Содержание к диссертации
Введение 6
Глава І.Современньїе рыночные преобразования в электроэнергетике.
Постановка задачи оптимизации суточных режимов ОЭС в условиях оптового рынка 13
1.1. Краткий обзор и сравнительный анализ существующих мировых моделей рынка электроэнергетики 13
1.1.1. Основные модели управления электроэнергетикой 13
1.1.2. Международный опыт реформирования и развития энергетики... 17
1.2. Варианты организации управления энергетическим рынком 21
1.2.1. Разделение функций СО и АТС 23
1.2.2. Взаимодействие СО и АТС в период, предшествующий торгам «на сутки вперед» 24
1.3. Краткий анализ существующей модели рынка России и процесса его реформирования 27
1.3.1. Недостатки действующей модели и предпосылки для ее реформирования 27
1.3.2. Основные направления реформирования электроэнергетического сектора России 30
1.3.3. Анализ зарубежного опыта при реформировании энергетического сектора России 33
1.4. Выводы 38
1.5. Постановка задачи оптимизации суточных режимов ЕЭС (ОЭС) в рыночных условиях 40
1.5.1. Общие положения и обзор литературы по проблеме 40
1.5.2. Общая постановка задачи оптимизации режимов 43
1.5.3. Декомпозиция задачи оптимизации 44
1.5.4. Современные задачи и проблемы планирования оптимальных суточных режимов 47
7.5.5. Необходимые направления улучшения современного процесса суточного планирования 50
1.6. Общие выводы 52
Глава 2. Разработка математической модели суточного планирования режимов ОЭС. Анализ механизма адаптации разработанной модели к различным рыночным условиям 54
2.1. Среда функционирования действующей модели суточного планирования 54
2.1.1. Причины создания нового оптового рынка электроэнергии 54
2.1.2. Цели и задачи внедрения конкурентной модели рынка 55
2.1.3. Основные свойства оптового рынка электроэнергии переходного периода 56
2.1.4. Описание механизма функционирования оптового рынка переходного периода 58
2.1.4.1. Регулируемый сектор 59
2.1.4.2. Сектор свободной торговли оптового рынка 61
2.1.4.3. Сектор отклонений 65
2.1.5. Оценка выгодности реструктуризации рынка электроэнергии для участников торговли 66
2.2. Математическая модель суточного планирования оптимальных режимов ОЭС 67
2.2.1. Описание эквивалентной расчетной схемы 68
2.2.2. Описание исходной информации и системы ограничений 69
2.2.3. Инициативы отклонений 73
2.3. Адаптация математической модели суточного планирования режимов ОЭС к условиям регулируемого рынка ФОРЭМ 74
2.3.1. Определение целевой функции оптимизации режимов 74
2.3.2. Анализ выбранной целевой функции 79
2.3.3. Описание существующих противоречий и анализ различных подходов к выбору целевой функции оптимизации 81
2.3.4. Определение критериев оптимизации режимов на этапе суточного планирования 84
2.3.5. Выводы 86
2.4. Адаптация математической модели суточного планирования
режимов ОЭС к условиям оптового рынка переходного периода 88
2.4.1. Описание расчетной электрической схемы 88
2.4.1.1. Метод актуализации постанционных графиков генерации 90
2.4.2. Выбор целевой функции и критериев оптимизации 93
2.4.2.1. Этап расчета предварительного диспетчерского графика 93
2.4.2.2. Этап формирования расчетного диспетчерского графика 94
2.5. Общие выводы. 98
Глава 3. Инструменты и методы практической реализации математической модели суточного планирования 100
3.1. Краткое описание действующего программного обеспечения суточной оптимизации 100
3.2. Внедрение математической модели суточного планирования оптимальных режимов в условиях регулируемого рынка. 103
3.2.1. Целесообразность декомпозиции процесса практического решения задачи оптимизации суточных режимов 103
3.2.2. 1 этап — формирование расчетного диспетчерского графика в первом приближении 103
3.2.2.1. Анализ выполнения договорных обязательств субъектами ФОРЭМ 103
3.2.2.2. Алгоритм формирования тарифных характеристик 104
3.2.2.3. Условия расчета оптимизируемых генераторных групп и формирования расчетного диспетчерского графика на первом этапе 106
3.2.3. II этап — дооптимизация и формирование окончательного расчетного диспетчерского графика 107
3.2.3.1. Краткое описание программного обеспечения «Оценки стоимостного баланса» 108
3.2.4. Сводный анализ результатов суточной оптимизации 113
3.3. Внедрение математической модели суточного планирования в условиях оптового рынка переходного периода. 116
3.3.1. Основные этапы планирования суточного диспетчерского графика 116
3.3.2. Процедура составления предварительных диспетчерских графиков производства и потребления мощности 116
3.3.2.1. Сбор исходных данных 116
3.3.2.2. Выбор состава включенного генерирующего оборудования 118
3.3.2.3. Расчет предварительных диспетчерских графиков производства и потребления активной мощности 119
3.3.2.4. Практическое использование алгоритмов взаимосвязи энергетической и электрической схем 122
3.3.3. Расчет торговых графиков в АТС 122
3.3.4. Порядок формирования расчетных диспетчерских графиков по данным торгового графика 123
3.3.4.1. Формирование исходных данных 123
3.3.4.2. Формирование расчетного диспетчерского графика 126
3.3.5. Сводный анализ результатов суточной оптимизации 127
3.10. Общие выводы 128
Заключение 130
Список литературы 131
Приложение 1 137
Приложение 2 138
Приложение 3 139
Приложение 4 140
Приложение 5 142
Приложение 6 150
Введение к работе
Актуальность работы. Краткосрочное планирование режимов работы электроэнергетических систем (ЭЭС) на оперативных интервалах времени: от недели до суток вперед (суточное планирование) является важным и неотъемлемым звеном в цепочке формирования балансов электроэнергии и мощности и их последующего исполнения при управлении ЭЭС. От качества суточного планирования зависят технико-экономические показатели работы ЭЭС, в том числе обеспечение надежного и качественного электро- и теплоснабжения потребителей, достижение максимального экономического эффекта работы ЭЭС и рынка электроэнергии в целом.
В последнее десятилетие электроэнергетическая отрасль подверглась значительным переменам. Изменились формы собственности в электроэнергетике, осуществился переход от административно - командных методов управления к методам экономического стимулирования, создан федеральный оптовый рынок электроэнергии (мощности) (ФОРЭМ). В результате широкомасштабной реструктуризации, наряду с регулируемым сектором, был запущен в работу новый для российской энергетики конкурентный сектор свободной торговли, в рамках реализации модели оптового рынка переходного периода. Все это не могло не затронуть технологии суточного планирования, когда наряду с технико-экономическими показателями работы генерирующего оборудования субъекта, стал необходим учет договорных обязательств и экономических интересов каждого участника рынка.
Технология суточного планирования претерпела серьезные изменения, была пересмотрена целевая функция задачи, осуществлялся поиск новых методов и подходов к ее решению, отрабатывались новые критерии планирования и оптимизации режима. При этом адаптацию технологии необходимо было произвести в кратчайшие сроки, обеспечив как востребованные на рынке критерии оптимизации, так и сохранив при этом высокое качество результатов.
Важная роль суточного планирования в решении задачи бесперебойной и экономически эффективной работы электроэнергетической отрасли, недостаточный объем научно-технических проработок по проблеме краткосрочного планирования и решения задачи оптимизации в условиях функционирования оптового рынка, - предопределяют актуальность данной работы и востребованность ее результатов в профессиональной деятельности структур оперативно-диспетчерского и экономического управления энергосистем Единой энергетической системы России.
Цели работы.
1. Разработка математической модели суточного планирования и оптимизации режимов субъектов объединенной энергосистемы (ОЭС).
2. Развитие данной модели и ее адаптация к суточному планированию в различных рыночных условиях.
3. Внедрение математической модели и анализ ее практического применения в условиях ФОРЭМ и оптового рынка электроэнергии (мощности) переходного периода на примере ОЭС Центра.
Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач применены: системный подход к вопросам суточного планирования, математическое моделирование задачи суточного планирования и оптимизации субъектов ОЭС, методы оптимизации режимов ОЭС с использованием вычислительной техники.
Научная новизна. В Диссертации получены следующие новые научные результаты:
1) сформулирована постановка задачи суточного планирования и оптимизации в условиях регулируемого и оптового рынка электроэнергии (мощности) переходного периода;
2) разработана математическая модель суточного планирования и оптимизации режимов субъектов ОЭС и механизмы ее адаптации к различным рыночным условиям;
3) разработаны предложения по выбору целевой функции и критериев оптимизации при суточном планировании в различной рыночной среде;
4) разработаны и реализованы методы практического применения полученных результатов оптимизации режимов работы субъектов ОЭС на предстоящие сутки;
5) обобщены и систематизированы результаты исследования вопросов оптимизации суточного режима в современных условиях.
Достоверность результатов Достоверность результатов исследования подтверждаются их ежедневным фактическим использованием в практике оперативно-диспетчерского управления при суточном планировании режимов работы субъектов ОЭС Центра. Достоверность также обусловлена практическим подтверждением предсказанных значений выбранных целевых функций на основе предложенных критериев оптимизации.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанная математическая модель суточного планирования и оптимизации внедрена на практике в ОДУ Центра, как при расчетах в условиях функционирования регулируемого сектора, так и в условиях работы конкурентного сектора свободной торговли. Предложенные автором целевая функция и критерии оптимизации суточного планирования режимов реализованы на практике в программных комплексах для каждой из моделей функционирования оптового рынка. Выявлены факторы, влияющие на выбор того или иного критерия оптимизации в условиях регулируемого сектора, и даны предложения по их практическому применению.
Разработанное при участии автора программное обеспечение оценки стоимостного баланса получило практическое применение в ОДУ Центра при выборе оптимального решения в задаче суточного планирования. Использование данного программного обеспечения позволило положительно влиять на изменение индикатора регулируемого рынка - стоимостной баланс, который сохраняет свою актуальность и в условиях действия оптового рынка переходного периода.
Разработанный метод актуализации постанционных графиков генерации успешно реализован на практике при суточном планировании режимов в программном обеспечении «актуализации генерации». Данный метод дает существенный экономический эффект на результаты постанционной оптимизации для субъектов оптового рынка и позволяет проводить указанную оптимизацию без расширения расчетной энергетической схемы.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации и отдельные её части докладывались и обсуждались на:
1. Седьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (февраль 2001 г., г. Москва, МЭИ (ТУ)).
2. Третьей Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (2003 г., г. Благовещенск, АмГУ).
3. Конференции Молодых специалистов электроэнергетики (сентябрь 2003 г., г. Москва, ВНИИЭ).
4. Конференции «Современные методы и программные средства анализа и планирования электропотребления, балансов мощности и электроэнергии» (ноябрь 2003 г., г. Москва, ВНИИЭ).
По работе имеются четыре публикации.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, библиографического списка, состоящего из 63 наименований, шести приложений. Основной текст изложен на 130 страницах, включает 14 рисунков. Общий объём диссертации 150 страницы.
В первой главе приведен обзор и сравнительный анализ существующих мировых моделей рынков электроэнергии и мощности с целью эффективного учета зарубежного опыта при реформировании энергетического сектора России. Для этого рассмотрены основные модели управления электроэнергетикой и проанализирован международный опыт развития моделей энергетических рынков различных стран.
При рассмотрении международного опыта взаимоотношений Системного Оператора (СО) и Администратора Торговой Системы (АТС) были описаны примеры разделения их функций и взаимодействие эти структур на этапе суточного планирования режимов, что является в настоящий переходный момент развития российской энергетики чрезвычайно актуальным вопросом.
Наряду с международным обзором дан краткий анализ существующей модели рынка России и процесса его реформирования. При этом выявлены основные недостатки действующей модели и с учетом зарубежного опыта обозначены основные направления реформирования электроэнергетического сектора России.
В рамках рассмотренной рыночной среды функционирования диспетчерского управления произведена постановка задачи суточного планирования и оптимизации режимов работы субъектов объединенной энергосистемы (ОЭС), что и являлось основной целью данной главы. Произведен комплексный обзор литературы по развитию и решениям задач оптимизации с выявлением имеющихся результатов и пробелов в литературе по проблеме оптимизации в рыночных условиях.
Рассмотрены современные задачи и проблемы планирования оптимальных суточных режимов и обозначены необходимые направления улучшения современного процесса суточного планирования.
Сформулированная постановка задачи позволила перейти к определению модели суточного планирования, а также описанию структуры оптимизационных расчетов и поиску целевой функции и критериев оптимальности режимов работы субъектов оптового рынка.
Вторая глава посвящена разработке математической модели суточного планирования и оптимизации с целью ее последующей адаптации к работе, как в условиях регулируемого рынка, так и в условиях действующей модели оптового рынка электроэнергии и мощности переходного периода.
Описаны основные свойства и механизм функционирования оптового рынка электроэнергии переходного периода, как новой для российской энергетики модели оптового рынка, основанной на конкурентных отношениях. При этом раскрыта 3-х секторная структура рынка с анализом работы каждого сектора и взаимосвязью между ними. Проведена аналитическая оценка выгодности реструктуризации рынка электроэнергии для участников рынка, участвующих в торгах.
Рассматривая поочередно две модели оптового рынка, для каждого из вариантов предложены:
- механизм адаптации разработанной математической модели суточного планирования к рассматриваемому варианту функционирования оптового рынка;
- целевая функция, критерии оптимизации и система ограничений на искомый функционал.
При этом для регулируемой модели рынка рассмотрены существующие противоречия при выборе целевой функции и дан анализ различных подходов к этому выбору. В результате определены критерии оптимизации суточных режимов с разделением на критерии оптимизации по электроэнергии и по мощности.
Для модели оптового рынка переходного периода выбор целевой функции и критериев оптимизации осуществлялся на каждом из этапов формирования результирующего расчетного диспетчерского графика. Разработан метод разнесения оптимальных графиков генерации, полученных на этапе расчета предварительного диспетчерского графика по оптимизируемым субъектам энергетической схемы ОЭС Центра - по отдельным электростанциям АО - энерго, представленных в электрической схеме.
В третьей главе подробно рассмотрена практическая реализация полученных результатов от внедрения разработанной математической модели суточного планирования и оптимизации на примере режимов ОЭС Центра, для каждой из моделей оптового рынка.
Для каждой модели подробно описаны основные этапы и процедура составления графиков производства и потребления мощности на каждом из характерных этапов составления диспетчерского графика, алгоритмы и инструменты, применяемые на этапе суточного планирования для формирования оптимальных режимов по каждому из субъектов ОЭС.
Приведен сводный анализ результатов суточной оптимизации в условиях функционирования каждой из моделей оптового рынка на основе проведения реальных расчетов на примере режимов ОЭС Центра, а также сделаны подробные выводы об эффекте практического применения разработанных моделей суточного планирования.
