Содержание к диссертации
Введение
Глава І. Методика опріщеления прицельной возможности промышленного потребителя по условиям сохра нения планового задания при кратковржмшых отключениях его нагрузки 17
1.1. Предельная возможность предприятия с одним регулируемым технологическим звеном 20
1.2. Предельная возможность предприятия с двумя регулируемыми технологическими звеньями 25
1.3. Учет времени восстановления нормального технологического режима после КОН при определении предельной возможности предприятия 35
1.4. Формирование стандартизованной информации по промышленным предприятиям для определе ния степени их регулируемости 40
Глава II. Экономическо-математическая модель для оценки дополнительных издержек промышленного потребителя, связанных с кратковременным от ключением его нагрузки 52
2.1. Структура дополнителышх издержек промыш ленного потребителя при отключении части его нагрузки 54
2.2. Оценка дополнительных издержек промышленного потребителя с одним регулируемым технологическим звеном 59
2.3. Оценка дополнительных издержек промышленного потребителя с двумя регулируемыми
' технологическими звеньями 62
2.4. Формирование информации по дополнительным издержкам для оптимального распределения отключаемой нагрузки между промышленными потребителями 74
Глава III. Оптимизация распределения отключаемой на грузки мщу потребителями в концентриро ванной ЭЭС " 82
3.1.Оптимальное распределение отключаемой наг рузки между потребителями 83
3.2. Учет неоднозначности длительности дефицитного состояния в ЭЭС при оптимизации РОН 90
3.3.Определение наивыгоднейшего объема сработ- ки накопителей у потребителей при двух взаимосвязанных КОН 100
Глава ІV. Учет прщельных вошомостеи пп и распределение отключаемой мощности мевду ними при проведении кон в концентрированной ЭЭС 107
4.1.Исходная информация 107
4.2. Определение предельных параметров КОН по промышленным потребителям и распределение 'отключаемой натру зки между ними 111
4.3.Народнохозяйственная эффективность наивыгоднейшего распределения отключаемой нагрузки 115
4.4.Влияние КОН на технико-экономические показа тели ПП 120
Заключение 122
Литература . 130
Приложение
- Предельная возможность предприятия с двумя регулируемыми технологическими звеньями
- Оценка дополнительных издержек промышленного потребителя с одним регулируемым технологическим звеном
- Учет неоднозначности длительности дефицитного состояния в ЭЭС при оптимизации РОН
- Определение предельных параметров КОН по промышленным потребителям и распределение 'отключаемой натру зки между ними
Введение к работе
Актуальность проблемы. Как известно, энергооборудование электроэнергетических систем (ЭЭС) не может обладать абсолютной надежностью, т.е. отказы в работе энергооборудования являются объективно обусловленными и закономерными. Здесь не меняет дело и наличие аварийных резервов мощности в ЭЭС, так как вероятность отказов у самого резервного оборудования также не равна нулю /I/. Следует отметить, что в последние годы по ряду причин в ЭЭС различных регионов страны снизился уровень резервирования. Следовательно, возможность появления дефицитов мощности в ЭЭС - объективная реальность, а значит время от времени будут возникать ограничения электропотребления.
Одним из эффективных способов предотвращения дальнейшего развития аварий в объединенных электроэнергосистемах (ОЭЭС) является управление нагрузкой ЭЭС, а именно экстренняя разгрузка дефицитных ЭЭС за счет кратковременного отключения нагрузки, как это показано в /2/, специально подготовленных энергоемких промышленных потребителей (ІЇЇІ) электроэнергии. То есть создание автоматизированной системы управления нагрузкой ЭЭС на базе энергоемких Ш.
Имевшие место крупные аварии в энергообъединениях США /3,4/ показывают, к чему может привести стремление избежать даже небольших ограничений электропотребления. У нас в стране широкое распространение получила различного рода противоаварийная автоматика (автоматическая частотная разгрузка - АЧР, система автоматического отключения нагрузки - САОН), внедрение которой позволяет ценой некоторых потерь при частичном отключении нагрузки ШІ избежать развития больших потерь от "развала" ОЭЭС и погаше ния электропотребления в крупных районах /5-Ю/.
Следующим обстоятельством, приводящим к периодическому ограничению электропотребления, является напряженность энергетического баланса в различных регионах страны, т.е. в период прохождения максимума нагрузки в целом ряде ЭЭС имеют место кратковременные отключения части нагрузки ПП х.
Также весьма важным вопросом в управлении режимом электропотребления являются достаточно жесткие требования АЭС к нагрузке в период ночного провала. В статье В.Доброхотова "Энергетике-свободу маневра" показано, что в настоящее время "лишняя" мощность в ночное время измеряется 43 миллионами киловатт. Одним из возможных способов увеличения числа часов использования генерирующей мощности в ЭЭС и выравнивания режима нагрузки АЭС могло бы быть временное ограничение электропотребления в период максимума с догрузкой ПП в часы ночного провала.
Таким образом, все сказанное свидетельствует о том, что хотя конечная задача функционирования ЭЭС - бесперебойное и качественное электроснабжение потребителей, однако кратковременные отключения нагрузки (КОН) являются объективно реальными, а в ряде случаев и целесообразными.
Если время от времени приходится отключать часть нагрузки тех или иных ПЇЇ, то логично было бы так организовать КОН, чтобы связанные с этим экономические потери были минимальными. Несмотря на увеличение, в последние годы, числа КОН в ряде ЭЭС х на практике временные ограничения электроснабжения ЇЇП проводятся без проверки выполнимости потребителями своих плановых заданий по выпуску целевой продукции, без какого-либо технико-экономического обоснования очередности, глубины и продолжительности отключения тех или иных ШІ /11-13/.
Хотя в некоторых ЭЭС делают попытки к упорядочению КОН потребителей (например, приурочивают к часу пика нагрузки системы профилактические осмотры технологического оборудования ПП с отключением агрегатов), однако в методическом плане отсутствуют разработки, позволяющие оптимизировать параметры ограничения электроснабжения конкретного потребителя, выбрать наивыгоднейшую очередность и состав отключаемых ПП с условием сохранения у них плановых заданий и с учетом интересов смежников, т.е. с соблюдением договорных обязательств по поставкам.
Предварительные исследования, проведенные в Казахском НИИ энергетики /14/ показали, что только по одной из ЭЭС Казахстана за счет выбора наивыгоднейшего состава отключаемых ПП с условием сохранения государственных плановых заданий и графиков (договорных обязательств) поставки продукции смежникам, можно сэкономить до одного млн. рублей в год по сравнению с существующей практикой проведения КОН.
Поэтому вопросы сохранения плановых заданий ПП, подвергаю щихся КОН, учет интересов смежников и минимизация экономических потерь имеют важное народнохозяйственное значение. А разработка методов, алгоритмов и программ для решения этих задач является весьма актуальной.
Научная новизна. Предусматривая возможность периодического отключения части нагрузки потребителей электроэнергии необходимо принимать соответствующие меры.
В первую очередь, для каждой ожидаемой длительности дефицитного (по мощности) состояния ЭЭС необходимо определить допустимую величину отключчаемой нагрузки у конкретного ШІ. В конечном итоге по параметрам ограничения электроснабжения - длительности перерыва и допустимой величины отключаемой мощности требуется охарактеризовать предельную регулирующую способность ШІ, в диапазоне которой выпадающие на предприятие КОН не приводили бы к недовыполнению или срыву государственных плановых заданий и к нарушению договорных обязательств по поставке выпускаемой ими продукции смежникам.
Поскольку любое вмешательство в сложивщийся режим электропотребления действующего ПП сопряжен с увеличением эксплуата -ционных издержек производства и они различны у разных потребителей, то КОН (разумеется, с учетоом предельных регулирующих способностей) необходимо осуществить таким образом, чтобы величины дополнительных издержек как по отдельным, так и по группе отключаемых ПП были минимальными.
Разработка методов определения предельных регулирующих способностей ПП и минимизации дополнительных издержек производства за счет выбора наивыгоднейшего состава отключаемых потребителей в условиях временного дефицита мощности в концентрированной ЭЭС.
Предпосылкой для объективной оценки возможности сохранения своих плановых заданий по выпускаемой продукции несмотря на наличие КОН и цены его выполнения необходимо соблюдение следующих основных условий:
Во-первых, кратковременные отключения нагрузки потребителя ни в коем случае не должны приводить к ситуациям, угрожающим жизни и здоровью персонала, к поломке оборудования, порче полуфабрикатов и готовой продукции. Для этого необходимо выделить такие электроприемники, отключение которых приводило бы только к снижению производительности Ш. Весьма специфическим вопросом при выделении электроприемников является реконструкция схемы внутреннего электроснабжения (разумеется, если в этом есть необходимость). Существо этой реконструкции сводится к тому, что некоторые весьма ответственные электроприемники (возможно и маломощные) переводятся на самостоятельную систему шин, что позволит при КОН оставлять их в работе /15,16/. Иными словами эти электроприемники, отключение которых недопустимо переводятся в состав так называемой "аварийной брони".
Во-вторых, периодические отключения не должны препятствовать выполнению потребителем государственных плановых заданий по выпуску целевой продукции. Необходимой предпосылкой выполнения этого условия является наличие определенных внутренних (технологических) резервов по производительности, которые, как известно, имеются у любого ШІ. Эти резервы служат для компенсации, если так можно выразиться, "внутренних отказов" у потребителя, например, отказов в работе технологического оборудования, повреждении в схеме внутреннего электроснабжения, возможных перебоев в поставке сырья и т.п.
Из-за малой вероятности одновременной мобилизации резервной производительности у всех ПП, в зоне рассматриваемой ЭЭС для компенсации "внутренних отказов" можно при проведении КОН х рас аир считывать на эти резервы . Кроме того, в качестве внутреннего резерва у ПП можно использовать догрузку технологического оборудования. Это, когда по каким-либо причинам (по существу в настоящее время для ПП установлено такое плановое задание) в условиях нормальной эксплуатации основное оборудование не полностью загружено. Для восполнения временно недовыработанной продукции можно также использовать возможность сверхноминальной загрузки (форсировки) оборудования (разумеется, если это допустимо по техническим и технологическим причинам).
В-третьих, отключение части нагрузки ПП не должно приводить к срыву графиков поставки производимой им целевой продукции смежникам, т.е. не должно иметь место (под предлогом КОН) нарущение государственной дисциплины. Для этого единственно возможным способом является частичное складирование в накопителях (складах) либо полуфабрикатов, либо готовой продукции, либо тех и других. Тогда снабжение смежников ЭЙВЕ будет обеспечиваться за счет запаса полуфабрикатов или товарной продукции. После ликвидации дефицитного состояния в ЭЭС за счет мобилизации внутренних резервов ПП должна осуществляться заполнение накопителей, чтобы подготовиться к следующем КОН.
В-четвертых, поскольку работа ПП в условиях КОН неизбежно будет сопряжено с некоторыми дополнительными эксплуатационными издержками производства, то они (вернее минимальная величина этих издержек) и должны служит мерилом экономических последствий от перебоев в электроснабжении.
В-пятых, необходимо выбрать такой состав отключаемых потребителей при возникновении дефицитного состояния в ЭЭС, чтобы суммарные дополнительные издержки по всем этим ПЇЇ были минимальными.
Несмотря на кажущуюся простоту и очевидность перечисленных выше основных требований для работы ПП в режиме периодического КОН, их выполнение выливается в весьма сложную и не решенную задачу. Это объясняется тем, что при выполнений этих условии уже ШІ может выступать не только как элемент народного хозяйства, выполняющего свои основные функции - производство определенного целевого продукта, но и как объект КОН ЭЭС.
Основные задачи, возникающие с работой ПП в качестве объекта электроэнергосистемы.
I. Если предусматривается комплексное назначение ПП, то первой важной и весьма сложной задачей является детальное изучение технологических особенностей конкретных производств. Конечной целью этой задачи должна быть специальная подготовка ПП для участия в КОН с учетом вышеперечисленных требований. Хотя описанные требования могут быть реализованы почти на любом ПП (если там имеются хот& какие-нибудь электроприемники, отключение которых удовлетворяют эти условия), однако практический интерес представляют, в первую очередь, энергоемкие ПП с высокой концентрацией мощностей в электроприемниках. Это объясняется не только тем, что дополнительные издержки, связанные с КОН, у них, как правило, меньше чем у неэнергоемких ШІ, но и возможностями дальнейшего внедрения автоматики, которая управляла бы нагрузкой этих ЇЇП при дефицитных ситуациях в ЭЭС /2,16/,
Несмотря на наличие работ, посвященных потребителям-регуляторам /18-28/, еще совершенно недостаточно исследованы вопросы специальной подготовки Ш для использования их в качестве централизованной (причем оперативно) управляемой нагрузки х ЭЭС. Сложность задачи объективного изучения технологических особенностей отдельных ПП для подготовки к участию в КОН объясняется тем, что эти вопросы являются узкоспециальными для каждой отрасли промышленности и требуют привлечения специалистов соответствующего профиля.
2. Следующей важной задачей с народнохозяйственных позиций при КОН тех или иных (уже подготовленных для работы в таком режиме) ШІ является определение их предельных регулирующих способ-ностей, при которых временное отключение не приводит к невыполнению плановых заданий по выпускаемой продукции и нарушению государственной дисциплины, выражающегося срывом графиков поставки смежникам производимой ими продукции. Иными словами, эта задача сводится к определению таких параметров КОН (предельной величины отключаемой мощности при некоторой ожидаемой длительности дефицитного состояния в ЭЭС) конкретных ПП, которые не приводят к нарушению договорных обязательств предприятия. Для краткости в дальнейшем эту задачу назовем определение предельной возможнос-ти ПП.
3. Как было сказано выше, выпуск ПП запланированного объема целевого продукта в условиях периодических КОН будет неизбежно связан с увеличением эксплуатационных издержек производства. Эти Если не считать успешно развивающейся системы САОН, где технико-экономические аспекты отключения ПП не учитываются.
дополнительные издержки зависят (причем существенным образом) как от типа подвергаемого отключению ПЇЇ (медеплавильный завод, или фосфорное производство, или завод по производству карбида), так и от параметров КОН. В связи с этим возникают следующие весьма важные задачи:
а) объективная оденка минимальных дополнительных издержек, связанных с КОН отдельных ШІ. Общеизвестным (а зачастую и единственно возможным) инструментом для технико-экономических оценок действующих (или проектируемых) установок и оптимизации их параметров является, как известно, экономико-математическое моделирование (ЭММ). Хотя моделированию последствий, связанных с перебоем в электроснабжении ПП посвящено множество исследовании /29-34/. где анализируются взаимосвязи сложных технологических схем производства, однако в этих работах отсутствует учет предельных возможностей ПП, т.е. при тех или иных параметрах КОН не анализируются возможности ПП по условию выпонимости ими пяа- новых заданий и сохранения графиков поставки продукции смежникам;
б) организация такой очередности КОН (с учетом п. "а"), при которой величина суммарных дополнительных издержек по всем отключаемым ПП в зоне рассматриваемой ЭЭС была бы минимальной. Следовательно, при возникновении каждого дефицитного состояния в ЭЭС должна решаться и технико-экономическая задача оптимального распределения отключаемой нагрузки (РОН) между ПП.
В свою очередь, параметры дефицитного состояния в ЭЭС могут случайным образом принимать самые различные значения, т.е. они заранее не могут быть известными. Поэтому при оптимизации РОН между ПП возникает необходимость учета неполноты информации по параметрам дефицитного состояния в ЭЭС.
4. В общем случае структура электропотребления в различных ЭЭС также различна. Это вполне понятно, поскольку ІШ одного и того же типа не могут быть "равномерно размещены" по территории ОЭЭС. Поэтому суммарные дополнительные издержки, связанные с КОН также неодинаковы в различных ЭЭС. Если к тому же учесть, что возникновение дефицита мощности в той или иной ЭЭС может меняться случайным образом, то становится ясной целесообразность "перераспределения дефицитов мощности" по условию минимума дополнительных издержек уже по всей ОЭЭС с учетом ограничений по пропускным способностям ЛЭП и предельной отключаемой мощности. Следовательно, оптимизация РОН выдвигает целый комплекс задач, котоорые должны решаться, как на уровне диспетчерского управления ЭЭС, так и на более высоких уровнях (ОДУ). Следует отметить, что в задаче оптимизации РОН при нелинейной зависимости дополнительных издержек от параметров КОН пока еще мало проработок /35-38/, это, естественно, вытекает из недостаточной разработанности технико-экономических аспектов КОН.
5. Наконец, в плане централизаванного управления нагрузкой ЭЭС весьма важной задачей при возникновении дефицитов мощности, является создание автоматизированной системы управления нагрузкой (без которой невозможно реализовать оперативность управления) на базе специально подготовленных энергооемких ПП /2/. Следует отметить, что в настоящее время назрели технические и технико-экономические предпосылки для создания такой системы, так как в народном хозяйстве все шире применяются микропрцессорная вычислительная техника. Например, сейчас как у нас в стране, так и за рубежом используются мини ЭШ пока лишь для учета и контроля рациональным расходованием энергоресурсов в промышленности.
Таким образом, все сказанное свидетельствует о том, что вопросы управления КОН промышленных потребителей электроэнергии сопряжено с решением целого комплекса технических и техниковэко-номических задач. Данная работа включает только лишь ряд актуальных задач этой большой проблемы в направлении разработки алгоритмических и программно-информационныз вопросов.
Цель данной работы. Для состояния концентрированной ЭЭС, характеризируемой временным дефицитом мощности разработка методов оптимизации параметров ограничений электроснабжения отдельного действующего ПП, выбора наивыгоднейшего состава отключаемых потребителей с условием сохранения у них плановых заданий и графика поставки продукции (полуфабрикатов) смежникам при минимуме дополнительных издержек как по отдельному, так и по группе отключаемых предприятий. Для достижения этой цели необходимо разработать следующий комплекс алгоритмов и прграмм:
а) определение предельной возможности ШІ, выделенного в качестве объекта КОН, т.е. таких параметров КОН (величины допустимой отключаемой мощности VnP для ожидаемой продолжительности перерыва "2" ), при которых у ІШ еще сохраняется плановое задание по выпускаемой продукции и не нарушается график поставки целевой продукции смежникам;
б) оценки минимальных дополнительных эксплуатационных издержек ПП ( И = rain,), связанных КОН, с учетом взаимовлияния технологических звеньев единого производства;
в) подготовки (стандартизации) информации (технико-экономических показателей) по отдельным ШІ для оптимального управления КОН;
г) выбора наивыгоднейшей очередности и состава отключаемых ПП при дефиците мощности в ЭЭС по условию минимума суммарных дополнительных издержек по всем отключаемым потребителям с учетом их предельных возможностей;
д) учета неполноты информации по некоторым параметрам, ха-рактеризирующих дефицитное состояние ЭЭС при оптимизации состава отключаемых ШІ, т.е. распределении отключаемой нагрузки.
Основные методические вопросы, разрабатываемые в данной работе, и практическое их приложение для выбора оптимального состава отключаемых Ш в виде блок-схемы приведены на рис. I.
В плане практической реализации разработанные алгоритмы и программы использованы для получения графиков наивыгоднейшего распределения отключаемой нагрузки между ПИ с условием сохранения у них плановых заданий и договорных обязательств по поставке продукции смежникам при различных параметрах дефицитного состояния в Карагандинской ЭЭС.
Использование экономически обоснованных графиков разгрузки ПП в зоне Карагандинской ЭЭС позволит получить в народном хозяйстве экономический эффект порядка 1000 тыс. рублей в год за счет ранжировки отключаемых потребителей по возрастанию дополнительных издержек производства. Акт внедрения приведено в приложении 2.
Предельная возможность предприятия с двумя регулируемыми технологическими звеньями
Выше был описан способ определения предельной возможности Ш для простейшего случая, когда в роли регулируемой нагрузки у них (т.е. у ЇЇП) выступают однотипные электроприемники, "обслуживающие" одну стадию технологического процесса.
Однако у ряда ПП для отключения могут быть выделены однотипные электроприемники нескольких технологических процессов (например, на медеплавильном заводе первое ТЗ это процесс до выпуска анодной меди, а объект регулирования руднотермические печи, второе ТЗ - электролизные ванны рафинирования меди /14,48-50/). В каждом ТЗ может быть ряд параллельных электроприемников (ряд электропечей, несколько серий электролизных ванн и т.п.), а сами звенья технологически связаны между собой последовательно.
В данной работе рассматривается такое ЇЇЇЇ, где в роли регулируемой нагрузки выступает электроприемники двух последовательных ТЗ производства, соответственно с двумя накопителями (см. рис. 1.3).
В отличие от ПП с одним ТЗ, где запас продукции имеется в одном накопителе {Q-8 ), у предприятия с двумя ТЗ ресурс запасается уже в двух накопителях ( Qf-$t , Qz $i) при суммарной регулируемой нагрузке, равной Л// = Л// J/г (где Л/, и J\l2 мощности электроприемников, выделенные для отключения соответственно по первому и второму ТЗ). Следовательно, максимальное время сохранения графика поставки продукции у ПП с двумя ТЗ можно получить при условии, когда будут сработаны ресурсы обоих накопителей. Иначе говоря, наличие у ПП уже двух последовательных ТЗ выдвигает задачу определения такого времени, при котором максимально можно сохранить график поставки продукции смежникам. Отсюда при "двухзвенной" схеме производства по сравнению с "одно зве нной" ПЇЇ взаимосвязь между отключаемой мощностью и временем сохранения графика поставки более сложная.
Следует отметить,что запасы в первом и втором накопителях не равноценны. Поскольку рассматриваются два последовательных ТЗ, то основным является запас готовой продукции во втором накопителе. Следовательно, полное использование ресурсов в первом и втором накопителях возможно лишь на основе перераспределения отключаемой мощности между электроприемниками отдельных ТЗ.
Допустим, что по заданию ЭЭС у ЇЇП необходимо отключить мощность, равную У . Поскольку основной продукцией с точки зрения обеспечения смежников является продукция второго ТЗ, целесообразно отключение начинать с первого ТЗ, чтобы максимально сработать первый накопитель. Тогда мощность, отключенную в первом ТЗ ( ]/, ), можно определить следующим выражением:(1.5) А второе ТЗ будет подвергаться отключению лишь при условии,если V JV/ , на величину \/2
Время сработки ресурса первого накопителя будет определяться, очевидно ,двумя факторами. Во-первых, величиной мощности,отключенной в первом ТЗ - V/ , и, во-вторых, "спросом" на полуфабрикат второго ТЗ, который, в свою очередь, определяется оставшейся в работе мощностью звена
Если второе ТЗ не подвергалось отключению ( I/ И/,), т.е.работало на полную мощность { г/ а5= г )» то время сработкиресурса первого накопителя ( Т{ ) будет равно:
Если же V JV, соответственно и МгРа.е Мг ,то из-за того, что спрос на полуфабрикат уменьшается,время TY возрастает:
В общем виде время сработки первого накопителя с учетом формул (1.5), (1.6), (1,7) можно записать следующим образом:
Если отключаемая мощность будет больше суммарной мощности электроприемников первого ТЗ, т.е. V JVj ,то наряду со сработкои первого накопителя происходит опорожнение второго накопителя. В таком случае остаток готовой продукции во втором накопителе к моменту полного опорожнения первого накопителя составит:
Здесь, очевидно, возможны три случая: когда Qe 0,4 =0 и #? 0.Сразу же отметим,что если#2=0, то предельное время сохранения графика поставки будет равно времени сработки первого накопителя, т.е. Т = % . Тогда остаются случаи Q2 0 . Рассмотрим случай, когда Qz 0.За время Tf первый накопитель полностью опорожнен и не можем оставить отключенным первое ТЗ, так как оставшаяся в работе мощность второго ТЗ не будет "обеспечена" полуфабрикатом и, как следствие, произойдет вынужденный останов (отключение).Тогда фактически отключенная нагрузка ЇЇП будет превышать заданнув величину V .
Если отключаемую мощность полностью "переложить на плечи" второго ТЗ (разумеется, при условии, когда I/ Л ), то до полного расходования оставшегося ресурса из второго накопителя объемом Q2 может иметь место вынужденное отключение первого ТЗ из-за того, что заполнится первый накопитель. Здесь также нарушается условие I/ = с о nit
Следовательно, для того,чтобы полностью сработать оставшейся ресурс второго накопителя величиной Q2 и выполнить условие\l = const , очевидно, требуется по истечении времени TY так распределить отключаемую мощность (т.е. V ) между ТЗ производства, чтобы их оставшиеся в работе мощности имели одинаковую производительность. Этого можно добиться только при условии, если отношение f/jvf будет равно отношению 2/J\/2 Т.Є.Тогда из равенства (I.I2) и с учетом условия \/f Vz = I/ отключаемую мощность в каждом ТЗ можно найти следующим образом:
Оценка дополнительных издержек промышленного потребителя с одним регулируемым технологическим звеном
Как было сказано в предыдущих главах работы, в качестве объекта КОН рассматриваются энергоемкие промышленные предприятия, включающие один или два регулируемых ТЗ производства. Поэтому экономико-математическая модель (ЭММ) строится применительно к таким схемам производства. Задачей, для решения которой создается ЭММ, является : для любой заданной мощности I/ , которую нужно отключить у данного ПП с продолжительностью т ( разумеется, величины V и t могут быть меньше или равны предельной возможности предприятия), необходимо найти такое сочетание отключаемых электроприемников у Ш, чтобы суммарные ДЭИ были минимальны.
Рассмотрим простейшую однозвенную схему производства (см. рис. I.I) суммарной регулируемой мощностью JVP ,одним накопителем готовой продукции с объемом ресурса Q и величиной внутреннего резерва И , используемого для заполнения накопителя в бесперебойный период после окончания КОН.
Остановимся на отдельных составляющих ДЭИ. Поскольку отключение осуществляется погашением электроприемников,то прямые потери //„можно принять прямопропорциональными, как величине отключаемой мощности по ПЇЇ - V , так и продолжительности КОН - t .Тогда эта составляющая ДЭИ будет равна :где tLn - удельное значение прямых потерь.
Как было отмечено выше, составляющая ДЭИ, связанная с восполнением временно недовыработанной продукции, существенным образом зависит от того, каким видом внутреннего резерва располагает конкретное ЇЇЇЇ (вернее,ТЗ). Если в роли R. у ПП выступает так называемая догрузка технологического оборудования (ПП еще не достиг проектной производительности), то издержки на восполнение практически будут такими же, как при нормальной работе ПП, т.е. величина ДЭИ на восполнение может быть близкой к нулю
Если же в качестве R. у ТЗ используются форсировочные возможности технологического оборудования или малоэкономичное устаревшее оборудование, то величина ДЭИ на восполнение временно недовыработанной продукции будет существенной. Например, при фор-сировке электролизных ванн по производству меди на 20$ перерасход электроэнергии будет порядка 12$ /14,69/. Следовательно, важной информацией для объективной оценки составляющих И6 (когда в качестве резерва выступают форсировка или малоэкономичное оборудование) является зависимость технико-экономических показателей от степени форсировки конкретного технологического оборудования.
Кроме того, ДЭИ на восполнение временно недовыработанной продукции - это функция параметров КОН, т.е. Ие = J (V, ) В свою очередь, J ( Vtz ) конкретного ПП зависит от характера производства (особенностей ТЗ) и от структуры потребителей в зоне рассматриваемой ЭЭС,так как J ( V, -zr ) можно получить в результате распределения отключаемой натру зки3 между всеми ПП в ЭЭС. При строгом подходе нужно было бы учитывать распределение отключаемой нагрузки в ЭЭС через степень сработки накопителей отдельных потребителей.
В данной работе составляющая ДЭИ на восполнение в первом распределительной задаче речь пойдет в следующей главе. ПрибЛИЖеНИИ ПрИНЯТа ПОСТОЯННОЙ удеЛЬНОЙ ВеЛИЧИНОЙ, Т.Є. U8=condtи прямо пропорциональной V и г . Тогда
Таким образом, суммарные дополнительные издержки по Ш с одним регулируемым технологическим звеном составят:
На первый взгляд при такой схеме ПП вроде бы и нет задачи минимизации ДЭИ, поскольку отключаются электроприемники только одного ТЗ.
Следует отметить, что в данной работе мы рассматривали КОН предприятия погашением отдельных (групп) электроприемников.Можно было бы КОН осуществлять другим способом, например, снижением потребляемой мощности всех или части электроприемников,если нет технических и технологических препятствий. Сравнение двух таких способов при осуществлении КОН рассматривается в /40/,но при иных технико-экономических предпосылках, чем в данной работе. Вполне понятно, что ДЭИ в том или другом способе осуществления КОН будут различными. Следовательно, и здесь возникает задача поиска лучшего режима работы ТЗ предприятий со сниженной, вследствие КОН, производительностью, при которой ДЭИ производства будут минимальными. Для решения такой задачи необходимо располагать нагрузочными характеристиками технологического оборудования и разработкой соответствующих моделей и программ.
Теперь рассмотрим ЇЇЇЇ, где в роли регулируемой нагрузки -JJp выступают энергоемкие электроприемники двух последовательных ТЗ производства ( JVf + Ке = Л ), соответственно с двумя накопителями с объемами - #, , Q , а степень их заполненности - и $г . Аналогично однозвенному ШІ здесь тоже примем, что удельные ДЭИ, связанные с простоем ( ий/ , u.njt) и восполнением ( ug , ugg) в каждом ТЗ постоянными величинами.
В общем случае составляющие ДЭИ, возникающие при простое и требующиеся для восполнения временно недовыработанной (вернее израсходованной из накопителей) продукции (полуфабрикатов) в разных ТЗ будут различными. Следовательно, суммарные ДЭИ существенно зависят от того, какая величина нагрузки отключена в 1-м и 2-ом ТЗ производства. Поэтому в отличие от однозвенной схемы производства у ГШ с двумя регулируемыми ТЗ возникает задача минимизации суммарных ДЭИ ( М - min ) за счет оптимального распределения отключаемой мощности величиной V при заданной длительности КОН с между электроприемниками первого { К ) и второго ( ) звеньев.
Прежде чем перейти к изложению алгоритма поиска U -men отметим то обстоятельство, что при распределении отключаемой мощности между ТЗ не всегда имеет место опорожнение первого накопителя из-за отсутствия спроса на полуфабрикат второго ТЗ, а значит не будут ДЭИ, связанные с восполнением склада полуфабриката. Поэтому при подсчете ДЭИ в модели необходимо отдельно рассматривать составляющие издержек по первому ТЗ. А по второму ТЗможно ориентироваться на суммарные удельные издержки (иЛг + Ugz ),
Учет неоднозначности длительности дефицитного состояния в ЭЭС при оптимизации РОН
Как известно, ряд параметров, характеризующих дефицитное состояние ЭЭС, по своей природе заранее не может быть известен. В превую очередь это касается длительности КОН ( t ).Так как отказы в работе энергетического оборудования носят вероятностный характер, то величина продолжительности каждого конкретного КОН может быть различной и заранее неизвестной.
Если же КОН осуществляется в период прохождения максимума нагрузки ЭЭС, то можно было бы говорить о практически детерминированной величине отключения - г , однако из-за случайного характера самой величины электрической нагрузки значение Г может колебаться в каком-либо определенном диапазоне (правда, относительно узком, по сравнению с аварийными отказами и работами про-тивоаварийной автоматики). Сказанное свидетельствует о том, что фактическую продолжительность КОН не всегда можно принимать заданной однозначно. Следовательно, принятие неточного решения, связанного с незнанием фактической продолжительности КОН, при оптимизации РОН сопряжено с некоторыми экономическими потерями. Поэтому имеет смысл,во-первых, оценить эти возможные потери и, во-вторых, принимать такие решения, при реализации которых можно было бы ожидать минимальных потерь.
Рассмотрим сущность экономических потерь, связанных с незнанием реальной длительности отключения потребителей при решении задачи РОН.
Как было показано в главе I, предельная отключаемая мощность каждого ПП зависит от длительности отключения, т.е. УлР= С?:) , Отсюда и резул аты оптимального РОН в ЭЭС будут существенно за висеть от принятой для расчетов продолжительности КОН. Следовательно, несовпадение фактической длительности отключения " с той продолжительностью, на которую мы рассчитываем при оптимизации РОИ, неизбежно даст большие суммарные ДЭИ, чем при ориентации на фактическую длительность .
Допустим,что при оптимизации РОН мы ориентировались на расчетное время, равное ь , а фактическая длительность КОН оказалась меньше, т.е. 2 tp . Тогда,рассчитывая на время tp , мы вынуждены были при оптимизации РОН привлекать более "дорогий" (с большими ДЭИ) ПП, так как предельные возможности, т.е. глубина отключаемой мощности, у "дешевых" (с меньшими ДЭИ) ІШ могут оказаться меньше, чем при расчете на фактическое время (которое меньше Тр ). Это свидетельствует о том, что будет иметь место перерасход ДЭИ с неоправданным отключением "дорогих" ПП.
Если же расчетное время окажется меньше, чем фактическое (т.е. / ),то по истечении времени Тр мы вынуждены будем включить в работу те ПП, у которых исчерпаны предельные возможности, т. е. опоролшены накопители (в противном случае будет иметь место срыв поставок продукции смежникам) и осуществить "новый" РОН с привлечением другого состава (с большими ДЭИ) потребителей. А при правильном предсказании фактической длительности РОН должно быть совсем иным, и суммарные ДЭИ по отключаемым ПП могли бы быть меньшими. Следовательно, опять-таки появляются экономические потери из-за незнания реальных условий при оптимизации РОН. В дальнейшем эти потери назовем "экономическим риском".
Таким образом, &ве сказанное свидетельствует о том, что здесь явно налицо ситуация, требующая принятия решения в условиях неопределенности.
Необходимой предпосылкой при принятия решения в условиях неполноты исходной информации является, как известно, построение так называемой "платежной матрицы" /78-82/, Сущность построения этой матрицы обычно сводится к тому, что для каждого "состояния системы" проигрываются случайные "состояния природы". Для каждой клетки матрицы рассчитываются затраты, которые будут вызваны работой системы в каком-то і -ом состоянии при данном, случайно реализованном / -ом состоянии природы.
Как показано в работах /83-84/, платежную матрицу целесообразно сделать квадратной. В качестве одного аргумента принимаем то значение случайного параметра, на которое мы рассчитывали (применительно к данной задаче это расчетная продолжительность КОН - г ), а другого то, что случайным образом реализовалось (в данном случае это фактическая длительность КОН - z ). Если время, на которое рассчитывали / при оптимизации РОН, принять в интервале от какого-то нижнего г до какого-то верхнего предела Р (т.е. г tp Щ ) с некоторым шагом At% то получим одинаковые шкалы как по строке,так и по столбцу платежной матрицы,
В клетках матрицы будем размещать "экономический риск" (ЭР), связанный с тем, что мы рассчитывали на величину vP , а случайным образом реализовалась величина Тер , отличная от (т.е, Р Ф р ). Если номер строки - і , а столбца - j , то ЭР, соответствующий сочетанию zj , символически можно записать следующим образом ЭРу jj .
Следует отметить, что в той клетке матрицы, где расчетные время совпадает с фактическим (т.е. Г = р ), ЭР будет равен нулю, т.е. P[j]- 0.
Теперь остановимся на составляющих ЭР.
В первую очередь, очевидно,необходимо провести так называв мый эталонный расчет, относительно которого будет рассчитан ЭР. Применительно к данной задаче это оптимальное РОН при фактической длительности КОН t p, которому соответствует эталонное значение ДЭИ - Мэ . Тогда оптимизация РОН в расчете на время, равное г , будет отличаться от эталонной за счет не оптимального состава отключаемых ІШ с соответствующими издержками - 1/#о .
Если же окажется, что tp 2 ,,то этот расчет РОН отличается от эталонного тем, что потребуется адаптация к фактической длительности КОН - tcp с дополнительными издержками Ул % связанными с приспособлением состава отключаемых ПП к длительности г .
Таким образом, ЭР, связанный с неправильно принятой расчетной длительностью КОН при оптимизации РОН, будет равен:
Определение предельных параметров КОН по промышленным потребителям и распределение 'отключаемой натру зки между ними
По результатам обследования и полученной на этой основе информации определены предельные возможности каждого ІЇЇІ для участия в КОН при возникновении дефицита мощности в ЭЭС. Предельные возможности ШІ, как показано в главе I, характеризуются зависимостью между продолжительностью КОН Т и предельно допустимой отключаемой мощностью VnP , при которых у них сохраняются плановые задания по выпускаемой продукции и не нарушается сложившийся график поставки продукции данным производством смежникам. Допустимая глубина отключаемой мощности по каждому ПН при различной продолжительности КОН приведена в таблице 4.2, где нижняя строка характеризует предельную возможность всей ЭЭС. Для наглядности зависимость 14/ = JCt) для некоторых ПП показана на рис. 4.1, а на рис. 4.2 - зависимость предельной отключаемой мощности в ЭЭС от продолжительности дефицитного состояния.
При распределении возникшего в ЭЭС дефицита мощности, дополнительные издержки по отдельным ПП представлены удельными значениями на недоотпущенную электроэнергию. Очередность отключения ПП осуществлялась по возрастанию ДЭИ производства с учетом предельной возможности каждого потребителя.
Следует сказать, что экономически обоснованное распределение отключаемой нагрузки (РОН) можно осуществить только при условии, если параметры КОН будут меньше суммы предельных возможностей всех ПП в зоне рассматриваемой ЭЭС.
При проведении конкретных расчетов по РОН рассмотрены различные параметры дефицитного состояния в ЭЭС, т.е. глубина отключаемой нагрузки Уо и продолжительность КОН t .
Для удобства пользования работниками ЭЭС результатами РОН расчеты (на данном этапе исследования) представлены в табличной форме. В качестве иллюстрации в таблице 4.3 показан сводный график разгрузки потребителей, где сплошной линией проведена предельная возможность групп Ш, выделенных для регулирования, т.е. ЭЭС. Каждая клетка в этой таблице (характеризуемая глубиной дефицита мощности Vo , МВт и ее продолжительностью tr , ч) имеет цифровое обозначение. В свою очередь, каждой цифре (это не что иное, как "шифр") соответствуют очередность и состав отключаемых ЇЇЇЇ с учетом их предельных возможностей (см. таблицу 4.4). Из таблицы 4.4 видно, как изменяются состав ІШ и величина отключаемой мощности у них при одной и той же величине дефицита мощности ( = 150 МВт), но при различной продолжительности КОН ( t -0,5; 1,0; 1,5; 2,0 часа).
Как отмечено ранее, в настоящее время КОН потребителей электроэнергии проводится без технико-экономического обоснования степени участия того или иного ШІ в "компенсации" дефицита мощности в ЭЭС. Это обстоятельство, т.е. отсутствие узаконенного принципа составления графиков отключения Ш, затрудняет подсчет эффекта от предложенного в работе экономического обоснования КОН промышленных потребителей электроэнергии. Поэтому представляет интерес оценить максимально возможный эффект от технико-экономического обоснования КОН потребителей. Для этого рассмотрим два диаметрально противоположных варианта по отключениям ШІ. В первом случае, как это предлагается в данной работе, ранжируем ПП по воз растаншо удельных ДЭИ, а во втором, наоборот, т.е. ранжировку осуществим по убыванию удельных ДЭИ. Не требует доказательства, что разница суммарных ДЭИ между этими двумя распределениями есть максимально возможный эффект ( Этад. ).
Такие расчеты проведены для случаев, когда у ПП рассматриваются минимальные резервы ( Rmin. ), минимальное время восполнения временно недовыработанной продукции ( 7} 10 ч), миншлальные
ДЭИ (awn ) и тая o-fpajc 9 У} 20 ч. Эти расчеты показали, что величина мах меняется от 6 до 17 тыс. рублей на одно отключение (см. рис. 4.3).
Если предположить, что из всех отключений, которые были в 1982 г. в Карагандинской ЭЭС, хотя бы половина попадает в зону Этах і то суммарный нарднохозяйственный эффект составит от 3,0 до 8,5 млн. рублей в год. Если бы применяемые на практике графики отключений Ш отличались всего лишь на 1% от наивыгоднейших, то и в этом случае их корректировка дала бы эффект от 30,0 до 85,0 тыс. рублей в год. В действительности же отклонения от экономически обоснованных графиков отключения будут больше.
Анализ статистического материала по КОН потребителей в Карагандинской ЭЭС показал, что на самом деле отключения ШІ осуществляются примерно пропорционально их потребляемой мощности. Поэтому при оценке экономического эффекта за базовый вариант принято распределение отключаемой нагрузки пропорционально мощности каждого предприятия. Однако в отличие от существующего положения проведения КОН, в этом варианте РОН будем учитывать предельные возможности каждого конкретного ПН.
В качестве сравниваемого варианта рассмотрена предложенное в данной работе РОН по возрастанию удельных ДЭИ с учетом предельных возможностей каждого ПП.
Для определения годового экономического эффекта принята следующая статистика по КОН потребителей (см. табл. 4.5). Отметим, что она на много меньше статистики КОН, имевшей место в 1982 г. в Карагандинской ЭЭС.
Сравнение суммарных ДЭИ по результатам РОН для двух вышеизложенных вариантов (при данной статистике КОН за расчетный год)
