Основы оптимизации режимов электроэнергетических систем и электрических сетей. Количественная оценка преимущества объединения энергосистем

Глава 14. Основы оптимизации режимов электроэнергетических систем и электрических сетей

14.1. Задачи и критерии оптимизации режимов

При наиболее общем подходе оптимизацию режимов энергосистем можно рассматривать как задачу обеспечения потребности в электроэнергии с наибольшим экономическим эффектом для народного хозяйства в целом [34]. В этом случае в качестве критерия оптимальности должен приниматься минимум приведенных затрат на производство и передачу электроэнергии:

З = З_ст + З_эс ® min,                                  (14.1) где З_ст, З_эс – приведенные затраты в электрические станции и сети.

Требования надежности электроснабжения и качество электроэнергии рассматриваются при этом как наложенные на режим ограничения.

Однако, такой критерий весьма сложен и применить его непосредственно на практике трудно.

В условиях эксплуатации, когда энергосистема уже сформирована, в качестве критерия оптимизации вместо приведенных затрат могут применяться ежегодные издержки на производство И_ст и передачу электроэнергии И_эс:

И = И_ст + И_эс = р_стК_ст + В_стс_т + р_эсК_эс + DWb_э ® min,       (14.2) где р_ст, р_эс – отчисления от капитальных затрат К_ст в электростанции и К_эс в электрические сети;

В_ст – расход топлива на электростанциях;

с_т – стоимость единицы топлива;

DW – потери электроэнергии в сетях;

b_э – стоимость единицы потерянной энергии.

Если в критерии (14.2) полагать отчисления от капитальных затрат неизменными, то он превращается в более простой критерий вида:

Ц = Вс_т + DWb ® min.                               (14.3)

Однако, этот критерий обладает тем недостатком, что он зависит от цены топлива с_т и стоимости единицы потерянной энергии b, которая в свою очередь также определяется ценой топлива. Чтобы избежать такой зависимости, целесообразно принимать за критерий оптимальности минимум расхода условного топлива за какой‑то период:

В = В_ст + В_DW ® min,                                (14.4) где В_DW – расход топлива, связанный с компенсацией потерь электроэнергии в электрических сетях.

Если осуществлять оптимизацию только режимов электрических станций, входящих в систему, то критерий (14.4) будет иметь вид:

                                   (14.5) где В_стi – расход топлива на i‑й станции за рассматриваемый период;         n – количество станций системы, участвующих в оптимизации режима.

При оптимизации только режима электрической сети за какой‑то период используют аналогичный критерий, но в виде потерь электроэнергии:

                                 (14.6) где DW_j – потери электроэнергии в j‑м элементе сети;                                      m – количество элементов сети.

И, наконец, для оптимизации режима сети в данный момент времени может быть использован более простой критерий в виде потерь активной мощности:

                                  (14.7) где DР_j – потери мощности в j‑м элементе сети в данный момент времени.

Оптимизацию режимов осуществляют как на стадии долгосрочного планирования, так и при разработке краткосрочных (недельных, суточных) режимов энергосистем. При комплексном подходе по критерию (14.4) оптимизация суточных режимов должна осуществляться в виде совместного экономичного распределения активных и реактивных мощностей. Однако при решении такой задачи возникают значительные трудности. Поэтому на практике при планировании суточных режимов обычно сначала оптимизируется распределение активных мощностей между электростанциями с приближенным учетом потерь в электрических сетях. Затем производится оптимизация распределения реактивных мощностей  между источниками и напряжений в узлах сети при заданных активных мощностях электростанций.

Такая поэтапная оптимизация режима системы оказывается оправданной в связи с тем, что распределение активных мощностей существенно влияет на распределение реактивных мощностей, а обратное влияние незначительно.

К более простой относится задача оптимизации режима системы