Введение к работе
Актуальность тгрсблеь'ы. На современном зтапе развития зкср-гзти-п управление '.функционированием электроэнергетических систем (ЭЭС) требует качественно иного подхода к проблеме оптимизации релгзлев лх работы. Зто обусловлено концентрацией крупноблочных мощностей з районах, удаленных от узлов потребления; отставанием сетевого строительства; яеуправдяешапз с большой амплитудой з-скеростыэ колебаниями перетоков МОЩНОСТИ ПО НЄ.Т.СЕСЇЄМНЦМ СВЯЗЯМ, зто приводит к загрузке последних, близкой к предельной по ре-зультирутаей устойчивости; снижением показателей надежности энергетического оборудования из-за выработки ресурса; недостаточным резервом мощности в энергосистемах л пропускной ітадностг легенетемных связей, что вызывает яизкоо качество электроэнергии до частоте з напряЕению; высохам уровнем загрязнения окружасаей среды вредшдет вєдестваг.'і! я тепло?,!. Перечисленные факторы свидетельствуют, что з нормальных режимах значения векторов, определяете условия надежности, качества, экономичности я экологии зкработки, передачи з потребления электроэнергии близка к границам допустимости. 3 слояивпшхея условиях оптикжзапдя P022KOB, которая направлена яа повышение эконокзчности работы ЭЭС путем отниудзации суг/маряого расхода условного топлява в заданном цикле управлення при ограничениях на критерии надежности, качества, экология, не отвечает требованиям временя. Необходимо расширить число критериев и оптимизировать режим не по одному, чада всего экономическому критерию, а по всей cobokjпнестн критериев одновременно. Следовательно, оптимизация режимов работы ЭЭС представляет собой титптнуэ многоцелевую) (многокритериальную, векторную) задачу.
Сегодня нет методологии з аягенеряых методов їшогократвра-альной оптимизации регпмов ЭЭС и задача сводится к сднскрптери-альной с ограничениями, налагаемыми на остальные критерии. Поэтому суть проблемы сводится я противоречию между необходимостью в ?.ч»огокритериальнол оптя>,сізапии регкмов и имєезиїяіся возможностями, депускакцез оптзыйзация от однечу критерию.
Задача векторноЗ оптимизации режимов включает задачи структурной и параметрической оптимизаций.
Задача гяюгоцелевой структурно.? оптимизация состоит в
улучшения векторов состояний, определяющих условия надежности, качества, экономичности и экологии режима, путем изменения структуры модели ЭЭС к формулируется следущим образом: при заданном конечном множестве вариантов найти вариант решения наиболее приемлемый по всей совокупности критериев.
Задача многоцелевой параметрической оптимизации режимов ЭЗС состоит в улучшении векторов состояний, определяющих условия надежности, качества, экономичности и экологии режима за счет регулирования управляемых параметров режима при фиксированной структуре модели ЭЭС и формулируется следущим образом: найти такой режим, который не является оптимальным ни по одному критерию, но оказывается наиболее приемлемым по всей совокупности критериев, если задано пространство допустимых режимов.
Учет нескольких критериев при оптимизации режимов ЭЭС в условиях случайности и неопределенности части исходных данных в полной мере согласуется с требованиями системного подхода и повышает обоснованность принимаемых решений.
. Исследования выполнялись в соответствии с планом темы "Разработка автоматизированной системы научных исследований, анализа к корректировки проектных решений по развитию ЕЗЭС СССР" раздела 5.2.2. программы фундаментальных исследований АН СССР до 2000 года "Коренное повышение эффективности энергетических систем" (1989-1991 гг^) и ведомственным планом АН УССР по направлению исследований "Разработка.теории, методов и средств моделирования процессов в энергетике, энергоемких технологиях, создание тренажерных систем и комплексов" (1S91-1S93 гг.), а также планами хоздоговорных работ.
Целью диссертации явилось создание методологии и практического инструментария (моделей, методов, алгоритмов и программ) репения проблеми повышения эффективности структурной .(принятие решений) и параметрической оптимизации режимов районных и объединенных ЗЭС на основе учета нескольких критериев, в том числе в условиях случайности и неопределенности части исходных данных.
Для достижения этой цели в работе решены ел едущие задачи:
-
Создание методологии многоцелевой структурной оптимизации режимов ЭЗС на основе проблемной ориентации общей теории принятия решений.
-
Разработка модели з методов многоцелевой комплексной па-
раметрической оптимизации режимов ЭЭС на основе общей теории векторной оптимизации.
-
Разработка методики учета влияния случайной погрешности характеристик относительного прироста (ХОП) расхода условного топлива на электростанциях на результат оптимизации режима по активной мощности.
-
Оценка величины перерасхода топлива в ЭЭС от неточности реализации рассчитанных оптимальных режимов и погрешности прогноза суммарной нагрузки ЭЭС.
-
Разработка адаптивных моделей прогнозирования годовых и квартальных уровней суммарной нагрузки (электропотребления) ЭЭС и суточных графиков межсистемных перетоков мощности.
-
Разработка алгоритма статистической балансировки мощностей в ЭЭС в плановом периоде.
Автор защищает следующие основные положения:
-
Методологию и инструментарий (модель, метод, алгоритм и программу) принятия решений, позволяющие максимально формализовать процесс принятия заслуживающих доверие, гарантированных решений при нескольких противоречивых критериях, в том числе в условиях случайности и неопределенности исходных данных.
-
Основанные на едином алгоритме модель и методы многоцелевой комплексной параметрической оптимизации режимов ЭЭС при различных операторах выбора (принципах оптимальности) .
-
Методику учета влияния случайной погрешности ХОП станций на результат оптимизации режима ЭЭС по активной мощности.
-
Адаптивные в классе линейной множественной регрессии модели прогнозирования годовых а квартальных уровней суммарной нагрузки ЭЭС, а также суточных графиков перетоков мощности по контролируемым сечениям (линиям) , обеспечивающие отслеживание изменения тенденций процессов.
-
Алгоритм статистической балансировки мощностей в ЭЭС в плановом периоде.
Методы исследования. Элементы теории исследования операций, системного анализа, теории ожидаемой полезности использованы для целей принятия решений при нескольких критериях. Методы регулярной и векторной оптимизации применены для комплексной оптимизации режимов ЭЭС. Статистическое моделирование на ЭВМ использовано для учета случайного характера исходных данных, балансировки
1-7в0к
мощностей в ЭЭС, определения функций полезности, направленного случайного поиска оптимального режима. Определение некоторых функций ущерба, минимального числа независимых испытаний в методе Монте-Карло, вероятностей исходов возможных решений основано на методах теории вероятностей. Множественная линейная регрессия составляет основу адаптивных моделей прогнозирования нагрузка (электропотребления) и суточных графиков перетоков мощности по можсистемнык связям.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.
-
Создана методология оценки., эффективности технических решении с учетом их влияния.на основные цели функционирования ЭЭС (устойчивость, качество, экономичность и экологию) , что в условиях случайности к неопределенности части исходной ннформа-,ции в полной мере согласуется с требованиями системного подхода.
-
Показана принципиальная возможность формализации определения функций ценности (полезности,) по частным критериям с помощью штрафных функций, характеризующих ущерб, возникающий для каждого конкретного критерия либо при отклонении его от оптимального (номинального, нормативного) значения внутри допустимых границ, либо при приближении к границе, либо при нарушении границы .
3.Впервые сформулирована и решена задача многоцелевой комплексной параметрической оптимизации режимов ЭЭС при различных операторах выбора (принципах оптимальности) различными методами ( Л- задачи , направленного случайного поиска и дрО.
-
Доказано обесценивание результата одноцелевой оптимизации режима ЭЭС по активной мощности при учете случайной погрешности ХОП электростанций.
-
Получено выражение для оценки влияния перерасхода топлива в ЭЭС от неточности реализации рассчитанных оптимальных режимов электростанций и погрешности прогноза суммарной нагрузки ЭЭС.
-
Показана принципиальная возможность и эффективность использования моделей класса линейная множественная регрессия идя прогнозирования нестационарных случайных процессов в ЭЭС (перетоков мощности по кежсистемным связям, динамики годовых и квартальных уровней суммарной нагрузки) .
-
Обоснована эффективность статистической балансировки мощностей ЭЭС в плановом периоде.
Тг.ахтпчддкяя ценность результатов разработок заключается в сл-згг/ктге:-і:
/чет влияния технических резєігай не только на экономичность , ::о 7 на устсіпивссть, качество и эколсгни 'Ьункцпсянрсвэ-тпя С-СС псвыжает обоснованность принимаемых решений и ?лсг.ет при-тг.сти к качественно другім результатам (например, при виборе "еропрнят:;;! по снягзяяп потерь электроэнергии з сети, при нормировании палєгшсста глемонтов ЭЭС я т.д.);
разработанный инструментарий (модель, метод, алгоритм, программа) позволяют максимально роркализсвать процесс принятия резения при нескольких противоречивых критериях, з том числе 3 условиях случайности я неопределенности исходных данных. Роль эксперта сведена к обосновании перечня критериев, оператора выбора (принципа оптимальности) я к анализу полученных результатов;
многоцелевая комплексная параметрическая оптимизация при использовании максиганного принципа оптимальности обеспечивает улучшение режима в целом по зеятсру критериев за счет максимального удаления наихудпеЯ компоненты векторного критерия от границы допустимости;
задача комплексной оптимизации режимов ЭЭС решается без декомпозиции, на основе единого алгоритма - уравнений установившегося резина, дополненных расчетом расхода условного топлива, статической устойчивости я выбором состава работящих агрегатов;
методика учета влияния случайной погрешности 10ЇЇ станций позволяет оценить реальнуп величину экономии условного топлива з ЭЭС и сформулировать требования я точности задания ХОП станции;
адаптивные модели прогнозирования суммарной нагрузки ЭЭС п суточных перетоков вещности по контролируешь сечениям (мея-енстз'ияым связям, линиям) поззоляют оперативно, з темпе управления получать достаточно точные прогнозные оценки за счет адекватного отображения вероятностной природы процессов ч отслеживания изменения тенденций прсцоссоз;
разработанная методология и программные средства жгу? Сыть легко адаптированы для решения многокритериальных задач в других отраслях народного хозяйства.
реализация Результатов работы. Результаты диссертационное работы :-)с ноль зеваны э
ПЭО Крыыэнерго при разработке нормальной схема основной сети и при формировании заданий предприятиям на квартальные графики напряжений в контрольных точках электрической сети;
Укрэнергопроект^е при оценке эффективности вариантов реконструкции (строительства^ электростанций Украины:
Укргипроэнерго для выбора оптимального варианта развития городских электрических сетей, а также при прогнозировании нагрузок электропотребления городов;
ВНИШТРАНСгаз' е при оценке эффективности вариантов реконструкции подземных хранилищ газа;
в.учебном пособии для вузов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 111 республиканской научно-технической конференции по применению вычислительной техники в энергетике Белоруссии (Минск, декабрь 1970 г,) , на научной конференции по долгосрочному прогнозированию обеспеченности энергетическими ресурсами и развитию энергетики Украинской ССР (Киев, август 1971 г.), на 1У и У Киевских симпозиумах по науковедению и научно-техническому прогнозированию (Киев, сентябрь 1972 г., январь 1974 т.), на 1У Республиканской научно-технической конференции "Современные проблемы энергетики" (Киев, октябрь 1985 г._), на Всесоюзной научно-технической конференции "Математическое моделирование в энергетике" (Киев, октябрь 1990 г.), в школе-семинаре "Дифференциальные преобразования и численно-аналитические методы решения уравнений" (Киев, май 1991 г.), на заседаниях секции развития и функционирования электроэнергетических и теплоснабжающих систем Научного совета по комплексным проблемам энергетики (Москва, июнь 1991 г., апрель 1992 г.}-, на I научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем -91" (Каунас, октябрь 1991 г.), на восьми республиканских конференциях (Ленинград, Киев), на расширенном научном семинаре кафедры Эксплуатации электрических станций м сетей я кафедры Управления в энергетическом производстве ВИПКэнерго (Москва, июнь 1991 г.)» на семинаре Западного филиала научно-исследовательского теплотехнического института км Ф.Э.Дзержинского (Минск, март 1991 г.), на технических советах Укргипроэнерго и ВНИШТРАНСГАЗ, на конференциях ж семинарах ИШ.Э АН Украины.
Публикации. По материалам диссертации опубликована монография в соавторстве, 40 статей, препринт, методические рекомендации, 6 брошюр, отчет, зарегистрированный во ВНтацентре, а также тезисы докладов.
Структуре и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 190 с. и включающих 28 иллюстраций на 28 с, список литературы из 171 наименования на 19 с, а также прилозения на 5 с, в которых приведены документы по внедрению.
