Полная версия

Главная arrow Техника

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика тематики книги. Электроэнергетическая система (ЭЭС) в условиях рынка имеет двойственную природу. С одной стороны, это техническая система с диспетчерским управлением, цель которой - обеспечить выживание и благосостояние человеческого общества. С другой стороны, это бизнес. Возникает новая цель, новый критерий - прибыль, а технологические критерии отходят на второй план.

У ЭЭС, как технической системы, имеются свои степени свободы, свои критерии. Они используются для обеспечения безопасности, надежности, качества электроснабжения потребителей и экономичности. Связи с внешними субъектами - это оптовая продажа и покупка электроэнергии, покупка топлива и других расходуемых материалов, водопользование и землепользование, привлечение внешних организаций для проведения ремонтов и испытаний, согласование планов развития, начисление зарплаты персоналу, поощрения за соблюдение заданных графиков работы (или штрафы за их невыполнение), строительство и ввод нового оборудования, вынужденное отключение потребителей в затруднительных условиях и т. д.

С другой стороны, ЭЭС выступает как форма бизнеса, главенствующие связи с внешним миром - финансовые. Важнейшими степенями свободы становятся цены на топливо и другие расходуемые материалы и ресурсы, цены на производимые энергию и тепло для потребителей, кредиты, схемы налогообложения. Трудно решаемая задача - это инвестирование в развитие ЭЭС, что усугубляет обеспечение технологических факторов, в частности надежности. Взаиморасчеты субъектов рынка производятся, начиная с фьючерских сделок с упреждением от года и больше и заканчивая спотовыми ценами, соответствующими текущему по- токораспределению.

Теоретически финансовые факторы должны стимулировать улучшение функционирования ЭЭС, оптимизацию по технологическим критериям, т. е. деньги сами выступают в роли диспетчера. Однако реально коммерческие критерии зачастую превалируют в ущерб технологическим критериям. Руководящие кадры-технологи вытесняются экономистами-менеджерами, которые стремятся немедленно получить прибыль и высокие дивиденды за счет сокращения резервов, отказа от инфраструктуры электроэнергетики, игнорирования экологических факторов. ЭЭС выступает как монополист, стремящийся поднять тарифы для потребителей, в конечном счете оплачивающих высокие прибыли. Возникает тенденция снижения общего уровня проектного и эксплуатационного персонала.

Математические модели анализа ЭЭС, включающие технологические переменные и экономические факторы, названы финансово-технологическими моделями. Такие модели позволяют рассматривать взаимное влияние входящих в них факторов, в частности анализ чувствительности. Взаимовлияние осуществляется в основном через электрическую сеть, и его анализ позволяет получить ответы на вопросы, откуда, куда и по какому маршруту передается электроэнергия. Одновременно моделируется процесс образования цены генерации, транспорта и потерь электроэнергии, мощности, обеспечения качества и надежности электроснабжения, стимулирования выполнения диспетчерского управления и других услуг.

В зарубежной литературе процесс определения вклада каждого участника рынка электроэнергии в решение технологических задач и покрытие тех или иных затрат и платежей (снижение потерь электроэнергии) был назван «tracing», буквальный перевод «трассировка», который в русском варианте (возможно, не совсем удачно) был назван по аналогии с почтовыми операциями «адресность».

Либерализация энергетики стала основой изменения области управления в электроэнергетике, называемой торговлей электрической энергией. Конкурентная среда рынков электроэнергии требует широкого доступа к электрической сети, связывающей производителей и потребителей электрической энергии. В этих условиях требуется знать, в какой степени участники потокораспределения используют каждый элемент электрической сети. Для всех участников рынка важна информация о загрузках линий, о вкладе станций в нагрузки потребителей и потери, поскольку она позволяет определить стоимость передачи электроэнергии по сети и стоимость потерянной электроэнергии.

В соответствии с правилом электрического пула в интегрированной системе невозможно оценить пути передачи, количество, а следовательно, и стоимость электроэнергии, переданной от конкретного генератора конкретной нагрузке. Тем не менее в середине 1990-х гг. было показано обратное. В качестве одного из первых методов распределения фиксированных затрат, например по обслуживанию электрических сетей, суммарных технологических потерь или их стоимости использовался метод (pro-rate), не требующий ни расчета потокораспределения, ни знания пути передачи электроэнергии.

Начиная с 1990-х гг. появились подходы к решению проблемы адресности, позволяющие оценить вклад мощности генераторов в нагрузки, перетоки мощности в связях электрической сети и потери мощности, возникающие при такой передаче. Решение проблемы было получено в работах Kirschen, Allan, Strbac, Bialek, Acha, Fuerte-Esquivel в период 1996-1999 гг. Базовым принципом в этих работах было сохранение пропорций между суммой перетоков, вытекающих из узла, и суммой перетоков от отдельных источников, втекающих в узел перетоков.

Первый опыт каждого студента-электрика, связанный с решением задачи адресности, состоит в расчете потокораспределения без потерь по заданным значениям нагрузок в разомкнутой сети или в кольцевой сети, которую принято рассматривать как сеть с двусторонним питанием. В первой задаче студент определяет долю от мощности источника, передаваемую в каждый нагрузочный узел, равную мощности нагрузки, а во второй задаче для нагрузки узла, находящегося в точке потокораздела, - мощности, которые эта нагрузка получает от первого и второго источника.

Желание заменить анализ режима большой ЭЭС анализом режима отдельных ее подсистем привело к появлению работ [5, 32], в которых пути перетоков, текущих от источников к потребителям, ограничиваются точками потокораздела. Вводятся понятия доменов, получающих питание от конкретного генератора. Ветви внутри домена называются внутренними ветвями, а ветви, объединяющие домены, - связями. Вначале выделяются домены и связи, а затем анализ адресности потокораспределения выполняется для каждого домена независимо. Такой метод удобен для большой системы, однако вклад генераторов в перетоки и нагрузки для домена может оцениваться не совсем точно, что, впрочем, может быть уточнено внутри домена. Даже небольшие изменения режима системы, например, направлений перетоков, приводят к изменению размера и формы домена.

Наибольший интерес представляют матричный и графовый алгоритмы адресности, позволяющие получить совпадающие ответы на вопрос о доле мощности, поставляемой источниками как в нагрузочные узлы, так и в любые узлы электрической сети. В этих методах используется информация о потокораспределении, полученная в результате расчета установившегося режима или оценивания состояния. В матричном алгоритме пропорциональное разделение мощностей заложено в процесс расчета потокораспределения с использованием первого закона Кирхгофа, поэтому не требуется предварительно вычислять коэффициенты пропорциональности, как это предлагается делать в алгоритме Януша Бялика [40], имя которого в большинстве ссылок на метод адресности указывается первым. Бялик не только первым предложил матричный алгоритм решения проблемы адресности, но и показал в своих работах эффективность его использования для различных задач электроэнергетики. В ряде публикаций в качестве недостатков этого алгоритма отмечаются обращение матриц большой размерности и связанная с этим возможная потеря точности.

Графовый метод адресности заключается в разрезании контуров электрической сети по точкам потокораздела, в результате чего сложнозамкнутая сеть становится направленным деревом, ориентация ветвей которого определяется направлениями в них перетоков мощностей, токов. Определение путей на таком дереве не требует использования специальных графовых методов. Возникающие в этом алгоритме проблемы при наличии циркулирующих в контурах мощностей, которые отмечаются как основной недостаток алгоритма, могут быть легко решены введением встречной контурной мощности, позволяющей получить точку потокораздела. Еще одним достоинством графового алгоритма стала возможность решать проблему адресности для отдельного источника или отдельной нагрузки, в то время как матричный алгоритм решает ее для всей сети в целом.

При определении путей передачи реактивной мощности с использованием матричного и графового алгоритмов довольно часто возникает необходимость вводить в середине ветви дополнительные узлы с источником или нагрузкой, что является не недостатком, как отмечается в [33], а достоинством, позволяющим увидеть реальные пути передачи реактивной мощности и использовать эту информацию для решения проблемы выбора мест установки в электрической сети компенсирующих устройств.

В работе [33] предлагается решать проблему адресности не для перетоков активной и реактивной мощностей, а для активных и реактивных составляющих токов, что упрощает решение, так как не требует учета потерь. Отмечается еще одно достоинство такого подхода, заключающееся в том, что граф токораспределения не содержит циклов.

Книга имеет два раздела. В первом разделе рассматриваются общие положения адресных расчетов и уделяется внимание следующим вопросам: понятиям; задачам адресности в их инженерному содержанию; требованиям к методам расчетов установившихся режимов ЭЭС; эквивалентированию сети; алгоритмизации.

Адресные расчеты режимов. Понятие адресности поясним как смысловое. Используем общепринятые понятия: система, узлы и связи. Связи всегда целевые, и по ним идут потоки (материальные и нематериальные). Имеются трассы этих потоков.

Адресность расширяет совокупность информационно-управленческих свойств ЭЭС, проявляющихся в процессе управления, таких как управляемость, наблюдаемость, идентифицируемость, чувствительность.

Адресность - это способность электроэнергетической системы передавать по транспортной сети избыточные ресурсы от узлов- источников к узлам-потребителям. При этом в качестве ресурсов могут выступать электроэнергия, мощность, потери мощности, токи, финансово-технологические потоки.

Актуальнстъ адресных расчетов. В энергетике с 1992 г. функционирует электроэнергетический рынок, и это привело к изменению организационной структуры, практических и научных методов управления энергетическими предприятиями. Остановимся на некоторых изменениях, которые важны для тематики данной книги, и рассмотрим только дезинтеграцию управления режимами и энергетическими балансами.

Дезинтеграция управления режимами. Те разработки, которые выполнялись много лет в энергосистемах СССР, основывались на положении о единстве энергетики, как области промышленности страны, и они уже устарели. В настоящее время единства нет, и требуется переход «от общего к частному». Созданы предприятия различного назначения, имеющие хозяйственную самостоятельность (полную или частичную): энергосистемы, генерирующие и сетевые компании; сбытовые компании; ремонтные предприятия, обслуживающие фирмы и др. У всех свои цели, интересы, и при этом изменяются задачи (частично), принципы и методы их решения. Существующие сейчас методы управления это учитывают, но далеко не полно.

Энергетические балансы и их связь с адресностью. Энергетические балансы - это центральное звено деятельности энергетики. От них зависит эффективность энергетики. Общая эффективность включает три компонента: производство, транспорт и потребление, причем это не простая сумма, а взаимозависимая, и все связи между эффективностью и ее задачами нелинейные. Действительно, балансы имеют общий и дезинтегрированный вид.

Конечно, методы расчетов балансов и их оценки различаются. Задача расчета балансов в энергетике традиционная, и она разрабатывается десятилетиями. Чаще она имеет наименование - оптимальное распределение нагрузки в системе. Однако в адресной постановке, когда надо выявить связи отдельных станций с отдельными потребителями, разработок мало и они не доведены ни до промышленных программ расчетов, ни до внедрения.

Сейчас энергетика - сфера бизнеса, и это требует конкретных знаний по продажам и покупкам, так как на их основе строится бизнес-процесс.

Адресных задач много, например следующие.

  • • Кто производит мощность и электроэнергию?
  • • Кто транспортирует мощность и электроэнергию к потреби- телю-покупателю?
  • • Какой объем мощности и электроэнергии требуется индивидуальным потребителям? Отметим, что термин «потребитель» относится и к индивидуальному лицу, и к обобщенному потребителю (городу, промышленному объекту, тарифной группе) и др.

Математической основой решения этих задач служат методы расчета установившихся режимов электрических систем, или методы расчета режимов сети. Для адресных результатов необходимо иметь потокораспределение, что выдвигает определенные требования к таким расчетам. В имеющихся программах расчетов установившихся режимов ЭЭС часто таких блоков нет.

Во втором разделе даются основы алгоритмизации расчетов режимов систем. В нем представлены матричный и графовый алгоритмы адресности, позволяющие определить вклад активной и реактивной мощности генераторов в нагрузки; величину и пути передачи мощности из генераторных узлов в нагрузочные узлы; потери мощности, возникающие при ее передаче. Проанализирована проблема выделения циркулирующих в контурах мощностей, препятствующих использованию графового алгоритма. Приведены многочисленные примеры решения задач адресности.

Кроме того, проанализированы задачи, решение которых основано на использовании алгоритмов адресности. К ним относится задача определения затратных узловых цен, базирующихся на заявленных станциями затратах на выработку электроэнергии, маргинальных узловых цен и их составляющих, узловых цен, учитывающих затраты на обслуживание сети. Проанализирована задача использования информации об адресности перетоков для определения основных поставщиков электроэнергии крупного завода, для выделения в электрической сети слабых связей и сечений. Приведено сравнение метода адресности с другими методами адресных расчетов при оценке вклада генераторов и нагрузок в потери мощности.

Анализируемые в данном разделе алгоритмы адресности принадлежат авторам А.З. Гамму и И.И. Голуб, они отличаются от алгоритмов, предложенных в работах [40] и [33], хотя в их основу также положен принцип пропорционального разделения мощностей. Работа алгоритмов проиллюстрирована на тестовых примерах, позволяющих сравнить матричный и графовый алгоритмы. Рассмотрен большой перечень задач, решение которых может быть получено с использованием метода адресности, что и послужило основанием назвать этот раздел «Адресность как новый инструмент расчета нормальных режимов энергосистемы». Перечень задач, для решения которых использовался метод адресности, шире, чем приведенный в данной работе, поэтому авторы сочли целесообразным привести дополнительно хронологический список работ, в которых они использовали этот метод.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>