Введение к работе
Актуальность темы.
Оптимальное управление режимом электроэнергетической системы (ЭЭС) является важнейшим условием ее надежной и эффективной работы. Если до реформы электроэнергетики в России оптимизация проводилась централизованно, то в новых экономических условиях решение оптимизационной задачи в той или иной постановке выгодно всем участникам оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ).
Для генерирующих компаний оптимизация выработки электроэнергии по критерию минимизации затрат на топливо, при планировании режима на предстоящие сутки, является ключевым фактором успешной торговой компании на ОРЭМ.
С точки зрения диспетчерского управления, а также для энергосистем отдельных регионов выгодно осуществлять оптимизацию по критерию минимизации переменных затрат, состоящих из стоимости топлива на выработку электроэнергии и стоимости потерь электроэнергии в электрической сети.
Постоянное развитие рынка электроэнергии ставит новые задачи оптимального управления и на уровне системного оператора. Так, например, внедрение на ОРЭМ технологии выбора состава включенного генерирующего оборудования стимулирует к поиску новых алгоритмов оптимизации, которые позволили бы сократить затраты времени на вычисления при выборе состава генерирующего оборудования.
В связи с этим, возникает необходимость в проведении исследований в направлении отыскания эффективных подходов и методик решения оптимизационных задач для различных электроэнергетических компаний в современных условиях, с учетом существующих рыночных отношений в энергосистеме России.
Цель и задачи работы.
Целью работы является разработка нового подхода к решению задачи оптимизации суточного графика нагрузки энергоагрегатов тепловых электростанций по критерию минимизации затрат на топливо, с учетом стоимости потерь в электрической сети и стоимости простоя энергоагрегатов на тепловых электростанциях.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
Выполнен анализ существующих методик и алгоритмов оптимизации в электроэнергетических системах.
Разработан ряд моделей электроэнергетических систем для решения задачи выбора оптимального состава включенных энергоблоков.
Разработан алгоритм оптимального распределения нагрузки между энергоблоками с учетом стоимости потерь в электрической сети.
Разработан алгоритм оптимизации состава включенных энергоблоков.
В результате слияния разработанных алгоритмов получена методика оптимизации режима ЭЭС с учетом стоимости потерь в электрической сети.
Методы исследования.
Для решения поставленной задачи использовались методы математического описания энергосистем, методы математического моделирования и оптимизации режимов работы электроэнергетических систем, а также методы программирования с использованием вычислительной техники.
Достоверность научных положений и выводов определяется тем, что результаты расчетов на которых они основаны, сопоставлялись с результатами, полученными при оптимизации установившихся режимов ЭЭС различными методами. Так достоверность результатов, полученных при оптимизации состава включенных энергоагрегатов модифицированным методом ветвей и границ, обоснована их совпадением с результатом оптимизации методом полного перебора.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Разработан алгоритм наивыгоднейшего распределения нагрузки между тепловыми электростанциями по критерию минимизации затрат на топливо с учетом стоимости потерь в электрической сети в условиях рыночных отношений.
-
Для решения задачи выбора оптимального состава включенных энергоблоков предложена модификация метода оптимизации, известного как метод ветвей и границ, предусматривающая объединение в группы однотипных энергоблоков, что позволяет существенно сократить количество вычислений и время расчета.
-
Разработан алгоритм и программа решения задачи оптимизации состава включенных энергоблоков, имеющие в основе модифицированный метод ветвей и границ, в котором решение об отбрасывании подмножества, не содержащего экстремума, принимается на основании сопоставления промежуточного оптимального решения с оптимумом, найденным в соответствии с граничной линейной эквивалентной расходной характеристикой группы энергоблоков.
-
Разработана методика оптимизации суточного графика нагрузки энергоблоков вертикально-интегрированной ЭЭС, по критерию минимизации затрат на топливо с учетом стоимости потерь в электрической сети и стоимости простоя энергоблоков.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработанная методика комплексной оптимизации суточного графика нагрузки энергоблоков вертикально-интегрированной ЭЭС по критерию
минимизации затрат на топливо с учетом стоимости потерь в электрической сети применима для оптимизации установившихся режимов работы ЭЭС на уровне диспетчерского управления в ЕЭС России, а также отдельными региональными энергокомпаниями.
Предложенный в работе новый подход к решению задачи оптимизации состава работающих энергоблоков тепловых электростанций может быть использован территориальными и оптовыми генерирующими компаниями для оптимизации суточного графика загрузки энергоблоков при составлении заявок для «рынка на сутки вперед».
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на пятнадцатой, шестнадцатой и восемнадцатой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов (г. Москва, 2009, 2010, 2012 гг.), на научных семинарах стипендиатов программ «Михаил Ломоносов II» и «Иммануил Кант II» 2010/2011 года (г. Бонн, Германия, 2010 г., г. Москва, 2011 г.), на внутренних и выездных научных семинарах факультета электротехники и информационных технологий института электроэнергетики университета Отго-фон-Герике города Магдебург (г. Магдебург, Германия, 2010 г., г. Зальцгиттер, Германия, 2011 г.), на встрече рабочей группы по оптимизации режимов генерирующей компании Vattenfall (г. Гамбург, Германия, 2011 г.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ, одна из которых в издании по перечню ВАК.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка литературы, двух приложений и содержит 159 страниц основного текста, 32 рисунка, 31 таблицу и список литературы из 111 наименований.
