Электроэнергетическими системами

Основные задачи оптимального управления

Под оптимальным управлением понимается такое ведение производ-ственного процесса или такая система ведения хозяйства, при которой достигается их максимальная эффективность.

Определение оптимальных условий эксплуатации энергосистем выполняется на основе использования экономического критерия минимизации народно-хозяйственных затрат на производство, передачу и распределение электроэнергии. Эти затраты включают в себя стоимость топлива и потерь электроэнергии., отчисления на амортизацию и ремонт оборудования, зарплату обслуживающего персонала и т. д. Кроме того в этих затратах нужно учесть экономические потери, связанные с недостаточной надежностью, а также отклонением параметров режима от требуемых норм качества электроэнергии.

Таким образом, оптимальность режима работы ЭЭС ( электроэнергети-

ческой системы) определяется минимальными затратами на производство, передачу и распределение электроэнергии с учетом оптимального уровня надежности электроснабжения и качества электроэнергии.

Оптимизация режимов является одной из основных задач управления ЭЭС. При этом требуется рассмотрение следующих основных вопросов:

1. Определение технико-экономических показателей агрегатов и станций в ходе процесса производства электроэнергии. Это определяется необходимостью получения достоверной исходной информации для контроля за состоянием оборудования, для выполнения необходимых расчетов, связанных, в том числе с моделированием и оптимизацией режима. Это касается основных технико-экономических показателей оборудования и других параметров, изменяющихся во времени и характеризующих протекание технологических процессов. Эти величины называются параметрами режима работы оборудования. В общем случае информация поступает от датчиков, установленных на оборудовании, передается по каналам связи и поступает на регистрирующие приборы, отображается на диспетчерских щитах и т. д., установленных на диспетчерских пунктах. Эта задача не является оптимизационной, но она предоставляет информацию для решения оптимизационных задач.

2. Выбор оптимального состава работающего оборудования.

Эта задача наиболее актуальна для ТЭС. Одна из основных задач опти-мизации.

Суть задачи:

Необходимо сопоставление снижения затрат при работе дополнительных энергоблоков, работающих в относительно экономично стабильном режиме, с перерасходом средств при пуске или останове или работе на холостом ходу (в горячем резерве) вновь пускаемых агрегатов, с учетом дополнительного износа их в нестационарных режимах (при запуске и т.д.).

Отдельный вопрос – экономичная работа каждого из агрегатов, т.е. непрерывное регулирование работы энергоблока таким образом, чтобы при заданной нагрузке К.П.Д. был максимальным.

3. Оптимальное распределение нагрузки между ЭС (электростанциями) и их отдельными агрегатами. При выборе оптимального распределения нагрузок между станциями необходимо учитывать величину суммарных потерь активной мощности в сети.

i U_i R_ij j

P_ij(i)

Q_ij(i)

DР_ij= ( P_ij(i)²+ Q_ij(i)²)*R_ij / U_i²

Перераспределение в процессе оптимизации нагрузок станций приводит к изменениям потоков мощности в сети. Это, в свою очередь, приводит к изменению суммарных потерь активной мощности. При этом нужно учитывать не только величину потерь, но и относительные приросты потерь мощности, характеризующие влияние отдельных электростанций на величину суммарных потерь. Представляет собой частные производные от суммарных потерь по мощности отдельной станции .

4. Оптимальное распределение реактивной нагрузки между источниками реактивной мощности (ИРМ) - станциями и между компенсирующими устройствами.

Основными источниками реактивной мощности в ЭЭС являются:

- генераторы электростанций;

- синхронные компенсаторы (СК);

- батареи статических конденсаторов (БСК).

Изменение мощности генерации источников реактивной мощности влияет на потоки реактивной мощности в сети, что приводит к изменению потерь активной мощности. Оптимальный режим будет определяться минимумом потерь активной мощности, являющихся следствием протекания реактивной мощности по участкам сети.

5. Определение оптимального оперативного резерва мощности в энергосистеме. Задача состоит в определении суммарной мощности резерва и распределении её между блоками. Т.е. нужно определить какие энергоблоки переводятся в резерв в каждом из характерных режимов.

6. Выбор оптимальной схемы электрической сети. Задача решается на этапе проектирования электрических сетей (выбор трассы ЛЭП, выбор оборудования и т.д.) и в процессе эксплуатации электрических сетей (выбор оптимальных мест разрезов контуров). Размыкание контуров в оптимальных точках позволяет снизить суммарные потери активной мощности в сети.

7. Оптимальное регулирование частоты и напряжения. При этом достигается снижение ущерба у потребителей электроэнергии от некачественной энергии и повышается надёжность электроснабжения.

8. Определение оптимального режима проведения работ по профилактическим ремонтам оборудования. Ремонты проводят в период минимальных нагрузок (лето). При этом должно обеспечиваться покрытие нагрузок в каждый период времени.

9. Оптимизация режимов работы вспомогательных систем.

Задача наиболее весома для оборудования электростанций, заключается в оптимальной координации режимов работы механизмов собственных нужд электростанций (подготовка и подача топлива, воды, пара и т.д.).

При оптимизации режимов большое значение имеют вопросы охраны окружающей среды. Они являются одним из весомых факторов при выборе решений по управлению ЭЭС.

Задачи оптимизации распределения активных и реактивных мощностей с целью снижения суммарных потерь активной мощности в сети должны решаться совместно. Режимы работы всех элементов, входящих в энергосистему, взаимосвязаны. При этом зависимости между параметрами, входящими в уравнения установившегося режима – нелинейны. И количество таких элементов может достигать десятков тысяч. Все это усложняет расчеты режимов и оптимизацию энергосистем.

Практический путь реализации таких задач состоит в разделении их на подзадачи, как во времени, так и в пространстве. Под этим подразумевается:

· Разделение оперативных и перспективных расчетов. Рассматриваются

оперативные режимы, выполняются краткосрочный и долгосрочный прогноз режимов.

При этом перспективные расчеты проводятся, исходя из приближенных представлений о режимах в течении более коротких промежутков времени.

· Представление более мелких фрагментов энергосистем в обобщенном виде при расчетах режима более крупных энергообъединений.

Позволяет значительно уменьшить число уравнений и неизвестных в них. В теории больших систем такой прием называется агрегированием (Рис 1.а.).

· Раздельный расчет режимов для отдельных частей крупного объединения с учетом перетоков мощностей по межсистемным линиям. Такой подход называется декомпозиция (Рис 1.б.).

Рис. 1.а. и 1.б.

Использование этих и других приёмов позволяет получать практическое решение задачи моделирования и оптимизации режимов в условиях её очень большой размерности, многокритериальности, сложности и нелинейности связей между параметрами.

ЛЕКЦІЯ 2.