Оптимальное управление нагрузками электропотребителей энергосистем

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире ведущую роль играют исследования, направленные на сокращение расхода энергоресурсов при производстве, передаче и распределении электроэнергии. Уплотнение графика нагрузки улучшает технико-экономические показатели производства электроэнергии и дает возможность обеспечения новых потребителей электроэнергией без строительства дополнительных электростанций. «В развитых странах признано, что мероприятия по выравниванию графиков нагрузок в условиях максимальной нагрузки требуют в 3 раза меньше затрат, чем ввод в эксплуатацию новых станций»1. В этом отношении исследования, направленные на повышение энергоэффективности посредством оптимального управления графиками нагрузок регулируемых электропотребителей при планировании краткосрочных режимов энергосистем, имеют важное значение. В мире особое внимание уделяется разработке математических моделей и алгоритмов решения задач определения рациональных электрических нагрузок потребителей для обеспечения оптимальных режимов работ самих электроэнергетических систем. В этом направлении, в частности, уделяется особое внимание научно-исследовательским работам, нацеленным на разработку алгоритмов планирования краткосрочных режимов энергосистем с учетом оптимального управления нагрузок электропотребителей, оптимизацию при этом потоков мощностей между системами, входящими в межгосударственные энергобъединения, учету электростанций с ограниченным запасом первичных энергоресурсов и сетевого фактора. В настоящее время в нашей республике особое внимание обращается на качественное развитие энергетической отрасли и повышение техникотехнологического уровня отрасли на основе современных требований. В этом направлении, в частности, ведутся работы по разработке необходимых алгоритмов расчета для планирования краткосрочных режимов энергосистем, эффективных по экономичности, надежности и качеству. Вместе с тем одной из важных задач является ведение научно-исследовательских работ, направленных на создание алгоритмов уменьшения расходов топлива за счет оптимизации нагрузок регулируемых потребителей при планировании краткосрочных режимов энергосистем. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 годы предусмотрено «...сокращение энергоемкости и ресурсоемкое™ экономики, широкое внедрение в производство энергосберегающих технологий, расширение использования возобновляемых источников энергии, повышение производительности труда в отраслях экономики...»2. Одной из актуальных проблем в выполнении этих задач является разработка эффективных алгоритмов оптимизации нагрузок потребителей и потоков мощностей между системами в межгосударственных энергообъединениях, учету при этом станций с ограниченным запасом первичных энергоресурсов и сетевого фактора. Данное диссертационное исследование служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан №УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Постановлениях Президента Республики Узбекистан №ПП-2343 от 5 мая 2015 года «О Программе мер по сокращению энергоемкости, внедрению энергосберегающих технологий в отраслях экономики и социальной сфере на 2015-2019 годы» и №ПП-3012 от 26 мая 2017 года «О программе мер по дальнейшему развитию возобновляемой энергетики, повышению энергоэффективности в отраслях экономики и социальной сфере на 2017-2021 годы», а также в других нормативноправовых документах, принятых в данной области. Цель исследования заключается в разработке математической модели и алгоритмов решения задач оптимального планирования краткосрочных режимов энергосистем с управлением нагрузкой электропотребителей и учетом режимных и технологических ограничений. Научная новизна исследования заключается в следующем: разработана математическая модель задачи оптимизации нагрузок электропотребителей при планировании краткосрочных режимов энергосистем; разработан алгоритм оптимального планирования краткосрочных режимов энергосистем с управлением нагрузкой электропотребителей и учетом режимных и технологических ограничений; создан алгоритм учета электростанций с ограниченным запасом первичных энергоресурсов при оптимальном планировании краткосрочных режимов энергосистем; разработан алгоритм учета сетевого фактора при оптимальном управлении нагрузкой электропотребителей. Заключение Обобщая результаты исследований, относящиеся к данной диссертации, можно сделать следующие выводы: 1. На основе исследования существующих положений разработана математическая модель задачи оптимизации нагрузок регулируемых электропотребителей при оптимальном планировании краткосрочных режимов энергосистем. В результате создана возможность математического описания задачи оптимального режима энергосистемы в условиях управления нагрузкой электропотребителей с высокой точностью. 2. На основе градиентного метода оптимизации разработаны алгоритм и программа оптимального планирования краткосрочных режимов энергосистем с управлением нагрузкой электропотребителей. В результате создана возможность определения оптимальных нагрузок расчетных электростанций и регулируемых электропотребителей с учетом режимных и технологических ограничений и обеспечения на их основе эффективных режимов работ энергосистем в допустимой области. 3. Разработан алгоритм оптимизации перетоков мощностей по мсжсистсмным линиям электропередачи при планировании краткосрочных режимов энергосистем, входящих в межгосударственные энергообъединения. В результате создана возможность определения оптимальных потоков мощностей по межсистемным линиям, выгодных для обеих энергосистем. 4. Созданы математическая модель задачи и алгоритм учета электростанций с ограниченным запасом первичных энергоресурсов. Результаты дали возможность определения и обеспечения экономичных режимов работ энергосистем, содержащих станции с ограниченным запасом первичных энергоресурсов. 5. Предложен алгоритм оптимизации режимов энергосистем с учетом простых и функциональных ограничений в виде неравенств в условиях вероятностного характера исходной узловой информации. В результате создана возможность оптимизации с высокой точностью краткосрочных режимов энергосистем с учетом ограничений в виде неравенств в условиях вероятностного характера нагрузок электропотребителей. 6. На основе усовершенствования существующих алгоритмов разработаны эффективный алгоритм и программа учета сетевого фактора при оптимальном планировании краткосрочных режимов энергосистем с управлением нагрузкой электропотребителей, основанные на перестройку зависимостей относительных приростов потерь от мощностей узлов с расчетными станциями и регулируемыми электропотребителями. В результате создана возможность определения оптимальных краткосрочных режимов энергосистем с учетом сетевого фактора в условиях управления нагрузкой электропотребителей. 7. Результаты исследования внедрены в Национальном диспетчерском центре АО «Узбекэнерго» для оптимального планирования суточных режимов энергосистем с управлением нагрузкой регулируемых электропотребителей. В результате научных исследований создана возможность сбережения 63,6 тонн условного топлива за сутки. Общий экономический эффект от внедрения математической модели и алгоритма решения задачи оптимального управления нагрузками регулируемых электропотребителей составил 146 млн. сумов за квартал.