Введение к работе
Актуальность проблемы. Основные проблемы технического прогресса Монголии неразрывно связаны с развитием топливно-энергетической промышленности, играющей ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйства, широким внедрением новой техники и технологии в условиях рыночной экономики. Важное значение в дальнейшем развитии как топливно-энергетического комплекса в целом, так и электроэнергетики, отводится энергосберегающей политике, составной частью которой является снииение потерь электроэнергии в электрических сетях электроэнергетических систем (ЭЭС). Эта задача в современных условиях функционирования ЭЭС Монголии приобретает особую актуачьность ввиду имеющихся объективных тенденций к росту этого показателя, вызванных дальнейшей концентрацией производства, распределения и потребления электроэнергии. В этих условиях особенно важной является задача расчета и анализа потерь энергии в электрических сетях, которую -следует рассматривать, как составную часть системного анализа ЭЭС.
В настоящее время все трудности решения этой задачи обусловлены сложностью и спецификой электроэнергетической системы, многомерностью параметров, недостаточной строгостью математического описания протекающих в ней процессов, неполной информации и нечетким (расплазчатым) заданием рекимных параметров о состоянии ЭЭС. В связи с этим разработка современных методов'расчета л мероприятий по снижению технологических потерь, электроэнергии в электрических оетях является весьма актуальной и требует скорейшего решения.
Эффективным подходом к задаче определения оптимальной величины потерь электроэнергии в электрических сетях, поиска методов и технических решений для их снижения является учет основных свойств электроэнергетических систем, как сложных систем кибернетического типа. При этом решение вопросов управления электроэнергетическими системами рассматривается с использованием теории больших систем и системного подхода.
Широкое развитие л внедрение в электроэнергетике персональных, компьютеров и внедрение системы автоматизированного диспетчерского управления ('АСДУ) выдвигают новые требования к разработ-7со математического обеспечения системы управления, используемого в реатьном времени. К шстуальннм научным разработкам, имеющим
важное практическое значение, относится создание и совершенствование моделей, методов и алгоритмов оперативного контроля и управление уровнем потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем в рамках АСДУ.
Математические модели и методы решения с применением ЭВМ служит основным формализованным средством анализа потерь электроэнергии. Опыт создания таких моделей показывает, что несмотря на существование достаточно строгих математических методов не всегда удается так формализовать рассматриваемую задачу, чтобн результаты решения обладали Необходимой точностью и достовзр-ноегью. Одной из основних причин этого явления - неизбежная неполнота информации о предстоящих условиях функционирования ЭЗС в определенный момент времени. Неполнота информации в основном характеризуется вероятностной природой основных факторов, влияющих на поведение ЭЭС, и необеспеченностью необходимой информацией. Следовательно, наряду с совершенствованием моделей и методов расчета потерь энергии, соответствующих реальным свойствам применяемой информации, адекватной исследуемому объекту, необходимо предусматривать широкое развертывание теоретических в практических работ в области совершенствования и анализа информации, необходимой для расчета потерь энергии; системы сбора, переработки и передачи этой информации? анализа совокупной погрешности информации и ее влияния на погрешность решения. В этих условиях важное значение приобретают методы решения задач управления ЭЭС и расчета потерь электроэнергии, учитывающие вероятностно-определенный, вероятностно-неопределенный и полностью неопределенный характери исходной информации.
Значительный вклад в решение задач управления и расчета потерь электроэнергии' в электрических сетях 3SC в условиях неопределенности внесли работы многих советских ученых: Д.А.Арзамасцева, П.И.Бартоломея, Л.Л.Богатырева, В.А.Богданова, В.А.Беликова, Ы.Х.Вальды, А.З.Гаша, С.К.Гурского, Ф.Г.Гусейнова, В.Г.Журавлева, Ю.С.Железко, В.Э.Воротницкого, В.И.Идельчика, В.З.Манусова, В.Н.Казанцева, Л.А.Крумма, Л.А.№лентьева, Н.А.Мельникова, Г.Е. Поспелова, С.А.Саволова, В.Г.Холмского, Х.Ф.Фазылова, Н.М.Снча, Ю.З.Щербины, Р.В.Шнеля и многих других.
Широкие исследования в этом направлении проводятся коллекти вами ВШ1ИЭ, ВГШ и НИИ "Знергосетьпроект", ВПО "Союзтехэнерго", СЭИ, МЭИ, ЛТТУ, КИУ. РИУ, ЕГО, ТЛУ, УГЇУ-УШ1, НТО и ради/' других организаций.
Выполнявшиеся ранее исследования но совершенствованию моделей и методов расчета потерь электроэнергии характеризовались недостаточной комплектностью, т.е. методические подходы к формированию методов расчета потерь энергии детально разрабатывались в основном для определенного класса напряжений, опирающихся на заданные вида исходной информации. Однако современная АСДУ электроэнергетических систем требует разработку комплекса методов оперативного контроля и управления уровнем потерь электроэнергии в электрических сетях на всех ступенях напряжений при различных видах информации (как по полноте, так и по характеру).
Основные положення диссертационной работы направлены на решение задач, связанных о повышением эффективности при функционировании и развитии электроэнергетических систем, разработкой комплекса принципиально новых и адекватных моделей и методов оперативного контроля и управления уровнем потерь.электроэнергии и выбору обоснованных мероприятий по их снижению на различных временных и территориальных уровнях электрических сетей энергосистемы Монголии. Работа выполнена в соответствии с координационным планом Научно-технического Совета при Министерстве топливно-энергетической промышленности Монголии по проблеме "Разработка основных направлений внедрения новой техники и технологии в электроэнергетике на перспективу до 2005 года".
Цель работы и научная новизна. Для выполнения экспериментальных исследований, направленных на разработку комплекса моделей, методов оперативного расчета и прогнозирования потерь электроэнергии и выбора обоснованных мероприятий по их снижению в электрических сетях энергосистемы Монголии на всех ступенях класса напряжений в условиях неопределенности и неполноты исходной информации, создания на этой основе промышленных программ решены следующие основные задачи, в которых отражена научная новизна работы:
-
Разработаны упрощенные детерминированные методы расчета потерь электроэнергии для кавдого класса электрических сетей на основе качественного анализа структуры электрических сетей ЭЭС Монголии и их режимов работы.
-
Разработаны эквивалентные модели структурного анализа потерь электроэнергии в распределительных сетях с помощью обобщенных показателей схемных и режимных параметров сетей, а также структурно-балансовая модель расчета потерь энергии в разомкнутых сетях НО кВ и ниже, основшшая на максимальном скатай исходной информации.
3; Разработаны множественные линеішце и нелинейные регрессионные модели оценки уровня потерь энергии в распределительных сетях. Проведен сравнительный анализ точности полученных моделей.
-
Разработаны факторные модели определения относительных потерь энергии в зависимости от некоторых главных факторов, характеризуемых непосредственно неизмеряемши режимными, конструктивными и конфигурационными свойствами электрических сетей.
-
Предложен метод построения нечетких моделей потерь электроэнергии в электрических сетях ЗЭС в условиях размытой исходной информации и разработан алгоритм оптимизации режимов олектричесшіх сетей с нечеткой целью. Получена нечеткая модель потерь электроэнергии в распределительных сетях Центральной энергосистемы (ЦЭС) Монголии.
-
Сформулирован критерий выбора оптимального состава мероприятий в условиях ограниченности материальных и трудовых ресурсов и получены технические решения для снижения потерь электроэнергии в электрических сетях ЭЭС Монголии.
-
Разработан комплекс мероприятий по снижению потерь электроэнергии в распределительных сетях 6-Ю кВ и ниже и проведен технико-экономический, анализ эффективности этих мероприятий.
-
Для выполнения главной цели исследованы многие сопутствующие аспекты и решен ряд важных теоретических и практичосшіх вопросов, имеющих прикладное значешіе.в проблеме повышения эффективности и экономичности электрических сетей ЭЭС. К ним относятся: моделирование месячных максимумов нагрузок энергосистемы и ее отдельных узлов; моделирование суточных, недельных,'месячных и годовых графиков нагрузок энергосистемы; экспериментальное исследование нагрузок узлов и их статических характеристик; выявление основных влияющих факторов на уровни напряжений и потерь электроэнергии в ЦЭС Монголии.
Методы исследования. Бри решении поставленных задач в работе использованы основные положения системного анализа, аппарат математического программирования, теории вероятностей (корреляционный, регрессионный, .дисперсионный, факторный анализ), методы принятия решений в условиях неопределенности на основе применения теории нечетка множеств и отношении, а также аналитические и численные методы статистической линеаризации.
Проверка эффективности предложенных методов, моделей, алгоритмов и программ осуществлялась путем мато-матытеского моделирования на oBi.'l. В качестве расчетных попользовались реальніш схемы
электроэнергетической системы Монголии. Построение моделей основано на экспериментальних данных и ретроспективной диспетчерской информации.
Практическая ценность. Разработанные в работе научные поло-нения, предложенные методы решения задач при различных видах исходной информации и проведенные исследования позволили создать' комплекс моделей и методов расчета потерь электроэнергии в электрических сетях всех классов напряжений при управлении, планировании и проектировании электрических сетей в условиях неопределенности. Предложенные в работе модели, методы и мероприятия позволяют повысить эффективность и экономичность технического состояния и функционирования электрических сетей за счет снижения потерь электроэнергии в них. Разработанные методы реализованы в виде алгоритмов и программ, входящих в математическое обеспече- ' ние АСДУ электрических систем. Эти промышленные программы могут использоваться не только в энергосистемах и предприятиях электрических сетей, но и в проектных и исследовательских организациях при расчетах потерь энергии и по их снижению на различных временных и территориальных уровнях электрических сетей Монголии.
Внедрение результатов. Исследования в диссертационной работе были связаны с выполнением договорных работ с диспетчерским управлением Центральной энергосистемы, ПЭС и другими эксплуатирующими и проектными организациями Монголии. Разработанные на основе предлагаемых моделей, методов и алгоритмов программные вычислительные комплексы расчета потерь электроэнергии и выбора оптимального состава мероприятий по их снижению в электрических сетях всех классов напряжений {STAtlC-V.STATIG'e.STATlC-O^
РОТЕ PI)» построение регрессионных моделей для оценки уровня потерь энергии в распределительных сетях (REGRES,REGNEDi построения факторной модели для оценки потерь энергии и выявления основных влияющих факторов на них ( РАС AN), моделирования суточных, месячных и годовых графиков нагрузок {HtSAN ) и др. внедрены в опытную и промышленную эксплуатацию в Центральную энергосистему, на предприятиях Улан-Баторского, Бага-Нурского, Дарха-но-Селенгийнского, Зрдэнэтэ-Булганского районов электрических сетей с реальніш утвержденным экономическим эффектом 6300 тыс. тугриков в год, из них .1200 тыс. туг. составляет фактически'! экономический эффект, а остальная часть - ожидаемый эффект. Акты-внедрения приведены в дассертации. Материалы выполненных исследований используются в учебном процессе кафедры электроэнергетики иГТУ
при изучении ряда дисциплин учебного плана специальностей 10.01, 10.02, 21.04, при выполнении курсових, дашюшшх, научно-исследовательских работ студентов, подготовке аспирантов. Изданные автором учебные пособия и методические указания содержат теоретические основы л результаты исследований. Работа "Исследование потерь электроэнергии в электрических сетях г. Улан-Батора" на Государственном конкурсе "На лучшую научно-исследовательскую работу, выполненную в области всех отраслей народного хозяйства МНР за IS80-I983 г.г." удостоена специальной преиии Государственного комитета по науке и технике. Работа "Разработка методов расчета потерь электроэнергии и мероприятий по их снижена» в электрических сетях энергосистемы Монголии" удостоена Государственной премии в 1990 г. По данному направлению под руководством автрра выполнено несколько кандидатских диссертационных работ.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались: на Республиканской научной конференции "Теоретические и практические задачи электрификации ШР" (г.Улан-Батор, 1988); на Республиканской научной конференции "Повышение технико-экономической эффективности электрических сетей" (г. Эр-дэнэт, 1984); на Республиканской научной конференции "Экономия электроэнергии" (г. Дархан, 1986); на Республиканской научно-технической конференции "Задачи техники и технологии, перспектива развития топливно-энергетической промишлеішости Монголии" (г.Улан-Багор, 1992); на Республиканской научной конференции "Основные направления технико-экономической политики энергетики Монголии" (г. Улан-Батор, 1990); на отраслевом тучном семинаре "Сшшение потерь электроэнергии в электричаских сетях энергосистемы (г.Улан-Батор, 1981); на отраслевом научной семинаре "Повышение эксплуатации режимов работы электрических сетей г. Улан-Батора" (г.Улан-Батор, 1982); на Менвузовском научном семинаре "применение теории вероятностей и математической статистики в инженерных расчетах" (г. Улан-Батор, 1989); на расширенном заседании кафедри автоматизированных электрических систем УШІ с участием представителей ОДУ Урала, УрО ВШИ и НИИ "Энергосетьпрозкт", ПП "Уралтех-энерго" (г. Екатеринбург, 1995); на расширенном заседании кафедры системы электроснабжения промышленных предприятий НГТУ (г. Но вооибирск, 1995); на научных конференциях МГУ и МИУ, обсуждались на научных конференциях, семинарах ряда других организаций, институтов (диспетчерское управление ЦЭС МНР, научно-исследовательский институт энергетики при Министерстве топливно-энергетической щюмыиленности и ДО.).
Публикации. Под руководством и при участии автора по тепа-тике диссертации выпущено 8 научно-исследовательских отчетов. Содержание диссертации отражено в учебнике "Применение теории вероятностей и математической статистики в инженерных расчетах" - Улан-Батор, 1992. - 150 с, трех учебных пособиях л 29 печатных работах. В списке публикаций автора по теме диссертации представлены работы, наиболее полно отражающие содержание выполненных исследований.
Структура и объем работы. Диссертация содериїт 240 страниц основного.машинописного текста, 25 иллюстраций, 23 таблицы, 6 приложений и список использованной літератури, включающий 282 наименования. Б соответствии с задачами ее содержание разделено на семь глав, введение, заключение. 3 приложениях содержатся вспомогательные и дополнительные материалы, а такие документы, подтверждающие внедрения результатов работы.
