 11п —— +1

V ;

После составления прогнозов для нагрузки и цен на топливо были проведены исследования для исходной системы и определены экономические показатели ее работы в исходном режиме.

Так как известно, что сечение между Германией и Нидерландами перегружено, было проведено исследование оценки экономической выгоды от увеличения пропускной способности. Полученные результаты для разных сценариев (рис. 9) свидетельствуют о выгодности ее устранения.

| -«-Базисный сценарий I -»-"Низкая цена на газ" ; -*-' Большая нагрузка"

О 1000 2000 3000 4000 МВт 6000 -► дополнительная пропускная способность

Рис. 9. Кривая насыщения для сэкономленных средств при устранении перегрузки связей между Германией и Нидерландами

В качестве примеров устранения перегрузки была рассмотрена установка фазосдвигающего трансформатора, и постройка новой линии. Результаты расчетов показали, что оба варианта выгодны и позволяют ожидать снижение суммарных затрат на передачу и распределение ЭЭ (Рис. 10).

А Вероятность

0,05

2 3 [Млн.€] 5

—> Суммарная экономия

Рис. 10. Общесистемная экономия на стороне генерации при внедрении долгосрочных мероприятий устранения перегрузок

Проведенный анализ чувствительности результата к интенсивности постройки ветроустановок (ВЭУ) в Германии показал, что интенсивная постройка ВЭУ позволяет ожидать большую экономию средств чем в базисном режиме.

Полученные результаты позволяют установить, что при одинаковых функциях распределения исходных данных велика вероятность того, что функция распределения результатов будет такой же.

На примере проведенных исследований и на основании полученных результатов доказана практическая пригодность метода, разработанного для

оценки долгосрочных мероприятий повышения пропускной способности транснациональных ЭЭС и инвестиций в электроэнергетические системы в условиях либерализованного рынка электроэнергии. Результаты, полученные на основе данного метода, совпадают с решениями, принятыми в действительности сетевыми компаниями Германии и Нидерландов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в работе исследования характеризуются следующими основными результатами:

1. Установлено, что из оперативных мероприятий устранения перегрузок самым оптимальным является координированное управление перегрузками на стадии биржевых торгов.

2. Разработана методика определения пропускной способности и оценки краткосрочных мероприятий повышения пропускной способности с малым сроком реализации для слаборазвитых и сильно протяженных сетей, сетей с источниками генерации, удаленными от сечений с перегрузками при требуемой достоверности исходных и прогнозных данных. При установке FACTS повышение пропускной способности связей может достигать 50% установленной мощности устройства и более.

3. Предложена методика комплексной оценки экономической эффективности краткосрочных мероприятий по повышению пропускной способности и установлено, что ожидаемая прибыль снижается, а срок окупаемости FACTS увеличивается с ростом инфляции, увеличением пен на топливо и снижением тарифа на ЭЭ.

4. Установлено, что при привлечении сингулярного анализа и рассмотрении предельных и близких к предельным режимов необходимо анализировать матрицу Якоби. При этом необходимо обеспечить одинаковую размерность и структуру матрицы Якоби. Доказано, что при поиске самого слабого сечения необходимо рассматривать не только самую слабую связь, но и возможные комбинации из менее слабых связей, так как самая слабая связь не обязательно будет входить в самое слабое сечение, а самое слабое сечение может быть образовано не самыми слабыми связями.

5. На основе разработанных прогнозных моделей предложена методика определения и оценки долгосрочных мероприятий по устранению перегрузок для сильноразвитых систем с высоко достоверными начальными данными, большими запасами по генерации в системе, при отсутствии внутренних перегрузок в сети рассматриваемых систем с учетом статистики и вероятностных характеристик исходных данных, их погрешности и неопределенности их развития в будущем.

6. Установлено, что при одинаковых функциях распределения исходных данных велика вероятность того, что функция распределения результатов будет такой же.

7. Разработанная методика комплексной оценки проблемы перегрузок при межсистемных транзитах и транзитах в больших ЭЭС является универсальной и не зависит от объекта рассмотрения. Она может быть применена на практике

1 гооьй

/ г» „-7 1 25

д^я устранения перегрузок и оценки мероприятий повышения пропускной хпособности как с технической, так и с экономической точки зрения, а также как метод для оценки инвестиций в большие энергосистемы в условиях либерализованного рынка электроэнергии. Ее применение к реальным ЭЭС позволяет оценить возможную экономию средств от внедрения мероприятий по повышению пропускной способности в масштабах энергосистемы.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Т.В. Авакян, Д.Г. Боков, Ю.В. Шаров. Анализ развития межгосударственных электрических связей ОЭС Белоруссии и энергосистемы Польши // Десятая междунар. науч.-тех. конф. студ. и асп. 2- ' 3 марта 2004 г. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл.- 1 М., 2004,- том 3.- С.221-222.

#

2. Боков Д.Г. Анализ и методы повышения пропускной способности межсистемных связей в объединенных энергосистемах. - М., 2006 - Деп. в ВИНИТИ 27.01.06, №82-В2006.

3. Д.Г. Боков, Ю.В. Шаров Разработка метода для анализа способов повышения пропускной способности межсистемных связей // Десятая междунар. науч.-тех. конф. студ. и асп. 2-3 марта 2004 г. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл.- М., 2004,- том 3.- С.224-225.

4. Д.Г. Боков, Ю.В. Шаров. Устранение перегрузок в условиях либерализованного рынка электроэнергии на стадии развития // Конф. ШЕЕ 11-14 августа 2003 г. Либерализация и модернизация энергосистем-Иркутск., 2003. - стр. 102 - 112. (на англ. яз.).

Зак.й Тир./¡?£П.Л./Д подп. в печать Ю-ПЦ МЭИ (ТУ), Красноказарменная ул., д.13

зл

Введение.

Глава 1. Анализ способов и методов устранения перегрузок для ф больших систем и межсистемных связей.

1.1 Современное состояние проблемы проектирования развития ЭЭС.

1.2 Развитие систем и устройств FACTS.

1.3 Рыночные методы по устранению перегрузок.

1.4 Состояние проблемы перегрузок и повышения пропускной способности в России.

1.5 Выводы (постановка задачи).

• Глава 2. Краткосрочное устранение перегрузок, оперативные методы их устранения и оценка экономической эффективности этих методов.

2.1 Общие положения.

2.2 Исследуемая энергосистема.

2.3 Определение пропускной способности сечений в различных режимах работы энергосистем и выявление ограничений на значения пропускной способности.

2.4 Краткосрочные и оперативные методы устранения перегрузок.

2.5 Перераспределение генерации в больших энергосистемах.

2.5.1 Перераспределение генерации в рассматриваемой энергосистеме.

2.6 Применение устройств FACTS для устранения перегрузок связей и сечений.

2.6.1 Применение СТК для устранения перегрузок в рассматриваемой системе.

-32.6.2 Применение УПК для устранения перегрузок в рассматриваемой системе.

2.7 Оценка экономической эффективности перераспределения генерации и применения FACTS для устранения перегрузок.

2.8 Выводы.

Глава 3. Применение сингулярного анализа для анализа, определения и оценки мероприятий по повышению пропускной способности сечений транснациональных ЭЭС.

3.1 Общие положения.

3.2 Применение сингулярного анализа в рассматриваемой системе.

3.3 Анализ полученных результатов и их дополнение с помощью других методов.

3.3.1 Результаты расчетов для рассматриваемой энергосистемы.

3.4 Выводы.

Глава 4. Долгосрочные мероприятия по повышению пропускной способности межсистемных связей.

I 4.1 Состояние вопроса.

4.1.1 Продажа электроэнергии за границу и технические проблемы. ф 4.1.2 Цель исследований.

4.2 Анализ и построение модели.

4.2.1 Построение модели развития системы.

4.2.2 Система выработки электроэнергии.

4.2.2.1 Тепловые электростанции.

4.2.2.2 Гидроэлектростанции.

4.2.2.3 Ветровые энергетические установки.

4.2.3 Методы для определения свойств рассматриваемых величин.

4.2.4 Нагрузка.

4.2.5 Цены на топливо.

4.2.5.1 Цена на газ.

4.2.5.2 Цена на уголь.

4.3 Оптимизация режимов ЭЭС.

4.3.1 Исходные данные для оптимизации.

4.3.2 Метод оптимизации.

4.4 Исследования и расчёты.

4.4.1 Исследование системы.

4.4.1.1 Варианты развития.

4.4.1.2 Структура передачи.

4.4.1.3 Исследование перетоков между Германией, Бельгией и Нидерландами в 2000 году.

4.4.2 Расчёт вариантов.

Р 4.4.3 Базисный сценарий.

4.4.3.1 Базисный вариант.

4.4.3.2 Вариант сооружения линии (Вариант 1).

4.4.3.3 Установка трансформатора с поперечным регулированием (Вариант 2).

4.4.4 Сценарии со слабой и интенсивной установкой ВУ.

4.4.5 Сравнение вариантов и сценариев, оценка результатов.

4.5 Выводы.

Актуальность проблемы

В связи с введением либерализованного рынка электроэнергии в Европе и Америке режимы работы энергосистем сильно изменились. Особенно сильные изменения произошли на межсистемных связях, которые были спроектированы не для регулярных обменов электроэнергией (ЭЭ), а для помощи другим системам при аварии и обеспечения синхронной работы энергосистем различных стран. Введение рынка, открытие возможности передавать электроэнергию, производимую в одной стране, в другую, различный состав генерирующих мощностей, разные цены на топливо породили разную себестоимость производства ЭЭ в разных странах. В результате этого возникли перетоки из стран с низкой себестоимостью в страны с высокой себестоимостью ЭЭ. Так как межсистемные связи не были рассчитаны на такие большие перетоки, то возникают ограничения на передачу, обусловленные недостаточной пропускной способностью межсистемных связей. В отдельных случаях причиной межсистемных ограничений на передачу ЭЭ могут стать слабость сети и внутренние перегрузки линий и оборудования подстанций.

При нерегулярных перегрузках возможны случаи, когда их устранения не требуется. Если перегрузки отмечаются регулярно, то необходимо принимать меры по их устранению. Мероприятия по устранению перегрузок можно разделить на долгосрочные, среднесрочные и оперативные. В зависимости от мероприятия, оно решает либо текущие проблемы, но, как правило, только временно, либо приносит глобальное решение, но срок реализации таких мероприятий исчисляется годами, и требуются большие капитальные вложения. Несмотря на то, что физически объединенная энергосистема может работать и без устранения перегрузок, такой режим работы не является оптимальным с точки зрения затрат. Грамотное устранение перегрузок позволяет обеспечить лучшую работу системы как с технической так и с коммерческой точки зрения, причем даже если режимы работы системы не сильно изменятся, суммарная экономия средств в масштабах энергосистемы будет значительной.

Так как мероприятия по устранению перегрузок являются сложными техническими устройствами или организационными схемами, и связаны с вложением средств, которые впоследствии должны окупиться и принести прибыль, необходимо понять, будет ли выгодным то или иное мероприятие. Для этого необходимо провести комплексный анализ сначала с технической точки зрения, и определить что принесет каждое мероприятие с точки зрения улучшения управляемости режимов, повышения пропускной способности, улучшения и стабилизации параметров режима. Далее, если мероприятие технически осуществимо, необходимо сделать грамотную оценку коммерческой стороны вопроса и определить коммерческую выгоду, получаемую при его внедрении.

В связи с тем, что принимаемые в расчет величины стохастические, и для многих из них развитие в будущем либо не известно, либо достоверность прогнозов мала, для правильного представления полученных результатов необходимо вводить элементы теории вероятности как в исходные данные, так и в полученный результат.

Опыт зарубежных стран показал, что введение рынка действительно позволило эксплуатировать существующие энергосистемы более экономично, снизить себестоимость ЭЭ у конечного потребителя. Устранение перегрузок приводит к улучшению режимов и дальнейшему снижению затрат на производство ЭЭ. Одновременно повышается надежность и качество электроснабжения. Однако для окончательного заключения об эффективности мероприятий по устранению перегрузок необходима комплексная методика их оценки, которая была бы универсальной и не зависела от географического расположения региона, развития сети и генерации, степени открытости рынка ЭЭ, цены на топливо и прочих факторов.

В настоящее время усиление сети часто рассматривается либо только с технической, либо только с коммерческой точки зрения. В то же время при рассмотрении больших энергосистем необходимо рассматривать мероприятия усиления сети комплексно, учитывая как непосредственно сами режимы, так и экономическую эффективность работы системы после внедрения мероприятия по усилению сети и повышению пропускной способности. Существующие методы оценки технической и экономической эффективности в полной мере не позволяют сделать такую комплексную оценку из-за различных критериев и самой методики оценки. Этот вопрос может быть решен при наличии комплексного метода, который учитывает реальные параметры всех элементов энергосистемы и позволяет сначала определить места с перегрузками в настоящем и будущем, затем выбрать обоснованные мероприятия усиления сети и устранения перегрузок, сделать оценку эффективности мероприятий и приносимую ими выгоду с технической точки зрения, а также учесть статистику прошлых лет, состояние системы в настоящем, и вероятностные характеристики величин и параметров, характеризующих работу системы, средне- и долгосрочные прогнозы их развития в будущем. Разработка такого метода на настоящий момент представляется до конца не решенной, и затруднена из-за следующих причин:

- существующие методики оценки мероприятий устранения перегрузок в большинстве случаев позволяют сделать оценку мероприятий либо только с технической, либо только с экономической точки зрения, а также не в полной мере учитывают особенности либерализованного рынка ЭЭ;

- результаты различных подходов к оценке мероприятий не могут быть сравнены напрямую, в связи с чем не возможно выбрать наиболее оптимальное мероприятие повышения пропускной способности;

- в исследованиях редко присутствует адекватная оценка чувствительности исходных данных и учет их вероятностных характеристик, что может привести к неправильной интерпретации полученных результатов или их искажению;

- при проведении подобных исследований, как правило, определяется выгода для одного или нескольких участников рынка, но не комплексно в масштабах энергосистемы, что заведомо ведет к локальной, а не общесистемной выгоде.

В последние годы усилия широкого круга специалистов были направлены на решение проблемы обоснования и оценки мероприятий по повышению пропускной способности больших ЭЭС. Особенно значительный вклад в решение данной проблемы внесли отечественные ученые: Воропай Н.И., Кощеев Л.А., Кучеров Ю.Н., Хвощинская З.Г., Шакарян Ю.Г. Работы зарубежных ученых представлены на международных конференциях и в публикациях CIGRE, IEEE, IEE. Были предложены различные методы и подходы к определению и оценке проблемы повышения пропускной способности сети.

Таким образом, цель данной работы заключается в том, чтобы на основании анализа достоинств и недостатков существующих методов:

1. Разработать метод для определения максимальных значений пропускной способности линий и сечений, и оценки краткосрочных мероприятий по устранению перегрузок в условиях либерализованного рынка ЭЭ для слаборазвитых и сильно протяженных сетей, сетей с источниками генерации, удаленными от сечений с перегрузками при требуемой достоверности исходных и прогнозных данных.

2. Предложить методику комплексной оценки экономической эффективности краткосрочных мероприятий по повышению пропускной способности и установить зависимость ожидаемой экономии и срока окупаемости этих мероприятий от влияющих на них параметров.

3. Разработать методику определения и оценки долгосрочных мероприятий по устранению перегрузок для сильноразвитых систем с высоко достоверными начальными данными, большими запасами по генерации в системе, при отсутствии внутренних перегрузок в сети рассматриваемых систем с учетом статистики и вероятностных характеристик исходных данных, их погрешности и неопределенности их развития в будущем в условиях либерализованного рынка ЭЭ.

4. Установить зависимость экономической эффективности мероприятий и приносимой ими выгоды от вероятностных характеристик таких величин как интенсивности постройки ВЭУ, развития нагрузки и изменения цен на топливо.

5. Оценить возможную экономию средств от внедрения мероприятий по повышению пропускной способности в масштабах энергосистемы на примере реальных ЭЭС.

Методы и средства исследований основана на применении сочетания методов математического моделирования, методов оптимизации (линейное и динамическое программирование), численных методов решения систем нелинейных уравнений, методов теории электрических цепей, теории вероятности и методов статистики.

Достоверность получепных результатов подтверждается применением известных методов и элементов использованных теорий. Достоверность также обусловлена хорошим совпадением полученных результатов расчетов для рассмотренных энергосистем с реальной ситуацией, наблюдаемой в них. Решения о мероприятиях повышения пропускной способности, принятые по ходу работы совпали с решениями, принятыми в реальных энергосистемах в действительности, а предложенные решения для развития энергосистем в будущем на основании той же методики позволяют ожидать подтверждения их правильности и эффективности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен метод определения пропускной способности сечений и межсистемных связей и комплексной оценки эффективности краткосрочных мероприятий по устранению перегрузок с учетом режима работы системы для слаборазвитых и сильно протяженных сетей, сетей с источниками генерации, удаленными от сечений с перегрузками в условиях либерализованного рынка электроэнергии.

2. Установлено, что самая слабая связь, полученная при привлечении сингулярного анализа для определения и оценки мероприятий повышения пропускной способности в предельных режимах, может не входить в самое слабое сечение, а самое слабое сечение может быть образовано не самыми слабыми связями.

3. Предложена методика определения оценки долгосрочных мероприятий по устранению перегрузок для сильноразвитых систем с высоко достоверными начальными данными, большими запасами по генерации в системе, при отсутствии внутренних перегрузок в сети рассматриваемых систем с учетом статистики и вероятностных характеристик исходных данных, их погрешности и неопределенности их развития в будущем.

Практическая значимость работы. При возникновении перегрузок в сети предложенная методика позволяет объективно выбирать мероприятия повышения пропускной способности и выполнять его комплексную технико-экономическую оценку с учетом статистических данных, прогнозов, данных на стороне генерации, режимов работы системы и рыночных принципов и законов. Она может быть использована как в проектных и научно-исследовательских организациях при выполнении ТЭО проектов, выборе и оценке мероприятий для связей между энергосистемами и частями больших энергосистем, так и в сетевых компаниях для оценки технического и финансового эффекта от них при планировании инвестиций в энергосистему вне зависимости от состояния системы и достоверности исходных данных и прогнозов.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические системы» Московского Энергетического Института (Технического Университета).

Основные результаты работы доложены на двух научно-технических конференциях и опубликованы в 4 печатных работах.

- 158-Заключение

1. Установлено, что из оперативных мероприятий устранения перегрузок самым оптимальным является координированное управление перегрузками на стадии биржевых торгов.

2. Разработана методика определения пропускной способности и оценки краткосрочных мероприятий повышения пропускной способности с малым сроком реализации для слаборазвитых и сильно протяженных сетей, сетей с источниками генерации, удаленными от сечений с перегрузками при требуемой достоверности исходных и прогнозных данных. При установке FACTS повышение пропускной способности связей может достигать 50% установленной мощности устройства и более.

3. Предложена методика комплексной оценки экономической эффективности краткосрочных мероприятий по повышению пропускной способности и установлено, что ожидаемая прибыль снижается, а срок окупаемости FACTS увеличивается с ростом инфляции, увеличением цен на топливо и снижением тарифа на ЭЭ.

4. Установлено, что при привлечении сингулярного анализа и рассмотрении предельных и близких к предельным режимов необходимо анализировать матрицу Якоби. При этом необходимо обеспечить одинаковую размерность и структуру матрицы Якоби. Доказано, что при поиске самого слабого сечения необходимо рассматривать не только самую слабую связь, но и возможные комбинации из менее слабых связей, так как самая слабая связь не обязательно будет входить в самое слабое сечение, а самое слабое сечение может быть образовано не самыми слабыми связями.

5. На основе разработанных прогнозных моделей предложена методика определения и оценки долгосрочных мероприятий по устранению перегрузок для сильноразвитых систем с высоко достоверными начальными данными, большими запасами по генерации в системе, при отсутствии внутренних перегрузок в сети рассматриваемых систем с учетом статистики и вероятностных характеристик исходных данных, их погрешности и неопределенности их развития в будущем.

6. Установлено, что при одинаковых функциях распределения исходных данных велика вероятность того, что функция распределения результатов будет такой же.

7. Разработанная методика комплексной оценки проблемы перегрузок при межсистемных транзитах и транзитах в больших ЭЭС является универсальной и не зависит от объекта рассмотрения. Она может быть применена на практике для устранения перегрузок и оценки мероприятий повышения пропускной способности как с технической, так и с экономической точки зрения, а также как метод для оценки инвестиций в большие энергосистемы в условиях либерализованного рынка электроэнергии. Ее применение к реальным ЭЭС позволяет оценить возможную экономию средств от внедрения мероприятий по повышению пропускной способности в масштабах энергосистемы.

1] Richtlinie 96/92/EG des Europaischen Parlaments und des Rates betreffend gemeinsame Vorschriften fur den Elektrizitatsbinnenmarkt, Das europaische Parlament und der Rat des Europaischen Union, Amtsblatt der Europaischen Gemeinschaflten, Nr. L 027, Dezember 1997.

2] Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity (UCTE). Website www.ucte.org

3] Ершевич B.B., Зейлигер A.H., Илларионов Г.А. и др.; Справочник по проектированию электроэнергетических систем под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро- 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.

4] Единая энергосистема России/ Н.В. Лисицын, Ф.Я. Морозов, А.А. Окин, В.А. Семенов - М.: Издательство МЭИ, 1999. - 284 е.: ил.

5] ABB Ltd.

Website www.abb.com

6] Griinbaum, R.; Petersson, E., Thorvaldsson, B.

Improving the performance of electrical grids, ABB Utilities AB, Power Systems, Vasteras, ABB Review 3/2002

7] Rudervall, R.; Charpentier, J., Sharma, R.

High voltage direct current (HVDC) transmission systems. Technology paper review, Energy week 2000, Washington, D.C., USA 2000

8] Siemens AG

Website www.siemens.com

9] ABB Power systems AB pamphlet

765 kV series capacitors: A world's first, Vasteras 2003 Website http://abblibrarv.abb.com/GLOBAL/SCOT/scot221.nsf/VeritvDisplav/9B4 7F57F138BB852C1256FDA003B4D13/$File/Furnas%20A02-0112%20E.pdf

10] Griinbaum, R.; Halonen, M., Ruddin, S.

Power factor: Static VAR compensator stabilizes Namibian grid voltage, ABB Utilities AB, Power Systems, Vasteras, ABB Review 2/2003

11] Reed, G.; Paserba, J.; Salavantis, P.

The FACTS on resolving transmission gridlock, IEEE power & energy magazine, 09/10 2003

12] Griinbaum, R.; Noroozian, M., Thorvaldsson, B.

FACTS - powerful systems for flexible power transmission, ABB Power Systems AB, Vasteras, ABB Review 5/1999

Lemay, J.; Brochu, J., Beauregard, F.

Interphase power controllers complementing the family of FACTS controllers

ABB Systems/CITEQ, Quebec 2000, ABB Review 1/2000

ОАО «ВНИИЭ» Website www.vniie.ru

T.B. Авакян, Д.Г. Боков, Ю.В. Шаров Анализ развития межгосударственных электрических связей ОЭС Белоруссии и энергосистемы Польши // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Десятая междунар. науч.-тех. конф. студ. и асп. 2-3 марта 2004 г. - Москва, 2004, том 3, С.221-222.

Arora, A.; Chan, К., Jauch, Т.; Kara, A.; Wirth, Е.

Innovative system solutions for power quality enhancement, ABB High voltage technologies Ltd., Zurich, ABB Review 3/1998

European Association of Electricity Transmission System Operators Design options for implementation of a coordinated transmission auction, Brussels 2002 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Co-ordinated congestion management. An ETSO vision, Brussels 2002 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators ETSO position on the "Co-ordinated Cost+" cross-border capacity allocation proposal, Brussels 2003 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Outline proposals for a Co-ordinated congestion management scheme based on the ETSO vision, Brussels 2002 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Position paper on congestion management in South-eastern Europe region, Brussels 2003 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Definitions of transfer capacities in liberalized electricity market, Brussels 2001 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Co-ordinated use of power exchanges for congestion management in continental Europe, Brussels 2002 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Evaluation of congestion management methods for cross-border transmission, Brussels 1999 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Reconciliation of market splitting with co-ordinated auction concepts. Technical issues, Brussels 2002 Website http://vyww.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Co-ordinated use of Power Exchanges for Congestion Management Final Report, Brussels 2001 Website http://www.etso-net.org

Yamin, H.; Shahidehpour, S.

Transmission congestion and voltage profile management coordination in competitive electricity markets,

Electrical Power and Energy Systems, Elsevier 2003

European Association of Electricity Transmission System Operators ETSO approves a new cross-border trade system (CBT) for 2003, Which reduces the fee from 1 to 0,5 Euro/MWh, Brussels 2003 Website http://www.etso-net.org

European Association of Electricity Transmission System Operators Co-ordinated Auctioning. A market based method for transmission capacity allocation in meshed networks, Brussels 2001 Website http://www.etso-net.org

Приказ РАО «ЕЭС России» №488 от 19.09.2003 О программе создания управляемых линий и оборудования для них.

Утц Н.Н. Состояние и перспективы развития единой национальной электрической сети ЕЭС России на период до 2012 г.//Электро - 2004. -№6. -С.2-7.

О правилах оптового рынка энергии (мощности) переходного периода: Постановление правительства Российской Федерации №643 от 24.10.2003 г. - М.: Правительство Российской Федерации, 2003 - 33 с.

Об электроэнергетике: Федеральный закон Российской Федерации от 26 марта 2003 г. №35-Ф3. - М.: Государственная Дума РФ, 2003.

Д.Г. Боков, Ю.В. Шаров Разработка метода для анализа способов повышения пропускной способности межсистемных связей // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Десятая междунар. науч.-тех. конф. студ. и асп. 2-3 марта 2004 г. - Москва, 2004, том 3, С.224-225.

Боков Д.Г. Анализ и методы повышения пропускной способности межсистемных связей в объединенных энергосистемах. - М., 2006 — Деп. в ВИНИТИ 27.01.06, №82-В2006.

Методы оптимизации режимов энергосистем / М54 В.М. Горштейн, Б.П. Мирошниченко, А.В. Пономарев и др.; Под ред. В.М. Горштейна. - М.: Энергия, 1981. - 336 е., ил.

37] Григорьев В.А., Зорин В.М. Тепловые и атомные электрические станции: Т 34 Справочник М., Энергоатомиздат, 1982. - 624 с.

38] Федеральная служба по тарифам РФ Website http://www.fst-rf.ru, 2005

39] ЗАО «Росинформуголь» Website http://www.rosugol.ru, 2005

40] Union for the Coordination of Electricity Transmission Interim Report of the Investigation Committee on the 28 September 2003 Blackout in Italy, Website http://www.ucte.org, 2004

41] Yu.V. Makarov, V.I.Reshetov, V.A. Stroev, N.I. Voropai Blackout prevention in the United States, Europe, and Russia // Proceedings of the IEEE, vol. 93, No. 11, November 2005.

42] M.D. Ilic, E.H. Allen, J.W. Chapman, Ch.A. King, J.H. Lang, E. Litvinov Preventing future blackouts by means of enhanced electric power systems control: From complexity to order // Proceedings of the IEEE, vol. 93, No. 11, November 2005.

43] Гамм A.3., Голуб И.И. Сенсоры и слабые места в электроэнергетических системах. Иркутск: СЭИ СО РАН, 1996.-99с.

44] Хорн Р., Джонсон Ч. Матричный анализ. -М: Мир, 1989. -665 с.

45] European Commission, Directorate-General for energy Energy in Europe - European union energy outlook to 2020 Office for official publications of the european communities, Luxembourg 1999.

46] Energy Information Administration

Official Energy Statistics from the U.S. Government Website http://www.eia.doe.gov, 2002

47] Die Europaische Union online Website der EG http://europa.eu.int/comm/energy transport/etif/list of tables.html, 2002

48] D.G. Bokov, Yu.V. Sharov Power systems congestion management in liberalized electricity market at expansion planning stage // Liberalization and modernization of power systems: congestion management problems, The international Workshop IEEE Proceedings August 11-14, 2003 — Irkutsk, p. 102-112.

49] Bundesverband WindEnergie e.V. Website http://www.wind-energie.de

50] J. Hartung, B. Elpelt, K.-H. Klosener

Statistik. Lehr- und Handbuch der angewandten Statistik" 11. Auflage R. Oldenbourg Verlag Munchen Wien, 1998.

51] Sengbusch, К von.

Einfluss von Planungsunsicherheiten auf die Ausbaustrategie von 110-kV-Netzen

Dissertation, RWTH Aachen, Aachen, 2001

52] Hartmann, T.

Modellierung von Preisunsicherheiten bei der Energieeinsatzplanung Institut fur elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, RWTH Aachen, Aachen, 2002.

53] Haubrich, H.-J., Neus H., Krasenbrink В., Schmoller H. Beschreibung zu HERMES

IAEW, RWTH Aachen, Aachen, 2002

54] Haubrich, H.-J.; Zimmer, C.; von Sengbusch, K.; Li, F.; Fritz, W.; Kopp, S. Analysis of Electricity Network Capacities and Identification of Congestion

Final report, Aachen, 2001.

55] RWE AG

Website http://www.rwe.com, 2002

56] E.ON AG

Website http://www.eon.com/, 2002

57] Bundesamtes fur Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Website http://www.bafa.de, 2002

58] Bundesministerium fur Wirtschaft und Technologie Website http://www.bmwi.de, 2002

59] VDEW-Statistik

Verlags- und Wirtschafitsgesellschaft der Elektrizitatswerke m.b.H.-VWEW, Frankflirt am Main, 1998

60] H.-J. Klatt, E. Meller, A. Middelschulte, G. Milojcic, W. Reichel, H.-W. Riemer

Jahrbuch 2001 der europaischen Energie- und Rohstoffwirtschaft Verlag Gluckauf GmbH, Essen 2001

61 ] European Association of Electricity Transmission System Operators Website http://www.etso-net.org, 2002

62] Haubrich, H.-J.

Elektrische Energieversorgungssysteme

Technische und wirtschaftliche Zusammenhange, Skriptum zur Vorlesung "Elektrische Anlagen II"

1. Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity (UCTE). Website www.ucte.org

2. Ершевич B.B., Зейлигер A.H., Илларионов Г.А. и др.; Справочник по проектированию электроэнергетических систем под ред. С.Рокотяна и И.М. Шапиро- 3-е изд., перераб. И доп. - М.:Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.

3. Единая энергосистема России/ Н.В. Лисицын, Ф.Я. Морозов, А.А. Окин, В.А. Семенов - М.: Издательство МЭИ, 1999. - 284 с : ил.

5. Grunbaum, R.; Petersson, E., Thorvaldsson, B. Improving the performance of electrical grids, ABB Utilities AB, PowerSystems, Vasteras, ABB Review 3/2002

6. Rudervall, R.; Charpentier, J., Sharma, R. High voltage direct current (HVDC) transmission systems. Technologypaper review, Energy week 2000, Washington, D.C., USA 2000

8. ABB Power systems AB pamphlet 765 kV series capacitors: A world's first, Vasteras 2003Websitehttp://abblibrarv.abb.com/GLOBAL/SCOT/scot221.nsf/VeritvDisplav/9B47F57F138BB852C1256FDA003B4D13/$File/Furnas%20A02-0112%20E.pdf

9. Grunbaum, R.; Noroozian, M., Thorvaldsson, B. FACTS - powerful systems for flexible power transmission, ABB PowerSystems AB, Vasteras, ABB Review 5/1999-161-

10. Lemay, J.; Brochu, J., Beauregard, F. 1п1ефЬа8е power controllers complementing the family of FACTScontrollersABB Systems/CITEQ, Quebec 2000, ABB Review 1/2000

11. ОАО «ВНИИЭ» Website www.vniie.ru

12. Агога, А.; Chan, К., Jauch, Т.; Kara, А.; Wirth, Е. Innovative system solutions for power quality enhancement, ABB Highvoltage technologies Ltd., Zurich, ABB Review 3/1998

13. European Association of Electricity Transmission System Operators Definitions of transfer capacities in liberalized electricity market, Brussels2001 Website http://www.etso-net.org

14. European Association of Electricity Transmission System Operators Co-ordinated use of power exchanges for congestion management incontinental Europe, Brussels 2002 Website http://www.etso-net.org

15. European Association of Electricity Transmission System Operators Evaluation of congestion management methods for cross-bordertransmission, Brussels 1999 Website http://www.etso-net.org-162-

16. European Association of Electricity Transmission System Operators Reconciliation of market splitting with co-ordinated auction concepts.Technical issues, Brussels 2002 Website http://vyww.etso-net.org

17. European Association of Electricity Transmission System Operators Co-ordinated use of Power Exchanges for Congestion ManagementFinal Report, Brussels 2001 Website http://www.etso-net.org

18. Yamin, H.; Shahidehpour, S. Transmission congestion and voltage profile management coordination incompetitive electricity markets.Electrical Power and Energy Systems, Elsevier 2003

19. European Association of Electricity Transmission System Operators ETSO approves a new cross-border trade system (CBT) for 2003, Whichreduces the fee from 1 to 0,5 Euro/MWh, Brussels 2003 Websitehttp://www.etso-net.org

20. European Association of Electricity Transmission System Operators Co-ordinated Auctioning. A market based method for transmission capacityallocation in meshed networks, Brussels 2001 Website http://www.etso-net.org

21. Приказ РАО «ЕЭС России» №488 от 19.09.2003 О программе создания управляемых линий и оборудования для них.

22. Утц Н.Н. Состояние и перспективы развития единой национальной электрической сети ЕЭС России на период до 2012 г.//Электро - 2004.-№6.-С.2-7 .

23. О правилах оптового рынка энергии (мощности) переходного периода: Постановление правительства Российской Федерации №643от 24.10.2003 г. - М.: Правительство Российской Федерации, 2003 - 33с.

24. Об электроэнергетике: Федеральный закон Российской Федерации от 26 марта 2003 г. №35-Ф3. - М.: Государственная Дума РФ, 2003.

25. Боков Д.Г. Анализ и методы повышения пропускной способности межсистемных связей в объединенных энергосистемах. - М., 2006 —Деп. в ВИПИТИ 27.01.06, №82-В2006.

26. Методы оптимизации режимов энергосистем / М54 В.М. Горштейн, Б.П. Мирошниченко, А.В. Пономарев и др.; Под ред. В.М. Горштейна.- М . : Энергия, 1981.-336 с , ил.- 163-

27. Григорьев В.А., Зорин В.М. Тепловые и атомные электрические станции: Т 34 Справочник М., Энергоатомиздат, 1982, - 624 с.

28. Федералышя служба но тарифам РФ Website http://www.fst-rf.ru, 2005

29. ЗАО «Росннформуголь» Website http://www.rosugol.ru, 2005

30. Union for the Coordination of Electricity Transmission Interim Report of the Investigation Committee on the 28 September 2003 Blackout in Italy,Website http://www.ucte.org, 2004

31. Yu.V. Makarov, V.I.Reshetov, V.A. Stroev, N.I. Voropai Blackout prevention in the United States, Europe, and Russia // Proceedings of theIEEE, vol. 93, No. 11, November 2005.

32. M.D. Ilic, E.H. Allen, J.W. Chapman, Ch.A. King, J.H. Lang, E. Litvinov Preventing future blackouts by means of enhanced electric power systemscontrol: From complexity to order // Proceedings of the IEEE, vol. 93, No.11, November 2005.

33. Гамм A.3., Голуб И.И. Сенсоры и слабые места в электроэнергетических системах. Иркутск: СЭИ СО РАН, 1996.-99с.

34. Хорн Р., Джонсон Ч. Матричный анализ. -М: Мир, 1989. -665 с.

35. European Commission, Directorate-General for energy Energy in Europe - European union energy outlook to 2020Office for official publications of the european communities,1.uxembourg 1999.

36. Energy Information Administration Official Energy Statistics from the U.S. GovernmentWebsite http://www.eia.doe.gov, 2002

37. Die Europaische Union online Website der EGhttp://europa.eu.int/comm/energv transport/etif/list of tables.html, 2002

38. Bundesverband WindEnergie e.V. Website http://www.wind-energie.de

39. J. Hartung, B. Elpelt, K.-H. Klosener „Statistik. Lehr- und Handbuch der angewandten Statistik" 11. AuflageR. Oldenbourg Verlag Munchen Wien, 1998.- 164-

40. Sengbusch, К von. Einfluss von Planungsunsicherheiten auf die Ausbaustrategie vonUO-kV-NetzenDissertation, RWTH Aachen, Aachen, 2001

41. Hartmann, T. Modellierung von Preisunsicherheiten bei der EnergieeinsatzplanungInstitut fur elektrische Anlagen und Energiewirtschaft,RWTH Aachen, Aachen, 2002.

42. Haubrich, H.-J., Neus H., Krasenbrink В., Schmoller H. Beschreibung zu HERMESIAEW, RWTH Aachen, Aachen, 2002

43. Haubrich, H.-J.; Zimmer, C ; von Sengbusch, K.; Li, F.; Fritz, W.; Kopp, S. Analysis of Electricity Network Capacities and Identification ofCongestionFinal report, Aachen, 2001.

44. RWE AG Website http://wwv^.rwe.com, 2002

45. E.ON AG Website http://www.eon.com/, 2002

46. Bundesamtes fur Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Website http://www.bafa.de, 2002

47. Bundesministerium fiir Wirtschaft und Technologie Website http://www.bmwi.de, 2002

48. VDEW-Statistik Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der Elektrizitatswerke m.b.H.-VWEW, Frankflirt am Main, 1998

49. Haubrich, H.-J. Elektrische EnergieversorgungssystemeTechnische und wirtschaftliche Zusammenhange, Skriptum zur Vorlesung"Elektrische Anlagen П"