Введение к работе
Надёжное снабжение электроэнергией является важнейшей составляющей жизнеобеспечения людей, эффективного функционирования общественного производства. Крупные перебои в электроснабжении по масштабам ущерба могут быть причислены к наиболее опасным видам бедствий, наносящим удар по национальной экономике и благополучию людей. Поэтому обеспечение надёжности электроснабжения потребителей требует повышенного внимания при любой форме экономических отношений в обществе.
Проблеме надёжности в электроэнергетике, начиная с 30-х годов двадцатого века, уделялось и уделяется большое внимание как в нашей стране, так и за её пределами. Исследованиями в области надёжности ЭЭС занимались: Г.М. Кржижановский, И. М. Маркович, М.Н. Розанов, Ю.Н. Руденко, Н.И. Воропай, Ю.Б. Гук, И.А. Ушаков, В.Г. Китушин, Ю.Н. Кучеров, Ю.Я Чукреев, Н.А. Ма-нов, Г.А. Волков, В.П. Непомнящий В. А. Обоскалов, Б.В. Папков, Ю.А. Фокин, В.И. Эдельман, за рубежом М.А. Короткевич, Р. Алан, Р. Биллингтон и др.
Надёжность электроэнергетической системы (ЭЭС) - это комплексное свойство ЭЭС выполнять функции по производству, передаче, распределению и электроснабжению потребителей электрической энергией в требуемом количестве и нормированного качества путём технологического взаимодействия генерирующих установок, электрических сетей и электроустановок потребителей. Комплексность свойства состоит во включении ряда единичных свойств, таких как безотказность, восстанавливаемость, долговечность, сохраняемость, устой-чивоспособность, живучесть, управляемость.
Существуют два аспекта надёжности ЭЭС: системная надёжность и надёжность электроснабжения потребителя. Надёжность электроснабжения потребителя - это способность ЭЭС обеспечивать поставку заявленной потребителем в соответствии с договором электроснабжения электрической энергии (мощности) при выполнении потребителем всех договорных технических и коммерческих обязательств, а также при соблюдении поставщиком установленных договорными отношениями с потребителем технических условий поставки в отношении надёжности и качества поставляемой электроэнергии. Надёжность электроснабжения потребителя в значительной степени определяется уровнем системной надёжности, но в то же время зависит от ряда специфических особенностей распределительной системы. Системная надёжность - это надёжность ЭЭС как сложного технического объекта. Фактически, системная надёжность есть надёжность основной структуры ЭЭС, которая включает в себя генерирующие установки ЭЭС и основную, системообразующую сеть ЭЭС, заканчивающуюся узловыми центрами питания локальных распределительных сетей. Таким образом, распределительная сеть в основную структуру не входит. Системная надёжность подразделяется на балансовую и режимную надёжность. В данной работе рассматривается только балансовая надёжность, а именно - способность ЭЭС обеспечивать совокупную потребность в электрической энергии и мощности потребителей с учётом ограничений в виде плановых и неплановых отключений элементов ЭЭС, ограничений на поставку первичных энергоресурсов (далее по тексту под системной надёжностью понимается балансовая
составляющая системной надёжности). Представляется, что без обеспечения балансовой надежности обеспечение режимной надежности не имеет смысла. Балансовая надёжность включает два единичных свойства: безотказность и восстанавливаемость. В принятой РАО «ЕЭС России» в 2004 г. «Концепции обеспечения надёжности в электроэнергетике», разрабатываемой в настоящее время её новой версии и в законе «Об электроэнергетике» говорится, что в новых рыночных условиях необходимо выделение вышеприведенных аспектов: надёжности электроснабжения потребителя и системной надёжности. Очевидно, что далеко не всегда высокая системная надёжность обеспечивает равнозначную степень надёжности электроснабжения конечного потребителя. Именно запросы конечных потребителей должны быть положены в основу требований к надёжности электроснабжения и системной надёжности как в части продукции, так и в части услуг.
На протяжении последних двадцати лет во всём мире активно обсуждается проблема обеспечения надёжности в электроэнергетике в связи с переводом её функционирования и развития в условия либерализованного рынка электроэнергии и мощности. И хотя до реализации декларируемых преимуществ этого рынка, как показывает практика, ещё очень далеко, негативные черты перехода уже проявились со всей очевидностью. И главное место среди них занимает проблема снижения надёжности, чем и вызвано её широкое и всестороннее обсуждение. Конкуренция на рынке энергии ведёт к снижению генерирующих мощностей и пропускных способностей связей. Кроме того, специфика электроэнергетики делает инвестирование в неё рискованным и непривлекательным из-за неопределённости электропотребления в перспективе и длительности реализации проектов развития ЭЭС (от 3-5 до 15-20 лет). Это может усугубить проблему надёжности электроснабжения в отдалённой перспективе.
Как отмечается в «Концепции обеспечения надёжности в электроэнергетике» (2004 г.), среди множества задач обеспечения надёжности важной является задача оценки вклада в надёжность каждого из технологических звеньев ЭЭС: обеспечения электростанций первичными энергоресурсами, генерирования мощности, транспорта электроэнергии и её распределения по потребителям. Решение этой задачи необходимо для того, чтобы определить «узкие» места в цепочке технологических звеньев ЭЭС и произвести синтез надёжности путем гармонизации уровней надёжности исследуемых звеньев.
Таким образом, задача декомпозиции и синтеза системной надёжности ЭЭС, чему посвящается данная работа, с большим основанием следует считать весьма актуальной на данном этапе, поскольку её удовлетворительное решение пока не найдено. Для решения поставленной задачи была разработана методика декомпозиции системной надёжности, определения математического ожидания (м.о.) недоотпусков электроэнергии потребителям из-за ненадёжных связей ЭЭС, гармонизации надёжности звеньев основной структуры ЭЭС. Поставлена и решена задача синтеза сетевой надёжности ЭЭС.
Цель исследования: - разработка методики декомпозиции на технологические звенья и синтеза системной надёжности электроэнергетической системы при планировании её раз-
вития на долгосрочную перспективу. Задачи исследования:
разработка методики декомпозиции системной надёжности (ДСН) ЭЭС;
разработка методики определения м.о. недоотпусков электроэнергии в результате ненадёжной работы связей ЭЭС;
разработка методики гармонизации надёжности звеньев основной структуры ЭЭС;
решение задачи синтеза сетевой надёжности в рамках гармонизации надёжности звеньев основной структуры ЭЭС;
проверка работоспособности предлагаемых методик на тестовых и реальных схемах ЭЭС;
рекомендации по оптимальному развитию основной сети ЕЭС России (на примере предложенной схемы) с учётом фактора надёжности.
Методы выполнения исследований.
При исследовании применялись методы комплексного подхода к решению системных задач, теория надёжности технических систем и ЭЭС, методы вероятностного анализа надёжности, теория оптимизации, новые информационные технологии. При проведении исследований выполнены многовариантные расчёты надёжности на ПВК оценки надёжности больших сложных ЭЭС.
Объект исследования.
Объектом исследования является электроэнергетическая система.
Предмет исследования.
Предметом исследования является свойство надёжности современных больших, сложных ЭЭС, работающих в условиях либерализованного рынка.
Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем:
Предложена методика декомпозиции системной надёжности на надёжность звена генерации и надёжность сетевого звена ЭЭС.
Сформулирована методика анализа взаимосвязи уровней (гармонизации) надёжности генерирующего и сетевого звеньев ЭЭС.
Разработана методика определения м.о. недоотпусков электроэнергии потребителей по причине недостаточной надёжности связей ЭЭС.
Рассмотрено технико-экономическое обоснование решений, принимаемых с целью повышения надёжности ЭЭС.
Положения, выносимые на защиту.
Основные положения методики декомпозиции балансовой надёжности на надёжность генерирующего и сетевого звеньев, определения м.о. недоотпусков электроэнергии потребителей по причине недостаточной надёжности связей ЭЭС, гармонизации уровней надёжности генерирующего и сетевого звеньев ЭЭС.
Результаты анализа и предложения по перспективе развития основной сети (ЕНЭС России) на основе предлагаемой методики.
Практическая ценность. Результаты выполненных исследований целесообразно использовать при оценке надёжности существующей и формирования перспективной структуры ЭЭС. Использование результатов работы будет способствовать повышению качества и достоверности принимаемых решений по
развитию ЭЭС, а также по распределению ответственности и обязанностей субъектов рынка энергии за надёжность. В условиях рынка энергии выполненные исследования окажут помощь в выявлении «узких» мест в системе и обоснованию мероприятий по обеспечению необходимой системной надёжности.
Апробация работы. Положения диссертации неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах, совещаниях и конференциях различного уровня как отечественных, так и зарубежных, в том числе и, прежде всего, на Международном семинаре «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики» (Иркутск, 2008 г.; Санкт-Петербург, 2009 г., Ялта, 2010 г.), а также на:
III международной научно-технической конференции «Энергосистема: управление, конкуренция, образование», (Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008 г.),
международной молодёжной конференции по энергетике «International Youth Conference on Energetics» (Будапешт, июнь 2009 г.),
VI международной конференции «Математические методы в надёжности» (Москва, июнь 2009 г.),
молодёжной конференции «Системные исследования в энергетике» (Иркутск, 2008, 2009, 2010 гг.).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы и двух приложений.
