Развитие методов анализа надежности и эффективности функционирования больших транснациональных ЭЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, доктор технических наук Кучеров, Юрий Николаевич

• Кучеров, Юрий Николаевич
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Кучеров, Юрий Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

ОБЪЕДИНЕННЫХ ЭЭС ЕВРОПЫ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ ЭЭС.

1.1. Введение.

1.2. Общие условия и тенденции развития электроэнергетических объединений Европы.

1.3. Генеральные направления развития Континентальной ЭЭС.

1.4. Особые условия формирования и развития ЭЭС.

1.5. Стратегия формирования Трансевропейской синхронной объединенной системы.

1.6. Выводы.

Глава 2. ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ОБЪЕДИНЕНИЯ БОЛЬШИХ ЭЭС.

2.1. К методологии исследования эффективности больших ЭЭС.

2.2. Единая электроэнергетическая система как высшая форма интеграции ЭЭС.

2.3. Методическая схема анализа эффективности объединения ЭЭС.

2.3.1. Основные положения методического подхода к технико -экономической оценке эффективности объединения.

2.3.2. Эффект совмещения графиков нагрузки объединения ЭЭС.

2.3.3. Технико-экономические аспекты эффективности объединения ЭЭС.

2.4. Анализ экономичности обменов мощности и распределение эффекта среди партнеров объединения.

2.4.1. Общие правила организации обменов мощности.

2.4.2. Методика анализа экономии энергообменов.

2.5. Выводы.

Глава 3. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА И ОПТИМИЗАЦИИ

БАЛАНСОВОЙ НАДЕЖНОСТИ ОБЪЕДИНЕННЫХ ЭЭС.

3.1. Методологические замечания.

3.2. Краткая характеристика методов и вычислительных программ

3.3. Методика анализа балансовой надежности объединенных ЭЭС с учетом перетоков обменной мощности.

3.4. Методика анализа балансовой надежности объединенных ЭЭС с учетом пропускной способности МСС.

3.5. Математическая модель оптимизации надежности объединенных ЭЭС

3.6. Выводы.

Глава 4. ТЕХНОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМНОЙ

НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ ЭЭС И ОБЪЕКТОВ.

4.1. Анализ проблемы.

4.2. Методика анализа режимной надежности сложных ЭЭС.

4.3. Особенности алгоритма анализа режимной надежности ЭЭС со слабыми связями.

4.4. Корректировка схем и режимов ЭЭС по условиям надежности.

4.4.1. Алгоритмы коррекции режима в цикле анализа последствий отказов.

4.4.2. Коррекция режима с учетом надежности.

4.5. Анализ надежности электрических станций в составе ЭЭС.

4.5.1. Общие принципы анализа.

4.5.2. Анализ надежности схем выдачи мощности электростанций.

4.5.3. Алгоритмы выбора генераторных блоков для противоаварийного управления.

4.6. Выводы.

Глава 5. ТЕХНОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

РЕЖИМОВ В ИЕРАРХИЧЕСКИХ ЭЭС.

5.1. Моделирование установившихся режимов при исследовании сложных ЭЭС.

5.1.1. Особенности моделирования иерархических ЭЭС.

5.1.2. Метод и программа анализа УР в сети переменного тока.

5.1.3. Метод и алгоритм расчета УР ЭЭС переменного / постоянного тока.

5.1.4. Алгоритм и программа анализа предельных режимов.

5.2. Стохастический анализ установившихся режимов ЭЭС.

5.2.1. Основные положения метода.

5.2.2. H елинейный корреляционный анализ.

5.2.3. Модель стохастического эквивалентирования.

5.3. Технология моделирования режимов в принципиальных схемах сложных ЭЭС.

5.3.1. Исходные условия и основные принципы новой технологии.

5.3.2. Модель подстанции и организация взаимодействия моделей.

5.4. Алгоритм топологического анализа схем объектов и формирования расчетной схемы ЭЭС.

5.5. Основные принципы моделирования отказов оборудования объектов и защит.

5.6. Выводы.

Глава 6. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫБОРА И МОДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ.

6.1. Анализ проблемы.

6.2. Методы выбора отказов.

6.2.1. Общие правила выбора отказов.

6.2.2. Принципы определения зависимых отказов.

6.2.3. Вероятностный критерий выбора зависимых отказов.

6.3. Методы и алгоритмы моделирования отказов.

6.3.1. Метод моделирования отказов на основе леммы об обратной матрице.

6.3.2. Топологический метод моделирования отказов.

6.5. Выводы.

Глава 7. СТРУКТУРА И ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ

ПВК АНАРЭС ДЛЯ IBM PC.

7.1. Общая характеристика ПВК АНАРЭС.

7.2. Принципы организации системы отображения.

7.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие методов анализа надежности и эффективности функционирования больших транснациональных ЭЭС»

На рубеже веков, с разрушением политического и экономического противостояния двух систем, открываются стратегические перспективы развития сотрудничества между Востоком и Западом с созданием Трансевропейской и затем - Континентальной электроэнергетической системы. Развитие такой системы, при всепроникающем влиянии энергетики в сферу человеческой деятельности, и как ни в какой другой отрасли индустрии, характеризуемой быстропротекаютцими процессами, невозможностью накопления продукта и его жесткое соответствие единым стандартам, а также капиталоемкость и инерционность в развитии средств производства и транспорта электроэнергии, предполагает тесно связанные и экономики государств, высочайшую степень политического доверия, развитого межгосударственного законодательства, является залогом технического прогресса и благосостояния людей.

За последнее десятилетие произошли серьезные сдвиги в формировании условий и направлений развития сотрудничества между Востоком и Западом в данной области. Выполняются все более глубокие аналитические исследования, как на национальном, так и на международном уровнях, в рамках различных совместных групп экспертов, созданных по инициативе UNIPEDE (группы экспертов SYSTINT, SYSTEUR, SYSTMED и др.), UCPTE, NORDEL, CI GRE, EURELECTRIC, соответствующих комиссий Европейского Сообщества.

Положение резко изменилось, начиная с 1991 года. Страны Центральной Европы переориентировались не только в политическом и экономическом аспектах, но и в технологическом. Образовались новые союзы в электроэнергетике (Рис. В1). В энергосистемах Венгрии, Польши, Словакии, Чехии (CENTREL) проведена первичная модернизация систем регулирования электрических станций и с 1995 года они переключились на синхронную работу с энергообъединением стран Западной Европы - UCPTE. Данная тенденция продолжается. Ведутся аналогичные подготовительные работы в энергосистемах Болгарии, Румынии, Турции, стран Балтии.

Соседние электроэнергетические системы (ЭЭС) всегда объединяются, взаимовыгодно помогая и торгуя электроэнергией. Очевиден процесс закрепления и расширения тенденций к развитию объединений ЭЭС в Европе. Однако, на этот процесс накладываются серьезные технические, экономические и административные ограничения, пересекаются политические и корпоративные интересы. Создаваемые десятилетиями объединения ЭЭС на Востоке и Западе различаются техническими условиями, стандартами и принципами работы. Разделение административными границами новых государств Единой энергосистемы (ЕЭС) б/СССР, созданной по критериям единого экономического пространства, не способствует устойчивой и надежной работе. Выделим некоторые из общетехнических проблем:

• определение долговременного спроса на электроэнергию, структуры генерирующих мощностей и пропускных способностей передающих сетей;

• исследование пределов объединения по таким критериям как мощность токов короткого замыкания, объем нежелательных обменов мощности, влияние, оказываемое на сети партнерами при нормальной эксплуатации (потери в сетях партнеров объединения) и при возмущениях, объем резервов мощности;

• различия в стандартах надежности, нормативах качества электроэнергии, принципах построения и характеристиках систем первичного и вторичного регулирования, организации диспетчерского управления;

• трудности локализации плохого качества электроэнергии в рамках объединения;

• ограничения, касающиеся независимости и свободы действия в эксплуатации;

• затраты, необходимые для координации эксплуатации системы;

• необходимость капиталовложений для объединения и трудность их долгосрочного прогноза;

• усложнение условий формирования и реализации политики взаимовыгодного сотрудничества и перераспределения прибыли в суперобъединении с компенсацией дополнительных затрат или недополученной прибыли наиболее эффективным предприятиям и др.

Рис. В1 Электрические связи между Европейскими системами, (номерами обозначено количество работающих линий переменного тока)

Здесь следует понимать различие путей и принципов формирования крупнейших энергообъединений Европы, каждое из которых имеет свои преимущества и недостатки:

• 11СРТЕ формировалось посредством последовательного присоединения на синхронную работу независимых партнеров объединения, сбалансированных по мощности и, фактически, по энергии, что потребовало значительных капитальных ресурсов;

• ЕЭС б/СССР формировалось, исходя из общегосударственных критериев, позволяющих реализовать огромные межсистемные эффекты и международное разделение труда.

Партнеры иСРТЕ существенно различаются по размеру и по структуре, однако всех их объединяет следующее:

• каждый партнер объединения способен обеспечить электроснабжение своего региона собственными силами;

• присоединение каждого нового партнера не должно приводить к ухудшению надежности функционирования существующего объединения;

• уровень безвозмездной кооперации партнеров ограничен принципом солидарности, т.е. условиями оказания взаимопомощи в первые моменты времени после аварии.

Значительные особенности привносит процесс либерализации электроэнергетических рынков в Европе с постепенным ослаблением демаркационных правил, акционирование, приватизация и разнообразие форм собственности в электроэнергетике, взаимопроникновение капитала, разделение электрического сектора на производителей и передающее звено с перспективой свободного доступа потребителей и производителей к внешней сети и др.

Данные процессы предопределяют все более высокую гибкость в нахождении путей и средств по интеграции ЭЭС; требует четкого понимания условий и преимуществ объединения для каждого партнера, формирования и справедливого распределения прибыли, возможность количественной проверки согласованных международных критериев и стандартов надежности больших ЭЭС. Необходимо выполнение полномасштабных научных исследований проблем развития электроэнергетических объединений в новой Европе, изучения тенденций, принципов и условий функционирования, разработки стратегии совместной работы, совершенствование методов оценки технико-экономической эффективности и надежности объединенных ЭЭС.

В свете указанных проблем решение комплекса задач, связанных с развитием методологической и алгоритмической базы для изучения системной эффективности объединения ЭЭС на взаимовыгодной и равноправной основе, исследования надежности протяженных ЭЭС и объектов представляет крупную научно-техническую проблему, имеющую важное значение для управления функционированием и развитием национальных ЭЭС, международных энергообъединений, разработки крупных энергетических проектов.

Значительный вклад в решение задач развития больших ЭЭС, исследования устойчивости и надежности их функционирования внесли советские ученые и специалисты: В.А.Андреюк, Д.А.Арзамасцев, В.А.Баринов, А.Ф.Бондаренко, О.В.Бритвин, Л.Л.Богатырев, В.В.Бушуев, В. А. Веников, Э.П.Волков, Н.И.Воропай, В.И.Горин, И.А.Груздев, Ю.Б.Гук, А.Ф.Дьяков, В.В.Ершевич, Т.Б.Заславская, А.Н.Зейлигер, А.С.Зеккель, Б.И.Иофьев, В.Г.Китушин, Ф.Л.Коган, Л.А.Кощеев, М.Л.Левинштейн, Э.С.Лукашев, Л.Г.Мамиконянц, В.З.Манусов, И.М.Маркович, Л.А.Мелентьев, Ф.Я.Морозов, П.С.Непорожний, В.В.Нечаев, О.А.Никитин, А.А.Окин, Е.И.Петряев, М.Г.Портной, А.Т.Путилова, М.Н.Розанов, Ю.Н.Руденко, Д.С.Савваитов, С.А.Совалов, В.А.Семенов, В.А.Строев, Х.Ф.Фазылов, Л.В.Цукерник, В.М.Чебан, Ю.Г.Шакарян, В.К.Щербаков, О.В.Щербачев и многие другие.

Настоящая диссертационная работа обобщает научные исследования автора по проблеме оценки надежности и эффективности объединенных ЭЭС. Данные исследования были обусловлены важностью и сложностью проблем моделирования условий функционирования протяженных энергообъединений, развития методов, моделей и вычислительных алгоритмов анализа надежности ЭЭС на уровнях временной и структурной иерархии, практического применения.

Анализируются аспекты новой энергетической политики в Западной Европе, тенденции в развитии взаимоотношений между крупнейшими электроэнергетическими объединениями Европы, их технические условия и критерии работы, направления и принципы совместной работы, обусловленные новым перераспределением сфер влияния и интеграционными процессами в Европе.

Важным вкладом в теорию надежности сложных технических систем, по мнению автора, является разработка оригинальных методов и алгоритмов анализа надежности больших ЭЭС с учетом пропускной способности электрических связей. Технология анализа базируется на сочетании в едином алгоритме условий селекции отказов оборудования, моделирования отказов, анализа последствий и восстановительных мероприятий. Данная технология отличается адаптивностью подходов и методов решения, зависящих от задачи исследования на соответствующем уровне иерархии управления. Подчеркивается важность рассмотрения, классификации и моделирования объединенных ЭЭС с учетом присущих им особенностей по структуре, оперативной политике, взаимовлиянию, взаимопомощи и др.

Диссертация подготовлена на основе исследований автора, выполненных в Лаборатории надежности больших ЭЭС СЭИ СО РАН (Иркутск), а также в Международной энергетической лаборатории (Будапешт). В ней содержится большое количество теоретических и практических приложений, поясняющих основные математические выводы и практическую сторону предлагаемых методов и алгоритмов.

Апробации исследований способствовала работа в CI GRE, экспертной группе UNIPEDE /UCPTE по проблеме объединения Восток-Запад, участие во многих крупных всесоюзных и международных конференциях, опыт разработки нового поколения математического обеспечения моделирования сложных ЭЭС, творческое общение с многочисленными пользователями.

С особой благодарностью автор отмечает сотрудничество с академиком Ю.Н.Руденко и академиком Ласло Капойи, а также А.Ф.Бондаренко и М.Г.Портным (ЦДУ ЕЭС России), А.Г.Баталовым, Р.В.Булдеем, О.Н.Герасименко, В.Н.Данильчуком (ОДУ Украины), Е.И.Петряевым (ЦДУ ОЭС, Прага), В.И.Гельфандт и В.Г.Китушин (СО ЭСП), А.Берталан и Г.Тари (МВМ, Венгрия), К.Бенке (Будапештэнерго), практический опыт и советы которых явились большим стимулом в работе, а также искренне благодарны за совместную работу с проф. В.З.Манусовым, проф. М.Н.Розановым, к.т.н. О.Н.Шепиловым и помощь аспирантов В.Т.Воронина, А.Е.Ушакова, В.В.Иванова, Н.Г.Касимова, О.М.Кучеровой, М.Ю.Михайлова, А.Ю.Гришина, А.В.Погребняка.

Целью диссертационной работы является совершенствование теории и методов расчета системной эффективности и надежности больших ЭЭС с учетом особенностей привносимых протяженным характером электрических сетей, иерархической структурой управления, стохастическим изменением условий работы, наличием элементов постоянного тока, действием системы противоаварийного управления и особенностями оперативной политики в национальных ЭЭС международных энергообъединений.

Исследования по данной проблеме проводились автором в соответствии с координационным планом АН СССР на 1986-1990 годы по теме 1.9.3.6.3 "Обеспечение надежности при управлении развитием и функционированием электроэнергетических систем", а также в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ СЭИ СО РАН, отвечающими заданиям комплексной программы фундаментальных исследований ОФТПЭ РАН "Коренное повышение эффективности энергетической системы России" по разделу 1.9.3 и в рамках программы научных исследований по гранту РФФИ.

Основные решаемые задачи:

1. На основе изучения условий развития и функционирования электроэнергетических объединений Европы сформулировать основные принципы совместной работы и стратегические направления развития объединения ЭЭС по оси Восток-Запад; классифицировать преимущества совместной работы объединенных ЭЭС и сформулировать основной методический подход к их оценке.

2. Обосновать и разработать методические положения и алгоритмы исследования надежности больших ЭЭС и объектов с учетом пропускной способности электрических сетей, оперативной политики и действия средств противоаварийного управления; разработать адаптивные алгоритмы коррекции электрических режимов в послеотказовых состояниях ЭЭС.

3. Разработать и усовершенствовать методы и алгоритмы моделирования электрических режимов сложных ЭЭС переменного/ постоянного тока применительно к расчетной оценке надежности ЭЭС с учетом иерархической структуры: электрическая сеть (разного класса напряжения) - объекты сети (в различной детализации), стохастическим характером изменения параметров режима и структуры системы; разработать модели подстанции, релейной защиты и противоаварийной автоматики.

4. Разработать принципы и алгоритмы топологического анализа иерархических ЭЭС; технологию адаптивного выбора и моделирования отказов оборудования ЭЭС во взаимодействии с методами анализа послеаварийных установившихся режимов и условиями выполнения расчетных исследований надежности ЭЭС

5. Сформулировать принципы построения, структуру и разработать многофункциональный программно-вычислительный комплекс нового поколения для расчетных исследований режимов и надежности ЭЭС.

Методы исследования базируются на теории моделирования ЭЭС и теории надежности технических систем; при проведении исследований использовались методы векторно-матричного анализа электрических режимов, регулирования и противоаварийного управления сложными ЭЭС, теория случайных многомерных функций, теория графов, оптимального управления, экспертных систем, комбинаторного анализа и ситуационного управления.

Достоверность научных положений и результатов, изложенных в диссертации, определяется многосторонним учетом большого числа факторов и условий развития ЭЭС и их объединений, адекватностью используемых математических моделей, опытом большого числа расчетов для тестовых схем и реальных ЭЭС различной структуры и размера, находящихся под управлением ЦДУ ЕЭС России, ОДУ Урала, ОДУ Средней Волги, ОДУ Украины, ОДУ Казахстана, Венгерского энергетического треста и многих других; совпадением полученных в работе результатов с экспертными оценками специалистов, занимающихся эксплуатацией ЭЭС.

Научная новизна и основные положения выносимые на защиту.

1. Для решения поставленных задач потребовалась разработка новых методов и алгоритмов, и в целом, усовершенствование технологии исследования надежности больших ЭЭС с учетом пропускной способности. Предложен комплекс моделей и алгоритмов анализа балансовой и режимной надежности ЭЭС, принцип комплексного анализа надежности генерирующей передающей и распределительной частей ЭЭС с учетом пропускной способности.

2. Разработан метод анализа надежности схем выдачи мощности крупных электрических станций, как объектов внешней ЭЭС, привлекаемых к противоаварийному управлению. Предложена технология гибридных экспертных систем для настройки и моделирования ПА станционного уровня, алгоритмы выбора и дозировки УВ.

3. Определены и обоснованы основные направления развития Континентальной ЭЭС, условия и принципы совместной работы объединенной ЭЭС Восток-Запад.

4. Сформулированы принципы и критерии оценки эффективности объединения ЭЭС по техническим и экономическим условиям, включая эффект взаимопомощи, повышения надежности, особенности приграничных районов, повышение стабильности частоты, сокращения резервной и установленной мощности и др. Предложен метод оценки одной из основных составляющих системного эффекта - экономичных обменов электроэнергии с формированием и распределением прибыли среди партнеров объединения.

5. Предложена комплексная модель ЭЭС, включающая электрическую сеть и подстанции, дополненные моделью РЗ и ПА. Разработаны алгоритмы анализа, позволяющие на основе данной модели осуществлять моделирование на ЭВМ широкого круга задач, в т.ч. имитацию оперативных переключений в сопряжении с графической поддержкой, выполнение расчетов электрических режимов в принципиальных схемах ЭЭС, моделирование отказов оборудования сложного вида с отработкой действия основной и резервных РЗ, анализ надежности электрических сетей и ОРУ станций и др.

6. Получила развитие теория анализа установившихся режимов ЭЭС переменного/постоянного тока в иерархических ЭЭС при детерминированных и стохастических условиях изменения параметров режима и структуры системы на основе сходящихся рядов Тейлора; предложена технология анализа предельных режимов с автоматическим формированием траектории утяжеления, определения слабых мест и звеньев системы.

7. Разработаны принципы, адаптивные модели и численные методы автоматизированного выбора и моделирования внезапных отказов оборудования сложных ЭЭС; алгоритмы многоуровневого топологического анализа, коррекции послеаварийных режимов и ввода в допустимую область.

8. Предложены принципы построения, структура и осуществлена реализация промышленного ПВК нового поколения для IBM PC для исследования режимов и надежности ЭЭС на основе взаимодействия технологических программ, единой интерфейсной и информационной среды.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

Разработанные в диссертации теоретические положения и результаты исследований позволяют обобщить их как этап развития теории надежности больших электроэнергетических систем и как новое перспективное направление в обосновании технических решений по проблеме объединения ЭЭС на совместную работу.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что теоретические положения проработаны до уровня конкретных рекомендаций, принципов, использования в проектах развития энергетических объектов, концепции развития системообразующей сети ЕЭС, концепции создания АСДУ ЕЭС нового поколения, концепции внешней электроэнергетической политики России и др.

На основе методических разработок автора создан многофункциональный комплекс программного обеспечения нового поколения АНАРЭС для IBM PC, используемый для решения широкого класса задач оперативного управления и планирования развития ЭЭС в более чем 30 диспетчерских центрах энергосистем стран Содружества, научных и проектных организациях.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на Всесоюзных и Республиканских конференциях, совещаниях и симпозиумах, в том числе: на Всесоюзных научных семинарах "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" (Красноярск, 1984; Тюмень, 1985; Иркутск, 1986; Киев, 1987; Иркутск, 1990); "Имитационный подход в исследованиях систем энергетики (Ленинград, 1983; Фрунзе, 1985; Иркутск, 1986, 1988); "Информационное обеспечение АСДУ ЭЭС" (Иркутск, 1986; 1988); на Секциях развития и функционирования электроэнергетических и теплоснабжающих систем Научного Совета ОФТПЭ АН СССР (Москва, 1986, 1988-91); на Всесоюзном совещании по устойчивости и надежности энергосистем СССР (Душанбе, 1989); на Всесоюзных совещаниях служб режимов ОДУ и энергосистем (Дивногорск, 1986; Махачкала, 1991; Пятигорск, 1993); представлялись на: Всесоюзных конференциях "Моделирование электроэнергетических систем" (Баку, 1982; Рига, 1987; Каунас, 1991); "Проблемы нелинейной электротехники" (Киев, 1984); "Проблемы разработки и внедрения экспертных систем" (Москва, 1989); на Международных конференциях - "Надежность и качество электроснабжения" (Гливице, 1986); "Проблемы развития и эксплуатации ЭЭС - ЭлЭнерго - 88" (Варна, 1988); IEEE "Технология управления ЭЭС" (Пекин, 1990); CIGRE "Надежность электроэнергетических систем" (Монреаль, 1991); Международном симпозиуме по Мировой энергетической системе (Будапешт, 1992; Ужгород, 1993; Будапешт, 1994); Всероссийском симпозиуме "Энергетика России в переходный период" (Иркутск, 1995), 11-th Power System Computation Conference (Avignon, 1993); International Conference on East-West Gas and Electricity Interconnections (Budapest, 1994); IFPA International Conference (Moscow, 1994); World Energy Council-16th Congress (Tokio, 1995), UNIPEDE Second Conference on the Development and Operation of Interconnected Power System (Budapest, 1996), IEEE PES Winter Meeting on the East and Central European Policy (New-York, 1995), IEEE PES Summer Meeting (Berlin, 1997), CIS Energy Forum (Vienna, 1997), The Future of the Russian Utilities Market (Moscow, 1997), Central&Eastern European Power Industry Forum - CEEPIF 98 (Warsaw, 1998); обсуждались на технических советах, научных семинарах и научно - технических совещаниях ряда организаций и институтов (ЦДУ ЕЭС, ОДУ Центра, Украины, Урала, Северо - Запада, Средней Волги; Ленэнерго, Красноярскэнерго; Будапештэнерго и др.; СЭИ СО РАН, ИНЭИ, ЭНИН, СибНИИЭ, СО ВГПИ и НИИ Энергосетьпроект, НЭТИ, СПбГТУ, Аахенском техническом университете (RWTH, Германия), Федеральном политех-ническом университете (EPFL, Лозанна), UNIPEDE/UCPTE международной рабочей группе экспертов по проблеме объединения электроэнергетических систем Восток-Запад (1991 - 1997 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 120 печатных работ; из них четыре монографии (в соавторстве).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и приложений. Работа выполнена на 246 страницах основного текста, иллюстрирована 72 рисунками и 56 таблицами. Список использованной литературы содержит 314 наименований.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Кучеров, Юрий Николаевич

3.9.4. Результаты работы представляются в виде отчета с рекомендациями по адаптации существующих систем диспетчерского управления к условиям параллельной работы Восток - Запад.

3.10. Совершенствование норм и правил технической эксплуатации

3.10.1. Цель работы - обеспечить совместимость норм и правил технической эксплуатации энергосистем Европы для условий параллельной работы Восток - Запад

3.10.2. Исходные данные:

• результаты работ по пунктам 3.2, 3.5, З.б, 3.7, 3.8 и 3.9

• существующие нормы и правила, а также предложения по их совершенствованию, представленные заинтересованными энергокомпаниями и их объединениями

3.10.3. Результатами исследования являются рекомендации по нормам и правилам Ц по следующим вопросам:

1) Надежность и устойчивость энергосистем и их энергообъединений

2) Резервирование активной мощности

3) Регулирование частоты и мощности

4) Регулирование напряжения и реактивной мощности

5) Ликвидация аварий

6) Противоаварийная автоматика

7) Диспетчерские взаимоотношения

8) Учет электроэнергии

9) Организация связи, телемеханики и АСДУ

10) Экономические взаимоотношения

3.10.4. Результаты работы представляются в виде документов (рекомендаций по правилам и нормам), согласованных рядом заинтересованных энергокомпаний, к которым могут в дальнейшем присоединиться другие энергокомпании и их объединения

3.11. Оценка финансовых затрат и формирование плана организационных и технических мероприятий

3.11.1. Цель работы - сформировать рабочую программу поэтапного перехода на параллельную работу, включающую организационные и Технические мероприятия, финансовые затраты

3.11.2. Исходные данные - результаты работ по пунктам 3.1 - 3.10 и предложения заинтересованных энергокомпаний и энергообъединений.

3.11.3. Содержание исследования:

1) Организационные мероприятия

2) Технические мероприятия

3) Финансовые затраты с учетом разделения по национальным энергосистемам и оценкой инвестиций в модернизацию объектов, обеспечения требуемого уровня резервирования, модернизацию АРЧМ, координацию ПА, совершенствования средств связи и диспетчерского управления.

3.11.4. Результаты работы представляются в виде отчета содержащего рабочую программу действий с отражением организационных, технических мероприятий и финансовых затрат.

3.12. Опытная параллельная работа Восток - Запад

3.12.1. Цель работы - получить экспериментальные статистические данные по регулированию частоты и мощности, взаимодействию диспетчерского персонала, надежности, устойчивости, противоаварийной автоматике, обмену электроэнергией и мощностью, позволяющие начать нормальную параллельную работу Восток - Запад.

3.12.2. Исходные данные - результаты работ по пунктам 3.1 - 3.11 и предложения заинтересованных энергокомпаний и энергообъединений.

3.12.3. Содержание исследования:

1) Подготовка и согласование перечня мероприятий, после проведения которых можно начинать опытную параллельную работу

2) Подготовка временных инструкций по параллельной работе

3) Подготовка перечня параметров режима, которые необходимо контролировать и статистически обрабатывать за время опытной параллельной работы

4) Инструктаж диспетчерского персонала

5) Включение на параллельную работу

6) Непрерывный контроль и систематический анализ технических и экономических параметров режима, характеризующих параллельную работу

3.12.4. Результаты работы представляются в виде отчета с анализом опытной параллельной работы и рекомендаций по переходу на нормальную параллельную работу Восток - Запад

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований автором созданы теоретические основы, разработаны методы, алгоритмы и программное обеспечение анализа эффективности и надежности развивающихся объединенных ЭЭС.

1. Проведенный анализ условий развития объединенных ЭЭС в Европе показал, что стратегическим направлением развития Трансевропейской ЭЭС является объединение на синхронную работу существующих объединенных ЭЭС на оси Восток - Запад по совместно разработанным условиям и принципам работы, из которых наибольшее значение имеют адаптация систем первичного и вторичного регулирования частоты и надежная работа межгосударственных сечений. Такой подход позволяет обеспечить равноправные условия работы ЕЭС России в формирующемся Общеевропейском рынке электроэнергии и мощности. Сформулированы основные направления технической политики для подготовки энергосистем для совместной параллельной работы, положения исследовательской программы, организационные мероприятия.

2. Исследованы методические подходы к анализу эффективности совместной работы больших объединенных ЭЭС. Главным методическим принципом оценки надежностной составляющей эффекта объединения ЭЭС является оценка условий раздельной и совместной работы. Разработана методика оценки эффекта объединения ЭЭС от совмещения графиков нагрузки. Особенно значителен эффект при нахождении партнеров объединения в разных часовых поясах. Выполненные исследования на реальных графиках нагрузки крупнейших энергообъединений Евроазиатского континента показали, что экономия установленной мощности может достигать при совместной работе: UCPTE и IPS/UPS - до б ГВт; UCPTE, IPS/UPS и Японии - до 14 ГВт.

Предложена методика оценки экономичных энергообменов и распределения общей экономии оперативных затрат основана на сопоставительных расчетах оптимальных энергетических режимов партнеров объединения при раздельной и совместной работе. Поставщику дополнительной электроэнергии гарантируется компенсация эксплуатационных расходов. Общая экономия от совместной оптимизации энергетического режима распределяется поровну между передающими и принимающими системами.

3. Предложен комплексный подход к анализу надежности сложных ЭЭС, в котором совмещаются технология анализа генерирующей, передающей и распределительной частей ЭЭС. Такой подход характеризуется: автоматизированным циклом моделирования отказов с регулируемой глубиной и избирательностью, анализом последствий отказов по принятым в обычной практике расчетов электрических режимов моделям и технологии, использованием принципов иерархического моделирования и процедур топологического анализа, реализацией адаптивных алгоритмов корректирующих мероприятий, унификацией структуры данных и пользовательского интерфейса. В целом это позволило создать гибкую вычислительную технологию обеспечивающую решение многоплановых задач анализа надежности больших ЭЭС в рамках единой интерфейсной и информационной среды с задачами выполнения электротехнических расчетов. Разработан алгоритм анализа надежности ЭЭС, пропускная способность связей которых является переменной величиной, зависящей от схемно-режимных условий

Для исследования балансовой надежности сложных энергообъединений предлагается методика, в которой рассматривается специфика учета контрактных поставок и пропускной способности сети при моделировании электрических режимов в схемах сложно-замкнутой структуры с учетом второго закона Кирхгофа. На основе данной модели разработан алгоритм оптимизации балансовой надежности сложных ЭЭС в части определения наиболее рационального изменения мощности управляемых объектов - генерирующих мощностей и пропускной способности электрических связей.

4. Предложен метод анализа надежности электрических станций являющийся частью комплексного подхода к анализу надежности сложных ЭЭС; метод отличается рядом специфических условий, таких как учет пропускной способности внешних связей и моделированием действия ПА станционного уровня. Разработана технология применения экспертной поддержки для принятия решений по выбору генераторов станции, подключаемых к ПА, которая взаимосвязана в единой вычислительной системе с программами моделирования отказов и анализа топологии объектов.

5. Представлена и практически решена задача моделирования иерархических ЭЭС и выполнения расчетов надежности с учетом ряда специфических требований к моделям расчета и анализа электрических режимов ЭЭС, таких как: применение комплексной формы моделей расчета УР; взаимосвязь с методами выбора и моделирования отказов; работоспособность при разделении схемы и отделении узлов, несходимости итерационного процесса; включение коммутационных схем объектов в общий процесс анализа; стохастический характер параметров режима и структуры системы.

6. Разработана технология нелинейного корреляционного анализа, и как часть данной технологии - метод моментов, позволяющая оценить совокупность вероятностных характеристик параметров электрического режима, а также выполнить эквивалентирование расчетной схемы ЭЭС. Получены новые матричные выражения для определения числовых характеристик параметров электрического режима на основе базовых свойств УУН в форме баланса мощностей в прямоугольных координатах, определяемых мультипликативным характером нелинейности уравнений и, следовательно, конечностью разложения их в ряд Тейлора. Выполнена разработка моделей и промышленная реализация программ расчета и анализа установившихся режимов в ЭЭС переменного -постоянного тока на основе комплексных уравнений УР решаемых полным методом Ньютона с выбором оптимального шага, а также анализа предельных режимов. Отличительной особенностью последнего алгоритма является возможность автоматизированного построения траектории утяжеления и определения ослабленных сечений.

7. Разработана технология анализа режимов в принципиальных схемах ЭЭС. В данной технологии узлы исходной системы могут быть представлены объектами другого уровня, например, коммутационными схемами подстанций, или сетью, другого класса напряжения. Модель подстанции представляется топологической структурой, легко адаптируется под внешние условия (изменение состояния коммутационного оборудования, выполнение операций с разъединителями, учет отказов отдельных видов оборудования и др.) и является составной частью математической модели ЭЭС. Она дополняется моделью отказов оборудования объектов и защит, алгоритмом топологического анализа и формирования расчетной схемы. Важное значение в данной технологии отводится графической поддержке и полихромному отображению состояния оборудования.

8. Разработана технология выбора отказов играющая решающую роль в повышении быстродействия методов анализа надежности сложных ЭЭС с учетом пропускной способности по сравнению с совершенствованием методов и алгоритмов расчета электрических режимов. Список значимых отказов должен формироваться автоматически, размерность его является переменной величиной и зависит от режима и схемы ЭЭС, а также задач расчета. Для селекции значимых отказов предлоясено использовать сочетание численных процедур отсеивания и ранжирования, а также совокупность эвристических правил сужающих исходное многообразие отказовых состояний системы. Разработаны принципы построения таких правил, учитывающие вероятностную природу отказов, степень загрузки сети, влияние на послеотказовое состояние схемы и режима системы (потеря питания, изменение загрузки, изменение напряжения, разделение схемы и узлов), поведение в предшествующих циклах анализа и др.

Получил развитие метод моделирования отказов на основе леммы о коррекции обратной матрицы для линейной и разделенной форм УУР. Основное преимущество метода заключается в совмещении в едином расчетном цикле собственно алгоритма моделирования отказа и оценки послеаварийного режима. Полученные рекуррентные соотношения между входными и выходными параметрами режима позволяют выполнять экспресс-оценку послеаварийных режимов в 20 - 25 раз быстрее применения стандартных методов анализа на основе полного метода Ньютона. Разработан метод топологического анализа и моделирования отказов позволяющий реализовать мощную технологию анализа в иерархических ЭЭС содержащих схемы объектов при обработке нестандартных ситуаций, обусловленных моделированием отказов коммутационной аппаратуры, разделением схемы и узлов, несходимости итерационного процесса и др.

9. Разработан ПВК АНАРЭС, который представляет промышленную вычислительную систему для IBM PC и рекомендуется для проведения расчетов нормальных, предельных, оптимальных электрических режимов сложных ЭЭС, контроля их допустимости, анализа надежности. Единая и унифицированная структура данных, развитый диалог и графический интерфейс, интегрированный с технологическими программами, реализация оригинальных моделей анализа режимов работы ЭЭС с учетом коммутационных схем объектов, топологического анализа сети, элементов постоянного тока, процедур автоматического моделирования отказов оборудования, адаптивных алгоритмов выбора управляющих воздействий, создают условия для высокопроизводительной работы инженера -электроэнергетика.