Актуальность темы исследования. Планирование развития электроэнергетических систем (ЭЭС) предполагает необходимость решения задачи определения количественных характеристик единичных свойств надежности ЭЭС и рисков, связанных с её работой, представленных показателями балансовой надежности (ПБН). Решение отмеченной задачи требует учета вероятностных характеристик режим работы ЭЭС.
При централизованном планировании хозяйственной деятельности, существовавшем до 1991 года, задача обеспечения надежной работы электроэнергетической системы, как правило, решалась на этапе планирования развития, при этом согласованные решения по обеспечению надежности принимались на различных уровнях управления развитием и функционированием ЭЭС с учетом действующих на тот момент директивных документов, в которых содержались основные нормативные требования и методические указания по обеспечению надежности при планировании развития, эксплуатации и управлении режимами ЭЭС.
Структура и принципы управления ЭЭС в целом по миру и в т.ч. в России все больше усложняются, что связано с воздействием таких факторов как: увеличение доли распределённой генерации, внедрение новых технологий производства электроэнергии, в основе которых заложено использование возобновляемых источников энергии, усложнение схем сетей электроснабжения, увеличение протяженности ЛЭП, внедрение управления на стороне потребителя и др. В этих условиях все более существенную роль начинает играть оценка надежности сложнозамкнутых электроэнергетических систем (ЭЭС). В связи с отмеченным, как России, так и за рубежом наблюдается возрастающий интерес к проблеме расчета ПБН ОЭС. Несмотря на то, что в России до последнего времени эта тенденция наблюдалась не столь отчетливо, в последние годы можно заметить увеличение числа документов, закрепляющих основные положения и требования к расчетам ПБН. С 1 января 2019 года введен в действие Предварительный национальный стандарт Российской федерации ПНСТ: «304-2018: Балансовая надежность энергосистем. Часть 1. Общие требования», формирующий понятийный аппарат в области расчета балансовой надежности энергосистем. С 1 сентября 2019 АО «Системный оператор Единой энергетической системы» был введен стандарт технической организации (СТО) 59012820.27.010.005-2018, регламентирующий методические указания по проведению расчетов балансовой надежности, а с 1 марта 2020 года в Росси вступил в силу национальный стандарт: «ГОСТ Р 58730-2019 Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Планирование развития энергосистем. Расчеты балансовой надежности. Нормы и требования». Следует отметить, что Европейская сеть системных операторов передачи электроэнергии (ЕКГЗО-Е) ежегодно представляет отчет по оценке балансовой надежности с рекомендациями по коррекции существующих методик расчета ПБН и в рамках которого отмечаются существующие проблемы расчета, в число которых входят и отмеченные выше. В США аналогичные задачи решает Североамериканская корпорация по вопросам надежности энергоснабжения (NERC).
В настоящее время наиболее широко распространенным методом расчета ПБН ЭЭС является метод статистического моделирования (Монте Карло) (ММК). Он позволяет достаточно полно учесть основные сетевые ограничения, определяющие надежность ЭЭС, и практически не накладывает ограничения на вид используемых законов распределений. Усложнение структуры управления как ЕЭС России, так и зарубежных ЭЭС требует повышения детализации расчетной модели используемой при расчете ПБН. Отмеченное, в свою очередь приводит к усложнению её вычислительной сложности и, как следствие, увеличивает время, требуемое для получения ПБН с помощью ММК. При этом длительность расчетов становится значительной даже по меркам задач долгосрочного планирования, в рамках которых главным образом и используются ПБН.
Стохастическое состояние ЭЭС характеризуется вероятностью появления локального или глобального дефицита мощности, по заданному критерию распределяемого между отдельными ЭЭС, входящими в состав объединения. Последняя процедура получила название задачи распределения дефицитов мощности (РДМ), и именно она во многом определяет как показатели надежности отдельных ЭЭС, так и время расчетов.
Альтернативой ММК для определения ПБН могут выступать аналитические методы расчета. Суть аналитических методов сводится к преобразованию функций распределения исходных величин (генерации и нагрузки) с помощью методов теории вероятностей и математической статистики для получения результирующих ПБН отдельных ЭЭС входящих в состав объединенной энергосистемы (ОЭС). Погрешность результирующих величин аналитических методов, в отличие от ММК, не зависит от числа моделируемых случайных состояний, однако общая вычислительная сложность и невозможность, в ряде случаев учета сетевых ограничений, не позволяют, на сегодняшний день, полностью заменить ими ММК, что предполагает необходимость разработки новых и совершенствования существующих методов расчета ПБН.
Степень научной проработанности проблемы. Основы отечественной школы надежности были заложены еще в СССР. При этом, несмотря на значительный спад заинтересованности в этой области в 90-е годы после распада СССР, исследования надежности ЭЭС не останавливались и продолжаются вплоть до настоящего времени. Среди отечественных, публикаций следует особо выделить труды таких ученых как: Ф.Л. Бык, Н.И. Воропай, М.А. Дубицкий, В.Ю. Иткин, В.Г. Китушин, Г.Ф. Ковалев, Ю.Н. Кучеров, Л.М. Лебедева, Н.А. Манов, В.А. Непомнящий, В.П. Обоскалов, М.Н. Розанов, Ю.Н. Руденко, И.А. Ушаков, Г.А. Федотова, М.Б. Чельцов, Ю.Я. Чукреев, М.Ю. Чукреев, В.Д. Шлимович и др. Зарубежную школу надежности главным образом представляют такие исследователи как: Р. Аллан (R. Allan), Р. Биллинтон (R. Billinton), Б. Борковска (B. Borkowska), Ю. Гао (Yi Gao), Дж. Эндрени (Endrenyi, J.). Кроме того, отдельно следует выделить исследовательские группы, сформированные в рамках Международного совета по большим электрическим системам высокого напряжения (CIGRE) и Института инженеров электротехники и электроники (IEEE)...
1. В обзоре научных публикаций рассмотрены существующие методы расчета ПБН, используемые как в России, так и за рубежом. Основным методом расчета ПБН в настоящее время является ММК (Монте-Карло). Однако постоянно расширяющийся в современных условиях набор значимых факторов для более полного учета электрических свойств и режимов ОЭС, требует модификации методов расчета ПБН ОЭС в целом и процедуры ОРДМ в частности (переход от транспортной модели к оптимизационной модели нелинейного программирования);
2. Описаны наиболее значимые критерии решения задачи ОРДМ. Показано, что выбор критерия существенно влияет на результирующие ПБН;
3. Показана необходимость и разработаны алгоритмы более точного учета потерь мощности в МСС;
4. Предложен вероятностно-аналитический метод расчета ПБН. Метод ориентирован на использование дополнительного ПБН - вероятности перегрузки МСС и учет ограничения по вероятности перегрузки МСС при определении ПБН сложнозамкнутых структур ОЭС. Показана вычислительная эффективность предложенного метода;
5. В рамках расчета показателей БН предложено дополнительно учитывать регламентированную вероятность перегрузки МСС. Показано, что подобный подход более полно удовлетворяет требованиям электроэнергетики в части устойчивости работы ЭЭС. Отмечено, что данное ограничение практически не реализуемо в рамках ММК (Монте-Карло). В работе предлагаются пути его учета;
6. Для реализации пропорциональной стратегии РДМ предложены различные варианты управляющих переменных. С помощью ММК (Монте-Карло) показано, что вычислительная эффективность алгоритмов решения задачи РДМ, при одинаковых ЦФ и разном составе управляющих переменных различна. В работе показано, что наиболее эффективным с вычислительной точки зрения составом переменных при решении задачи пропорционального РДМ является двойной блок переменных: генерация и ограничение нагрузки в узле. Использование перетоков мощности в качестве независимых переменных приводит к значительным погрешностям расчетов ПБН как отдельных узлов, так и ОЭС в целом.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
