Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из важных показателей, характеризующих эффективность функционирования электроэнергетических систем (ЭЭС), является надёжность. Работа ЭЭС неизбежно сопровождается разнообразными возмущениями, как внутренними (отказами оборудования, ошибками персонала), так и внешними (условиями спроса на электроэнергию, первичными энергоресурсами, воздействиями среды). Эти возмущения снижают возможности выполнения системой своих функций, уменьшая тем самым её надёжность. Выбор оптимальных средств обеспечения надежности, потребности исследования новых аспектов надежности требует подробного исследования процессов функционирования и развития ЭЭС. С этой целью создаются методы и модели анализа и обеспечения надежности ЭЭС.
В моделях надежности ЭЭС можно выделить три блока:
формирование расчетных состояний ЭЭС («вероятностный блок»);
оптимизация режимов расчетных состояний;
вычисление показателей надежности («блок оценки надежности»). Характеристики блока оптимизации режимов расчетных состояний (БОР)
определяют эффективность всей вычислительной модели надежности ЭЭС. От этого блока, прежде всего, зависит возможность учета различных факторов, влияющих на оптимальность функционирования ЭЭС и быстродействие модели надежности. Технические и хозяйственные изменения в работе современных ЭЭС в связи с изменениями внешних экономических условий их функционирования отражаются на формировании новых требований и подходов к БОР. Поэтому данная работа посвящена проблеме разработки блоков оптимизации расчетных режимов (нормальных и послеаварийпых, как дефицитных, так и бездефицитных), предназначенных, в основном, для программ расчетов показателей надежности сложных ЭЭС, работающих в современных рыночных условиях.
В этой области разработан целый ряд подходов и моделей. Развитие одного из таких подходов с целью учета новых технических и хозяйственных условий и стало задачей настоящей работы.
Конкретные цели и задачи данной работы следующие:
- критический анализ существующих методов и алгоритмов БОР, свя
занных, как правило, с минимизацией дефицитов мощности, и выбор на этой
основе путей создания, развития и совершенствования моделей оптимизации
режимов для вычислительных комплексов оценки надежности современных
ЭЭС;
- выбор и реализация метода оптимизации режимов, который бы
наилучшим образом обеспечивал решение поставленной задачи;
- совершенствование, развитие имеющихся и создание новых математических моделей оптимизации расчетных режимов в задаче оценки надёжности ЭЭС в следующих направлениях:
учет технических характеристик оборудования ЭЭС с целью повышения практической достоверности результатов решения;
учет экономических характеристик выработки и потребления электроэнергии для расчета дефицитных и бездефицитных режимов;
учет условий работы ЭЭС на оптовом рынке мощности и энергии;
повышение устойчивости и быстродействия вычислительных процессов;
-обеспечение универсальности - создание соответствующих программ, позволяющих автоматизировать процесс исследований (выбор решаемой задачи, выбор модели оптимизации режимов при оценке надежности, оперативно создавать новые расчетные схемы, включая анализ данных для выявления возможных грубых ошибок, редактировать их, создавать копии получаемых результатов, удобных для анализа и др.);
- оценка влияния различных стратегий оптимизации расчетных режимов на обеспечиваемую надежность
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Обоснование целесообразности применения в моделях надежности
ЭЭС комплекса различных блоков оптимизации режимов.
2. Содержательные постановки, математические формализации и
алгоритмы решения задач оптимизации режимов ЭЭС для программ оценки их
надежности
-
Результаты анализа применимости различных постановок и способов решения рассматриваемой задачи для конкретных условий исследования надежности ЭЭС.
-
Результаты исследования свойств разработанных моделей.
-
Результаты исследования свойств ЭЭС и стратегий управления ими с помощью данных моделей.
Методика выполнения работы. При выполнении данной работы использовались методы математического (линейного и нелинейного) программирования, имитационного моделирования, сравнительного анализа, новые возможности программирования и вычислительной техники.
Адекватность моделей и достаточная точность решения поставленных задач проверены на большом числе расчетов режимов различных ЭЭС, сопоставлением результатов, получаемых по разработанным моделям и по другим моделям расчета режимов, а также сравнением получаемых решений с реальными режимами в ЭЭС.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
адаптация одного из эффективных методов математического программирования - метода внутренних точек (МВТ) в соответствующих его модификациях к задачам оптимизации режимов расчетных состояний ЭЭС в соответствующих моделях надежности;
рационализация алгоритмов, реализующих МВТ для указанных выше задач (оптимизация и повышение устойчивости вычислительного процесса, анализ и подбор констант МВТ для решаемого класса задач);
содержательная формулировка и математическая формализация новых постановок задач оптимизации режимов ЭЭС, учитывающих дополнительные
технические характеристики ЭЭС, впервые учтены экономические и хозяйственные особенности рыночных условий работы систем;
создание моделей, реализующих различные стратегии оптимизации режимов на основе разных целевых функций и ограничений, а также комплексное их применение в вычислительном инструменте по оценке надежности ЭЭС.
Практическая значимость. Предложенные модели позволяют учесть ряд новых факторов функционирования и развития ЭЭС на современном этапе и на этой основе принимать более объективные решения при управлении ЭЭС с учетом фактора надежности. Разработанные модели оптимизации расчетных режимов были широко использованы в ходе исследований различных аспектов надежности конкретных ЭЭС (ОЭЭС Востока на перспективу до 2010 года, электроэнергетической безопасности РФ, различные стратегии взаимопомощи ЭЭС в условиях оптового рынка и др.).
Реализация результатов работы. Результаты исследований были применены при выполнении работ по темам и научным программам координационных планов .Госкомитета по науке и технике при СМ СССР; ОФТПЭ РАН; Постановлениям Правительства и Минтопэнерго РФ: 1.9.3.5 на 1990 - 1995 и 1.9.3.2 (1.4) на 1996 - -1998 г. и др.
По тематике исследований опубликованы статьи, выпущены отчеты по НИР. Методические разработки использовались в учебном процессе по электроэнергетическим специальностям Иркутского государственного технического университета.
Апробация. Основные положения диссертации неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах, совещаниях и конференциях различного уровня как отечественных, так и зарубежных, в том числе:
на 4-ой международной конференции PSCM, Лондон, август 1996г.;
Международной Летней 1997 года конференции Общества инженеров-энергетиков (IEEE), Берлин, июль 1997 г.;
на научном семинаре "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", Мурманск 1996, Санкт-Петербург, 1997 г.
Диссертационная работа обсуждалась и была одобрена на Всероссийском научном семинаре "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", Иркутск, 1998 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе отдельные разделы в коллективной монографии ("Методы управления физико-техническими системами энергетики в новых условиях", - Новосибирск: Наука, Сиб. Издательский филиал РАН, 1995 // Воропай Н.И., Новицкий Н.Н., Сеннова Е.В. и др.;). Публикации отражают основные результаты диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений, содержит 120 страниц текста, Iff рисунков и 2.U таблиц. Список использованной литературы включает 46 наименований.
Похожие диссертации на Методы и алгоритмы оптимизации расчетных режимов при оценке надежности сложных электроэнергетических систем
