Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ систем электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок и постановка задачи 10
1.1. Современное состояние систем электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок 10
1.2. Постановка задачи 15
Выводы 20
2. Методика планирования систем электроснабжения по многокритериальной модели с учётом нескольких неопределённых факторов 21
2.1. Выбор частных критериев, оценивающих цели функционирования системы 21
2.2. Неопределённость исходной информации 31
2.3. Сравнительная оценка эффективности методов выбора оптимального решения 41
2.4. Алгоритм выбора оптимальных параметров систем электроснабжения 53
Выводы 55
3. Разработка модели системы электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок 57
3.1. Топологическое и математическое моделирование системы электроснабжения районов 57
3.2. Вывод аналитических выражений для расчёта потерь электроэнергии и стоимости сооружения СЭС 66
3.3. Анализ отдельных составляющих расчётных выражений 72
Выводы 84
4. Аналитические уравнения частных критериев (целей функционирования) оценки рассматриваемых стратегий 85
4.1. Критерий эффективности 85
4.2. Критерий надёжности электроснабжения потребителей 97
4.3. Критерий качества электроэнергии у потребителей 105
Выводы 107
5. Выбор параметров СЭС по многокритериальной модели и рекомендации по её развитию с учётом неопределённых факторов 108
5.1. Определение параметров СЭС, расчёт матриц частных критериев и принятие решений 108
5.2. Влияние неопределённых факторов и технических решений на параметры СЭС 137
5.3. Оценка устойчивости предлагаемых решений 145
Выводы 150
Заключение 153
Список литературы 155
- Современное состояние систем электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок
- Сравнительная оценка эффективности методов выбора оптимального решения
- Вывод аналитических выражений для расчёта потерь электроэнергии и стоимости сооружения СЭС
- Влияние неопределённых факторов и технических решений на параметры СЭС
Введение к работе
Актуальность проблемы
Планирование систем электроснабжения (СЭС) районов с малой плотностью нагрузок - выбор оптимальных систем напряжений, радиусов электрических сетей, плотности тока в проводах воздушных линий (ВЛ), числа и мощности питающих центров — задача, решаемая для крупных регионов или для всей страны в целом. До сих пор она решалась по критерию минимума приведённых затрат без учёта надёжности электроснабжения и качества электроэнергии у потребителей. Поиск оптимальных параметров СЭС (радиусов электрических сетей, плотности тока в проводах ВЛ) осуществлялся без учёта их взаимосвязи, динамики электрических нагрузок и других факторов.
Вместе с тем, СЭС — большая, сложная, динамическая система с множеством целей функционирования. Кроме того, планирование СЭС — задача решаемая на перспективу и поэтому требует учёта неопределённости исходной информации.
В последнее время появилось новое направление оптимизации параметров СЭС, основанное на теории принятия решений, которая позволяет осуществлять более обоснованный выбор по нескольким критериям в условиях неопределённости части исходной информации. В такой постановке решены задачи выбора варианта развития СЭС конкретного района, средств обеспечения надёжности, мероприятий по снижению потерь электрической энергии и некоторые др. Задача планирования СЭС по многокритериальной модели с учётом двух неопределённых факторов (электрических нагрузок и тарифов на электроэнергию на перспективу) не решалась.
Появление современной вычислительной техники и развитие информационных технологий позволяют усложнить модель СЭС и осуществлять комплексную оптимизацию её параметров, учитывая их взаимосвязи, технико-экономические ограничения, динамику электрических нагрузок и тарифов на электроэнергию.
СЭС районов с малой плотностью нагрузок имеют большой удельный вес в системе электроснабжения страны, более половины их сетей выработали свой ресурс и нуждаются в замене [30, 91]. Необходимо также отметить, что в России около 30% населения живёт в районах с малой плотностью нагрузок - деревнях, сёлах, посёлках городского типа. От надёжности и качества электроснабжения потребителей в значительной степени зависит развитие этих районов и уровень жизни их населения. Поэтому планирование СЭС в масштабах всей страны приведёт к значительному экономическому эффекту.
Объектом исследования является СЭС напряжением 10—110 кВ.
Предметом исследования являются методы многокритериальной оптимизации, позволяющие выбирать системы напряжений и оптимальные параметры СЭС в условиях неопределённости части исходной информации.
Цель работы
Цель работы заключается в разработке методики планирования систем электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок по многокритериальной модели с учётом неопределённости исходной информации и получении на её основе практических рекомендаций для проектирования и сооружения СЭС.
Достижение данной цели потребовало решения следующих задач:
- разработки топологической и математической моделей СЭС для решения задачи планирования (выбора систем напряжений) по нескольким критериям в условиях неопределённости электрических нагрузок и тарифов на электроэнергию;
- разработки алгоритма многокритериальной оптимизации параметров СЭС с учётом нескольких неопределённых факторов; - выбора частных критериев оценки СЭС 10—110 кВ, вывода их аналитических уравнений и обоснования способа свёртки;
- выявления неопределённых факторов, существенно влияющих на принимаемое решение и выбора способа получения дополнительной информации;
- разработки программы для проведения имитационного моделирования и расчёта параметров СЭС 10—ИОкВ по многокритериальной модели в условиях неопределённости исходной информации на ПЭВМ;
- выбора оптимальных систем напряжений и параметров СЭС 10— 110 кВ в различных информационных ситуациях и их анализа.
Методы исследования
Методика исследования включает методы теории принятия решений, в том числе теории нечётких множеств, теории вероятностей и математической статистики, в том числе байесовского статистического вывода; методы математического и топологического моделирования; методы функционального системного анализа и др.
Научная новизна
Научная новизна исследований состоит в:
- методике выбора оптимальной системы напряжений СЭС 10—110 кВ (решения задачи планирования) по многокритериальной модели в условиях неопределённости исходной информации;
- топологической и математической моделях для решения задачи планирования и оптимизации параметров СЭС по нескольким критериям с учётом неопределённости части исходной информации, позволяющих рассматривать СЭС 10—110 кВ в комплексе (питающие и распре делительные линии, питающие и потребительские подстанции), учитывать число распределительных линий, количество трансформаторов на подстанциях, средства повышения надёжности электроснабжения и качества электроэнергии;
- аналитических уравнениях частных критериев оценки, в качестве которых выбраны показатели эффективности СЭС — чистый дисконтированный доход, надёжности электроснабжения — дисконтированный недоотпуск электроэнергии, качества электроэнергии у потребителей - дисконтированная неодинаковость напряжения;
- методике учёта нескольких неопределённых факторов на перспективу (электрических нагрузок и тарифов на электроэнергию) при выборе оптимальных параметров СЭС 10—110 кВ на основе функции принадлежности, полученной в результате экспертного опроса;
- полученных оптимальных параметрах СЭС 10-110 кВ (системах напряжений, радиусах распределительных линий, плотностях тока в проводах ВЛ, числе и мощности питающих центров) при различной плотности электрических нагрузок.
Достоверность полученных результатов
Достоверность разработанных научных положений, методов, сделанных выводов и рекомендаций подтверждается результатами вычислений, проведённых с помощью разработанной для ПЭВМ программы многокритериальной оптимизации параметров СЭС с учётом неопределённости части исходной информации.
Практическая ценность работы
Разработанная в диссертации методика позволяет выбирать оптимальные системы напряжений и параметры СЭС с учётом региональных особенностей, что может быть использовано службами перспективного развития энергосистем при решении задач планирования.
Результаты выполненных исследований могут быть использованы при проектировании СЭС, разработке инвестиционных проектов, а также при формировании нормативных материалов по проектированию СЭС.
Реализация результатов работы
Разработанная в диссертации методика многокритериальной оптимизации параметров СЭС с учётом нескольких неопределённых факторов, а также полученные результаты и сформулированные рекомендации относительно оптимальных значений параметров приняты и используются в ОАО "РОСЭП" при решении задач планирования и развития систем электроснабжения, их проектировании и рассмотрении инвестиционных проектов, что подтверждается актом внедрения от 28.11.03.
Результаты исследований относительно оптимальных систем напряжений, радиусов ВЛ 10 кВ, плотности тока в проводах ВЛ учитываются при выборе вариантов развития электрических сетей 10-110 кВ, при их реконструкции и проектировании в Подольских электрических сетях ОАО "Мосэнерго" (акт внедрения от 22.12.03).
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Девятой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 4—5 марта 2003 года), совещаниях, посвященных развитию распределительных электрических сетей в Орловских электрических сетях ОАО "Орёлэнерго" (16 июня 2003 года), ОАО "Рязаньэнерго" (10 июня 2003 года) и на техническом совете в ОАО "РОСЭП" (28 ноября 2003 года). Публикации
Основные положения диссертации приведены в следующих публикациях:
1. Метельков А.А., Лещинская Т.Б. Обоснование набора критериев выбора оптимальных параметров систем электроснабжения (СЭС) в условиях неопределённости исходной информации // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Девятой Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. В 3-х т. Т. 3. — М.: Издательство МЭИ, 2003. С. 282 — 283.
2. Метельков А.А., Лещинская Т.Б. Неопределённость части исходной информации при решении оптимизационных задач электроснабжения // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Девятой Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. В 3-х т. Т. 3. - М.: Издательство МЭИ, 2003. С. 283 - 284.
3. Лещинская Т.Б., Метельков А.А. Разработка методики планирования систем электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок с учётом неопределённости исходной информации. — М.: Агроконсалт, 2003. — 116 с.
Структура диссертации и её объём
Диссертация состоит из введения, пяти глав (с выводами по каждой из них), заключения, списка литературы и шести приложений. Общий объём работы 205 страниц. Основная часть 163 страницы, 31 таблица, 59 рисунков. Библиография включает 100 наименований. Приложения содержат 42 страницы.
Современное состояние систем электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок
Сегодня системы электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок находятся в неудовлетворительном техническом состоянии и характеризуются недостаточным уровнем надёжности электроснабжения и качества электроэнергии у потребителей [30, 91]. Более половины сетей имеют 100% износ. Перерывы электроснабжения потребителей достигают 100 ч/год и более, что на порядок выше, чем в европейских странах. Только половина потребителей первой и второй категории надёжности имеет резервное питание. Качественной электрической энергией обеспечивается лишь 60-65% потребителей. Потери при передаче и распределении электроэнергии недопустимо велики - 15-18%, а в отдельных случаях 30%.
Часто строительство СЭС осуществлялось из условия минимума капитальных вложений в ущерб надёжности электроснабжения и качеству электрической энергии. Применение проводов малых сечений и чрезмерных длин линий электропередачи привело к излишним потерям электроэнергии и низкой надёжности. На качестве напряжения также отрицательно сказывается недостаточная обеспеченность подстанций 35—ПОкВ в районах с малой плотностью нагрузки устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) и практически полное отсутствие устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ) в сетях и у потребителей.
Не способствует повышению надёжности большое количество малоэффективных резервных связей в ВЛ 6-10 кВ, слабая механическая прочность опор, отсутствие автономных источников питания у значительной части потребителей первой категории надёжности, слабое оснащение подстанций 35-110 кВ устройствами телеуправления и телесигнализации.
Конструкция комплектной трансформаторной подстанции (КТП) 10/0.4 кВ крайне ненадёжна и не позволяет обеспечивать управление и автоматизацию сети.
Не соответствует современным требованиям оборудование распределительных устройств 10 кВ подстанций 110/35/10 и 35-110/10 кВ. Выключатели с пружинными приводами не обеспечивают возможности работы сетей в автоматическом режиме. Продолжают оставаться самым ненадёжным элементом сети разъединители 10 кВ из-за повреждений изоляции, контактов и других нарушений [33].
Не применяются методы обслуживания сетей 10-35 кВ под напряжением по следующим причинам [85]: - конструкции крепления проводов к изоляторам (вязка, зажимы типа ЗАК), крепление проводов к разъединителям не учитывают возможности проведения таких работ; - незначительные изоляционные расстояния между проводами фаза-фаза и фаза-земля; - значительные перенапряжения в сетях 6-10 кВ (в 3-4 раза выше фазного). В то же время, устранение дефектов в сетях с повышенной вероятностью повреждения элементов (разъединителей, переключательных пунктов, КТП) под напряжением позволило бы существенно повысить надёжность электроснабжения [85]. Опыт внедрения ремонта под напряжением в России и за рубежом показал, что кроме приспособлений, инструментов, средств защиты для работы необходимо совершенствовать конструктивные элементы линий (траверсы, крепления проводов и др.), а также разрабатывать новые конструкции ВЛ 10 кВ. Контрольные замеры электрической нагрузки в В Л 6—10 кВ проводятся только на головном участке два раза в год - зимой и летом. В результате возникает неопределённость информации об электрических нагрузках на участках и в целом на ВЛ 6-Ю кВ, что не позволяет достаточно точно проводить расчёты потерь электрической энергии и оценивать мероприятия по их снижению. В Л 6-10 кВ сооружают с изолированной нейтралью, а из-за недостаточной прочности изоляции 70% всех повреждений в линиях составляют однофазные замыкания на землю. Режим неполнофазного напряжения приводит к выходу из строя трёхфазных двигателей и наносит большие ущербы [24, 46]. Существующая практика проектирования и строительства сетевых объектов 10 кВ на нагрузку 5-7-го годов приводит к тому, что через 7-10 лет пропускная способность сетей становится недостаточной и сеть нуждается в реконструкции. Как правило, рядом со старой линией строили новую линию с другим сечением проводов, а старую ломали. Такие реконструкции проводили два или три раза за срок службы. За последние 10 лет электрические сети практически не обновлялись и их техническое состояние постоянно ухудшается. Таким образом, можно сделать вывод о том, что назрела необходимость пересмотреть принципы разработки СЭС - выбора оптимальных параметров (сечений проводов ВЛ, протяжённости ВЛ, числа и мощности питающих центров и т.д.), устройств для повышения надёжности электроснабжения и качества электроэнергии у потребителей, конструкций и материалов В Л и подстанций, технологии их сооружения и обслуживания. Для решения накопившихся проблем В.И. Шевляковым разработана концепция реконструкции и технического перевооружения СЭС, включающая следующие аспекты [76, 89]: 1. Основным принципом построения распределительной сети 10 кВ воздушного исполнения следует принять магистральный, предусматривающий радиальную (древовидную) схему с проводом одного сечения по всей длине магистрали и автоматическое секционирование и резервирование магистрали [92]. 2. Новые В Л должны быть рассчитаны на срок службы не менее 40 лет. Для этого В Л 10 кВ должны сооружаться на деревянных опорах, обработанных консервантами. / 3. В Л 10 и 35 кВ не должны подвергаться реконструкции путём замены проводов на протяжении всего срока службы. Это предполагает, что для будущих линий должны быть обоснованы значения механической прочности опор и оптимальных сечений проводов, адаптированных к нагрузкам потребителей. Из настоящего пункта концепции ясно, что необходимо прогнозировать электрическую нагрузку на период, равный сроку службы. 4. Приоритетное развитие должны получить сети 110 и 35 кВ по отношению к сетям 10 кВ, то есть при выборе вариантов развития электрических сетей с равными затратами или затратами, отличающимися до 10% приоритет должен отдаваться варианту с сетями более высокого напряжения. В тех районах, где развиты сети 35 кВ и требуются значительные объёмы восстановления сетей 10 кВ, следует рассматривать вариант перевода сетей на напряжение 35 кВ (глубокие вводы) [90, 93].
Сравнительная оценка эффективности методов выбора оптимального решения
В многокритериальных задачах с неопределёнными величинами для принятия решения требуется установить основополагающие принципы или подходы к самой проблеме выбора. На их основе из множества предлагаемых математической теорией методов отбираются наиболее эффективные, выполняются необходимые вычисления и определяется наилучшее решение или несколько равноценных.
Р.И. Трухаев разработал стройную классификацию моделей принятия решений в условиях неопределённости, основанную на понятии информационной ситуации [84]. Информационная ситуация определяется характером информации о неопределённых факторах, располагаемой в момент выбора решения. Всего было предложено различать семь информационных ситуаций.
В первой информационной ситуации известны вероятности всех состояний, в которых может находиться среда при реализации оперирующей стороной тех или иных стратегий. Например, при оценке каждого из вариантов развития СЭС считается известной вероятность тех или иных законов изменения нагрузки и тарифов на электроэнергию в течение расчётного периода, причём совокупность всех рассматриваемых ситуаций составляет полную группу событий.
Во второй информационной ситуации считается известным закон распределения вероятностей состояния среды (неопределённых факторов), однако параметры этого распределения точно неизвестны. Например, известно, что расчётная нагрузка в последний год расчётного периода распределена по нормальному закону, для которого, однако, неизвестны значения математического ожидания и дисперсии.
Третья информационная ситуация характеризуется известными системами линейных отношений на интервале изменения неопределённого фактора. Например, зная прирост электропотребления за определённый прошедший период, можно принять наиболее вероятным значение темпов ежегодного роста нагрузки на следующий расчётный период равное этому приросту.
В четвёртой информационной ситуации считаются известными лишь предельные (максимальные и минимальные) значения неопределённых факторов. Например, на основе экспертного опроса специалистов сравнительно нетрудно определить предполагаемые минимальное и максимальное значения расчётной нагрузки в конце расчётного периода.
В пятой информационной ситуации считается, что среда активно противодействует выбранной стратегии. Эта ситуация в задачах выбора параметров технических систем не имеет места [48].
Для информации о неопределённом факторе в шестой информационной ситуации характерно наличие отдельных признаков всех указанных ранее информационных ситуаций.
Наконец, в седьмой информационной ситуации множество состояний среды рассматривается как нечёткое. Если для этого множества тем или иным способом определить функцию принадлежности, то задача выбора решается методами теории нечётких множеств [21], которые в ряде случаев обладают некоторыми преимуществами.
Для первой информационной ситуации, в которой известны вероятности всех состояний среды, уже сравнительно давно разработан и апробирован ряд методов выбора. К ним, в первую очередь, относятся методы теории статистических решений и, в частности, критерий Байеса, согласно которому оптимальное решение соответствует максимальному (минимальному) значению оценочного функционала, взвешенному по вероятностям состояния среды.
Р.И. Трухаев показал [84], что разумно используя дополнительную информацию (в технических задачах исследователь практически всегда ею располагает), можно с помощью специальных математических методов и приёмов в информационных ситуациях со второй по четвёртую использовать методы выбора первой информационной ситуации. Таким образом, один из основных подходов к решению задач выбора в условиях неопределённости заключается в поиске и использовании дополнительной информации о неопределённых факторах и приведении задач с неопределёнными факторами к задачам со стохастическими. Наиболее эффективен этот подход в задачах с одним неопределённым или несколькими такими факторами, если возможно их объединить в один обобщённый фактор.
Другой подход к задачам с неопределёнными факторами основан на предложенном И.Я. Динером методе районирования множества векторов состояния природы [40], по которому диапазон возможных значений неопределённого фактора разбивается на ряд областей, в каждой из которых наилучшей является одна из рассматриваемых стратегий. Практическое решение методом районирования задачи выбора сечений проводов, а также мощности резервной электростанции сельскохозяйственного предприятия подтвердило эффективность метода и целесообразность его применения в аналогичных задачах [12, 16, 20]. Однако, применение этого метода для решения задач с несколькими неопределёнными факторами усложняется и теряет свою наглядность, так как множество векторов состояния природы становится в этом случае многомерным, а выбор наилучшего решения не всегда очевиден, поскольку заранее не известно будущее состояние среды.
Выбор решения в условиях неопределённости также возможен на основе принципа гарантированного результата [23, 26], согласно которому выбирается решение, обеспечивающее минимальный риск. Применение этого принципа наиболее обосновано в пятой информационной ситуации, в условиях активного противодействия среды. Такие условия для решения технических задач нехарактерны, а сам метод не учитывает дополнительной информации о неопределённых факторах, которая может быть получена в процессе анализа задачи. Тем не менее, именно на основе этого принципа была впервые решена задача выбора оптимальных сечений сельской распределительной линии 10 кВ при неопределённом законе роста нагрузки [19].
Для использования критерия Байеса при многокритериальном выборе требуется преобразовать векторный критерий, состоящий из п частных (в данном случае трёх - эффективности (ЧДДо), качества (#) надёжности (WHv)), В единый скалярный (оценочный функционал) [48]. Существуют две формы свёртки частных критериев - аддитивная, основанная на принципе справедливой абсолютной уступки и мультипликативная, основанная на принципе справедливой относительной уступки.
Вывод аналитических выражений для расчёта потерь электроэнергии и стоимости сооружения СЭС
ВДТ позволяет повысить уровень напряжения в распределительных сетях 10 кВ. Это необходимо в том случае, если потери напряжения в этих сетях превышают допустимые. При определении оптимальных параметров СЭС (см. п. 5.1) на потери напряжения в распределительных сетях накладывались ограничения, поэтому они не превышают допустимых.
Для решения вопроса о необходимости установки ВДТ при сооружении новых СЭС можно смоделировать ситуацию, когда ограничение на потери напряжения в распределительных сетях не учитывается. При этом оптималь ное значение радиуса возрастает максимум на 4%, другие параметры СЭС почти не меняются, г.ЧДДъ увеличивается максимум на 0.1%. Это объясняет ся тем, что при увеличении радиуса сетей возрастают не только потери на пряжения, но и потери электроэнергии, которые при больших радиусах ста новятся экономически неоправданными. На практике может возникнуть ситуация, когда на стыке зон, снабжаемых электроэнергией от разных центров питания, остаётся площадь, не охватываемая сетями в пределах оптимальных радиусов. Для питания потребителей, расположенных в этих "коридорах", необходимо или увеличивать радиус свыше оптимального значения или увеличивать количество питающих подстанций, что приводит к уменьшению радиусов до значений меньших оптимальных.
Исследования, выполненные В.К. Плюгачёвым [71], показали, что предельно допустимое увеличение радиуса в этом случае составляет 45% от оптимального значения. Например, оптимальный радиус сети 10 кВ в системе номинальных напряжений 110/10 кВ при восьми отходящих от подстанции 110 кВ распределительных линиях и плотности потребления электроэнергии 4000 кВт-ч/км -год (/?о 1 кВт/км ) равен 27 км. Тогда предельно допустимый радиус равен 39 км, но никак не 150 км, как это предложено рядом авторов [34].
Увеличение радиуса распределительных сетей также приводит к сниже- . нию надёжности и ограничивается допустимым по нагреву проводов током. Таким образом, установка ВДТ при сооружении новых СЭС скорее исключение, чем правило. Влияние стоимости сооружения систем электроснабжения В настоящее время в электроэнергетике широко распространяется использование зарубежного электрооборудования, стоимость которого значительно выше отечественного, но при этом выше надёжность и ресурс, а затра- . ты на обслуживание и капитальный ремонт меньше. В данной ситуации интересен вопрос не только об окупаемости дополнительных капиталовложений, но и о влиянии стоимости сооружения СЭС на оптимальные значения её параметров. При рассмотрении этого вопроса стоимость сооружения СЭС принимается в два раза большей, а затраты на эксплуатацию и капитальный ремонт равными нулю. Удорожание электрооборудования при неизменной стоимости потерь электроэнергии приводит к снижению эффективности капиталовложений в уменьшение потерь электроэнергии, то есть к увеличению оптимальных значений радиусов электрических сетей и плотности тока в проводах ВЛ. Радиус и плотность тока в проводах В Л распределительных сетей ограничены допустимыми потерями напряжения. Поэтому, как показали расчёты, их оптимальные значения увеличиваются незначительно - максимум на 4%. Радиус питающих сетей связан с радиусом распределительных соотношением (3.1), поэтому также практически не меняется, а оптимальная плотность тока в проводах ВЛ питающих сетей возрастает на 30%. СЭС при этом остаётся окупаемой, а ЧДДо снижается приблизительно на 10%. Не менее интересным является вопрос о влиянии на оптимальные значения параметров СЭС соотношения стоимости электрооборудования различного номинального напряжения. В работе [28] показано, что при отношении стоимости оборудования 20 кВ к стоимости оборудования 10 кВ, равном 1.2-1.3 (как в европейских странах) система напряжений 110/20 кВ экономически эффективнее системы напряжений 110/10 кВ. При увеличении или снижении стоимости сооружения электрических сетей, конкретного номинального напряжения, изменяется соотношение между стоимостью этих сетей и потерь в них. При снижении стоимости электрической сети становится выгодно вкладывать дополнительные средства в снижение потерь, то есть оптимальные значения радиуса и плотности тока в проводах ВЛ снижаются и наоборот. Радиусы сетей различного номинального напряжения связаны между собой соотношением (3.1) и поэтому при изменении стоимости сети одного номинального напряжения практически не меняются. Оптимальная плотность тока "снизу" ограничена максимальным стандартным сечением проводов на данном номинальном напряжении, а "сверху" - минимальным значением стандартного сечения по механической прочности, допустимым током по нагреву проводов ВЛ и допустимыми потерями напряжения в распределительных электрических сетях. Расчёты показали, что при снижении стоимости распределительных сетей 20 и 35 кВ вдвое в системе 110/20 и 110/35 кВ соответственно оптимальные значения параметров электрических сетей (радиусов распределительных сетей и плотности тока в проводах ВЛ) почти не меняются. Выполненный анализ позволяет сделать вывод о том, что изменение стоимости сооружения СЭС в целом и отдельных её элементов не оказывает существенного влияния на оптимальные значения её параметров. Влияние неопределённых факторов Тарифы на электроэнергию. Влияние на оптимальные значения параметров СЭС изменения тарифов на электроэнергию, как и стоимости сооружения СЭС сводится к рассмотрению соотношения стоимости потерь электроэнергии в электрических сетях и стоимости этих сетей. Как было показано выше, при изменении этого соотношения, оптимальные радиусы электрических сетей и плотность тока в проводах распределительных линий практически не меняются. Заметно меняется оптимальная плотность тока в проводах питающих линий. Для оценки влияния тарифов было рассмотрено изменение значения тарифа в конце расчётного периода и изменение формы кривой роста тарифа во времени. При увеличении значения тарифа в конце расчётного периода вдвое, оптимальная плотность тока в проводах питающих линий снижается на 30%, а при снижении значения тарифа вдвое — увеличивается на 40%. При определении оптимальных параметров СЭС, принималось, что тариф на электроэнергию в течение расчётного периода изменяется по "выпуклой" кривой (см. главу 2). Чтобы выявить влияние формы закона изменения тарифа можно рассмотреть его изменение по "вогнутой" кривой (рис. 5.28).
Влияние неопределённых факторов и технических решений на параметры СЭС
В условиях неопределённости возникает потребность в анализе чувствительности и устойчивости ИП к изменениям внешних факторов и параметров самого проекта. Анализ чувствительности и устойчивости позволяет определять ключевые параметры исходных данных, а также их предельно-допустимые, с точки зрения экономической эффективности, значения. Его суть заключается в определении степени влияния отклонения того или иного параметра от базового значения на результирующие показатели проекта.
Проект считается устойчивым, если при всех сценариях он оказывается эффективным и финансово реализуемым, а возможные неблагоприятные последствия устраняются мерами, предусмотренными организационно-экономическим механизмом проекта [62].
Оценочными показателями при выполнении анализа служат рентабельность инвестиций Ru, срок окупаемости Ток и внутренняя норма доходности Ев. Расчёты оценочных показателей выполнены для варианта 7 (110—2/35—2), как самого дорогого, при WQ=AQ0Q кВт-ч/км2тод И 5//7=210 кВ-А. В качестве параметров проекта были рассмотрены норма дисконта Е и доля прибыли D, приходящаяся на СЭС, а в качестве внешних факторов - электрические нагрузки и тарифы на электроэнергию.
В табл. 5.7-5.10 показаны значения оценочных показателей при отклонении одного из параметров (факторов) от базового значения, а также их чувствительность к этим отклонениям. Чувствительность определяется как отношение отклонения показателя в процентах к отклонению параметра в процентах.
Из табл. 5.7-5.10 видно, что наибольшая чувствительность наблюдается при изменении тарифов, доли прибыли и нормы дисконта. Не менее существенное влияние на устойчивость проекта оказывает закон изменения тарифов во времени. При изменении тарифа по "вогнутой" кривой Ru снижается на 65%, Ев на 40%, а Ток возрастает на 137%.
Необходимо подчеркнуть, что при высокой чувствительности показателей эффективности к изменению параметров проекта и внешних факторов, проект остаётся устойчивым при изменении последних в широком диапазоне.
На Западе довольно широко используется "сценарный" подход к оценке устойчивости проекта [96]. Выполненные расчёты показали, что при неблагоприятном стечении всех обстоятельств проект оказывается неустойчивым.
Устойчивость проекта в процессе его "жизненного цикла" можно поддерживать повышением тарифов, но такой метод ведения хозяйства не является рациональным. Поэтому устойчивость проекта по возможности должна быть обеспечена на стадии разработки, путём более точного планирования параметров проекта и прогнозирования внешних факторов, которые также влияют и на экономические параметры СЭС.
Анализ результатов выбора оптимальных систем напряжений и параметров СЭС в условиях неопределённости по разработанной методике с помощью программы на ПЭВМ позволил сделать следующие основные выводы и рекомендации: 1. На основе анализа расчётов оптимальных параметров СЭС выявлена их зависимость от различных факторов. Установлено, что оптимальная плотность тока в проводах ВЛ СЭС определяется не только числом часов использования максимума нагрузки и материалом проводов, как указано в ПУЭ, но и номинальным напряжением В Л, а также плотностью потребления электроэнергии. Оптимальная плотность тока возрастает с увеличением плотности потребления электроэнергии и тем выше, чем ниже номинальное напряжение. Причём значения оптимальной плотности тока в проводах В Л районов с малой плотностью нагрузки значительно меньше, чем рекомендованные ПУЭ. Оптимальный радиус распределительных электрических сетей зависит от плотности потребления электроэнергии, номинального напряжения сети, числа распределительных линий, отходящих от подстанции и не зависит от средней установленной мощности потребительских подстанций и системы номинальных напряжений. 2. Расчёт частных критериев выбора оптимального варианта развития СЭС показал, что при наличии ограничения потерь напряжения в распределительных электрических сетях, критерий качества напряжения у потребителей во всех вариантах одинаковый. Это позволяет не учитывать данный критерий в расчётах и тем самым упростить их. 3. Анализ надёжности и экономической эффективности вариантов позволяет осуществлять неформальный выбор вариантов наряду с формальным. Наиболее целесообразными являются схемы с двухступенчатой трансформацией 110/35, 110/20 и 110/10 кВ, причём система 110/35 кВ имеет значительное преимущество в надёжности лишь при двухцепном исполнении В Л 35 кВ, двухтрансформаторных подстанциях 35/0.4 кВ и эффективна в районах с крупными потребителями. На нецелесообразность системы 110/35/10 кВ указывают критерии эффективности и надёжности. Полученные решения достаточно устойчивы при изменении показателей значимости частных критериев в широком диапазоне. 4. Анализ изменения технико-экономических показателей СЭС в условиях отсутствия ограничений потерь напряжения и отступления от оптимальных решений указал на необходимость использования трансформаторов с РПН. Увеличение радиусов распределительных сетей за счёт установки ВДТ допустимо в исключительных случаях. 5. Исследования влияния стоимости сооружения СЭС, тарифов на электроэнергию и электрических нагрузок на оптимальные параметры электрических сетей показали, что существенное влияние оказывает коэффициент роста электрических нагрузок за расчётный период. Остальные факторы заметно влияют лишь на оптимальную плотность тока в проводах питающих сетей. 6. Анализ экономической устойчивости сооружения СЭС, как инвестиционного проекта выявил высокую чувствительность к внешним факторам и параметрам самого проекта, которые влияют и на оптимальные параметры СЭС. Это указывает на необходимость более точного планирования параметров проекта и прогнозирования внешних факторов.
