Суточное планирование и оптимизация режимов работы объединенной энергосистемы в условиях оптового рынка электроэнергии (мощности) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Бабкин, Дмитрий Владимирович

• Бабкин, Дмитрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бабкин, Дмитрий Владимирович

Введение

Глава 1.Современные рыночные преобразования в электроэнергетике. Постановка задачи оптимизации суточных режимов ОЭС в условиях оптового рынка.

1.1. Краткий обзор и сравнительный анализ существующих мировых моделей рынка электроэнергетики

1.1.1. Основные модели управления электроэнергетикой.

1.1.2. Международный опыт реформирования и развития энергетики.

1.2. Варианты организации управления энергетическим рынком

1.2.1. Разделение функций СО и А ТС.

1.2.2. Взаимодействие СО и АТС в период, предшествующий торгам «на сутки вперед».

1.3. Краткий анализ существующей модели рынка России и процесса его реформирования

1.3.1. Недостатки действующей модели и предпосылки для ее реформирования.

1.3.2. Основные направления реформирования электроэнергетического сектора России.

1.3.3. Анализ зарубежного опыта при реформировании энергетического сектора России.

1.4. выводы

1.5. Постановка задачи оптимизации суточных режимов ЕЭС (ОЭС) в рыночных условиях

1.5.1. Общие положения и обзор литературы по проблеме.

1.5.2. Общая постановка задачи оптимизации режимов.

1.5.3. Декомпозиция задачи оптимизации.

1.5.4. Современные задачи и проблемы планирования оптимальных суточных режимов.

-31.5.5. Необходимые направления улучшения современного процесса суточного планирования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Суточное планирование и оптимизация режимов работы объединенной энергосистемы в условиях оптового рынка электроэнергии (мощности)»

Актуальность работы. Краткосрочное планирование режимов работы электроэнергетических систем (ЭЭС) на оперативных интервалах времени: от недели до суток вперед (суточное планирование) является важным и неотъемлемым звеном в цепочке формирования балансов электроэнергии и мощности и их последующего исполнения при управлении ЭЭС. От качества суточного планирования зависят технико-экономические показатели работы ЭЭС, в том числе обеспечение надежного и качественного электро- и теплоснабжения потребителей, достижение максимального экономического эффекта работы ЭЭС и рынка электроэнергии в целом.

В последнее десятилетие электроэнергетическая отрасль подверглась значительным переменам. Изменились формы собственности в электроэнергетике, осуществился переход от административно - командных методов управления к методам экономического стимулирования, создан федеральный оптовый рынок электроэнергии (мощности) (ФОРЭМ). В результате широкомасштабной реструктуризации, наряду с регулируемым сектором, был запущен в работу новый для российской энергетики конкурентный сектор свободной торговли, в рамках реализации модели оптового рынка переходного периода. Все это не могло не затронуть технологии суточного планирования, когда наряду с технико-экономическими показателями работы генерирующего оборудования субъекта, стал необходим учет договорных обязательств и экономических интересов каждого участника рынка.

Технология суточного планирования претерпела серьезные изменения, была пересмотрена целевая функция задачи, осуществлялся поиск новых методов и подходов к ее решению, отрабатывались новые критерии планирования и оптимизации режима. При этом адаптацию технологии необходимо было произвести в кратчайшие сроки, обеспечив как востребованные на рынке критерии оптимизации, так и сохранив при этом высокое качество результатов.

Важная роль суточного планирования в решении задачи бесперебойной и экономически эффективной работы электроэнергетической отрасли, недостаточный объем научно-технических проработок по проблеме краткосрочного планирования и решения задачи оптимизации в условиях функционирования оптового рынка, - предопределяют актуальность данной работы и востребованность ее результатов в профессиональной деятельности структур оперативно-диспетчерского и экономического управления энергосистем Единой энергетической системы России.

Цели работы.

1. Разработка математической модели суточного планирования и оптимизации режимов субъектов объединенной энергосистемы (ОЭС).

2. Развитие данной модели и ее адаптация к суточному планированию в различных рыночных условиях.

3. Внедрение математической модели и анализ ее практического применения в условиях ФОРЭМ и оптового рынка электроэнергии (мощности) переходного периода на примере ОЭС Центра.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач применены: системный подход к вопросам суточного планирования, математическое моделирование задачи суточного планирования и оптимизации субъектов ОЭС, методы оптимизации режимов ОЭС с использованием вычислительной техники.

Научная новизна. В Диссертации получены следующие новые научные результаты:

1) сформулирована постановка задачи суточного планирования и оптимизации в условиях регулируемого и оптового рынка электроэнергии (мощности) переходного периода;

2) разработана математическая модель суточного планирования и оптимизации режимов субъектов ОЭС и механизмы ее адаптации к различным рыночным условиям;

-83) разработаны предложения по выбору целевой функции и критериев оптимизации при суточном планировании в различной рыночной среде;

4) разработаны и реализованы методы практического применения полученных результатов оптимизации режимов работы субъектов ОЭС на предстоящие сутки;

5) обобщены и систематизированы результаты исследования вопросов оптимизации суточного режима в современных условиях.

Достоверность результатов Достоверность результатов исследования подтверждаются их ежедневным фактическим использованием в практике оперативно-диспетчерского управления при суточном планировании режимов работы субъектов ОЭС Центра. Достоверность также обусловлена практическим подтверждением предсказанных значений выбранных целевых функций на основе предложенных критериев оптимизации.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанная математическая модель суточного планирования и оптимизации внедрена на практике в ОДУ Центра, как при расчетах в условиях функционирования регулируемого сектора, так и в условиях работы конкурентного сектора свободной торговли. Предложенные автором целевая функция и критерии оптимизации суточного планирования режимов реализованы на практике в программных комплексах для каждой из моделей функционирования оптового рынка. Выявлены факторы, влияющие на выбор того или иного критерия оптимизации в условиях регулируемого сектора, и даны предложения по их практическому применению.

Разработанное при участии автора программное обеспечение оценки стоимостного баланса получило практическое применение в ОДУ Центра при выборе оптимального решения в задаче суточного планирования. Использование данного программного обеспечения позволило положительно влиять на изменение индикатора регулируемого рынка - стоимостной баланс, который сохраняет свою актуальность и в условиях действия оптового рынка переходного периода.

Разработанный метод актуализации постанционных графиков генерации успешно реализован на практике при суточном планировании режимов в программном обеспечении «актуализации генерации». Данный метод дает существенный экономический эффект на результаты постанционной оптимизации для субъектов оптового рынка и позволяет проводить указанную оптимизацию без расширения расчетной энергетической схемы.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации и отдельные её части докладывались и обсуждались на:

1. Седьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (февраль 2001 г., г. Москва, МЭИ (ТУ)).

2. Третьей Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (2003 г., г. Благовещенск, АмГУ).

3. Конференции Молодых специалистов электроэнергетики (сентябрь 2003 г., г. Москва, ВНИИЭ).

4. Конференции «Современные методы и программные средства анализа и планирования электропотребления, балансов мощности и электроэнергии» (ноябрь 2003 г., г. Москва, ВНИИЭ).

По работе имеются четыре публикации.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, библиографического списка, состоящего из 63 наименований, шести приложений. Основной текст изложен на 130 страницах, включает 14 рисунков. Общий объём диссертации 150 страницы.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Бабкин, Дмитрий Владимирович

3.10. Общие выводы Результатом исследований в данной главе явились следующие результаты:

-1291) предложен и внедрен механизм объединения решения задачи оптимизации на первом этапе с применением существующего и широко распространенного программного обеспечения «В2, СПР» с решением задачи на втором этапе с помощью программного обеспечения «Оценки стоимостного баланса», отражающим современное понимание оптимальности режима в условиях регулируемого рынка;

2) при участии автора разработано и внедрено в практику суточного планирования программное обеспечение «Оценки стоимостного баланса», которое позволяет оперативно анализировать изменение действующего рыночного индикатора — стоимостного баланса и своевременно принимать решения, направленные на его удержание, а при возможности, и увеличение его количественного выражения;

3) разработанный автором метод актуализации постанционных графиков генерации успешно реализован на практике при суточном планировании режимов, посредством создания при участии автора программного обеспечения «актуализации генерации». Данный метод дает существенный экономический эффект на результаты постанционной оптимизации;

4) успешно внедрен на практике при суточном планировании в ОДУ Центра, в соответствии с нормативными регламентами, критерий оптимизации режимов работы субъектов ОЭС в условиях оптового рынка переходного периода;

5) внедренные автором модели суточной оптимизации, реализованные в новых разработках, а также модифицированном традиционном программном обеспечении, позволяют успешно решать задачу оптимизации и планирования суточных графиков на уровне ОЭС, как в условиях регулируемого рынка электроэнергии и мощности, так и при функционировании оптового рынка переходного периода.

Заключение

В работе получены следующие основные результаты:

1. Разработана математическая модель суточного планирования и оптимизации электроэнергетических режимов для применения в различных условиях функционирования оптового рынка.

2. Показана целесообразность разделения модели с выделением инвариантной части, с целью возможности адаптации модели к различным вариантам развития оптового рынка электроэнергии.

3. Осуществлена адаптация разработанной модели в условиях функционирования ФОРЭМ, в рамках которой: даны предложения по выбору целевой функции и критериев оптимизации при суточном планировании: минимизация инициатив сторон, ухудшающих стоимостной баланс; разработан и внедрен механизм двухэтапного расчета суточного диспетчерского графика, на основе предложенных критериев оптимизации; при участии автора разработано и внедрено программное обеспечение «оценки стоимостного баланса», на основе которого проводился оперативный анализ влияния результатов суточного планирования на изменение стоимостного баланса оптового рынка.

4. Произведена адаптация математическая модель оптимизации в рамках конкурентной модели оптового рынка переходного периода, при этом: на каждом из этапов формирования суточного диспетчерского графика определены целевые функции и выбраны критерии оптимизации электроэнергетических режимов; разработан и внедрен метод «актуализации графиков генерации», который позволяет оптимизировать распределение генерации по станциям АО - энерго на основе традиционной целевой функции: минимизации затрат на производство электроэнергии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бабкин, Дмитрий Владимирович, 2004 год

1. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике / Бари-нов В.А., Гамм А.З., Кучеров Ю.Н., Орнов В.Г. и др. М.: Издательство МЭИ, 2000. - 647 с.

2. Абрамов В.В., Крумм J1.A. Мурашко Н.А. Комплексная оптимизация режима и состава работающего оборудования сложных электроэнергетических систем в цикле краткосрочного управления // Энергетика и транспорт. 1973. -№ 1.

3. Александров О.И. Метод оптимального распределения активных нагрузок между электростанциями и потребителями электроэнергии // Электричество. 2000. - № 5.

4. Арзамасцев Д.А., Бартоломей П.И. Оптимизация режима энергосистемы методом случайного поиска // Энергетика и транспорт. 1968. - № 7.

5. Арзамасцев Д.А., Бартоломей П.И., Холян A.M. АСУ и оптимизация режимов энергосистем. — М.: Высшая школа, 1983. 234 с.

6. Арзамасцев Д.А., Летун В.М. Определение экономичного режима гидротепловой энергосистемы // Электричество. 1980. - № 7.

7. Бабкин Д.В., Шульженко С.В. Оптимизация режимов работы ОЭС центра в условиях ФОРЭМ // Радиоэлектроника, Энергетика и Электротехника: Тез. докл. VII Междунар. науч. техн. конф. студентов и аспирантов 2728 февраля 2001 г. - М., 2001.- Т. 3. - С. 273.

8. Бабкин Д.В., Шульженко С.В. Планирование режимов субъектов ОЭС в современных условиях // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: Тез. докл. III Всерос. науч. техн. конф. - Благовещенск, 2003. — С. 81-86.

9. Болотов В.В. Теоретические основы выбора экономического режима сложной электроэнергетической системы. С.-П.: АН СССР, 1947.

10. Будзко И.А., Левин М.С. Особенности оптимизированных задач энергетики и методы их решения // Электричество. 1981. — №3.

11. Веников В.А. Применение кибернетики в электрических системах. М.: Госэнергоиздат, 1961.

12. Веников В.А., Идельчик В.И. Методы оптимизации управления планированием больших систем энергетики (оптимизация развития и функционирования). М.: ВИНИТИ, 1974.

13. Веников В.А., Мелентьев JT.A. Задачи оптимального оперативного управления в электроэнергетических системах // Вестник АН СССР. 1975. -№7.

14. Веников В.А., Журавлев В.Г., Филиппова Г.А. Диспетчерское управление мощными энергообъединениями. М.: Энергоиздат, 1981.

15. Воропай Н.И. Теория систем для энергетиков. — Новосибирск: Наука, 2000.

16. Горнштейн В.М. Методы расчета оптимальных краткосрочных режимов энергетических систем и их объединений: Автореф. дис. д-ра техн. наук. -М., 1973.

17. Горнштейн В.М. Наивыгоднейшее распределение нагрузок между параллельно работающими электростанциями. М.: Госэнергоиздат, 1949.

18. Гремяков А.А., Рокотян И.С., Строев В.А. Модели оптимизационных расчетов при краткосрочном планировании режимов ЭЭС. М.: Издательство МЭИ, 1994.

19. Джангиров В.А., Баринов В.А. О рыночных преобразованиях в электроэнергетике. // Энергетик. — 2001. №4.

20. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Жуков В.В. Менеджмент в электроэнергетике. М.: Издательство МЭИ, 2000.

21. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Молодюк В.В. Рынок электрической энергии в России. Состояние и проблемы развития. М.: Издательство МЭИ, 2000.

22. Дьяков А.Ф., Окин А.А., Семенов В.А. Диспетчерское управление мощными энергообъединениями. М.: Издательство МЭИ, 1996.

23. Дьяков А.Ф., Платонов В.В. Единая электроэнергетическая система России в период рыночных преобразований. М.: Издательство МЭИ, 2003.

24. Иванов Е.А. К вопросу о наивыгоднейшем распределении нагрузки между параллельно работающими агрегатами // Электричество. 1930. -№13.

25. Использование декомпозиции при решении некоторых задач управления и оптимизации в энергетике А.З. Гамм, Г.А. Гриневич, JI.A. Крумм, А.П. Меленков, Н.А. Мурашко, Ю.П. Сыров, Е.В. Цветков. Иркутск: 1970, т. I.

26. Комплексная оптимизация краткосрочных режимов электроэнергетических систем О.Н. Войтов, JI.A. Крумм, Н.А. Мурашко, Н.Г. Мурашко, А.В. Афиногенов. //АН СССР. Энергетика и транспорт, 1979 № 5.

27. Концепция реструктуризации РАО (проект для обсуждения). //Экономика и финансы электроэнергетики, №8, 2000.-13432. Крумм JI.A. Градиентный метод оптимизации режима объединенных9 энергосистем.//Электричество, 1963, №5.

28. Крумм JI.A. Методы оптимизации при управлении электроэнергетическими системами. Новосибирск: Наука, 1981.

29. Крумм JI.A., Мурашко Н.А., Мурашко Н.Г. Комплексный расчет краткосрочных режимов электроэнергетических систем на основе метода приведенного градиента. //АН СССР. Энергетика и транспорт, 1971, № 1.

30. Летун В.М., Глуз И.С. Некоторые проблемы оптимального управления режимом работы энергосистемы в условиях оптового рынка. //Энергетик, 2002, № 1.

31. Любченко В.Я. Генетический алгоритм оптимизации режимов энергосистем по активной мощности. //Электро, 2003, № 3.

32. Максимов Б.К., Молодюк В.В. Работа электростанций на оптовом и потребительских рынках электроэнергии. М.: Издательство МЭИ, 1999.

33. Маркович И.М. Режимы энергетических систем. 4-е перераб. и доп. изд.• М.: Энергия, 1969.

34. Маркович И.М. Энергетические системы и их режимы. М.: Госэнергоиз-дат, 1952.

35. Махова В.А., Преображенская Л.Б., Колесникова Н.М. Реструктуризация электроэнергетики в странах мира. //Энергия: экономика, техника, экология, 2002, №10.

36. Методика применения тарифов на электрическую энергию при оперативной дооптимизации режимов работы Единой энергетической системы

37. России. Постановление ФЭК РФ от 2 октября 2002 г. № 66-э/4.-13543. Методы оптимизации режимов энергосистем В.М. Горнштейн, Б.П. Мирошниченко, А.В. Пономарев, В.А. Тимофеев, А.Г. Юровский, под ред. В.М. Горнштейна. М.: Энергия, 1981.

38. Миронова Т.А. О международном опыте реформирования электроэнергетики. //Аналитический вестник Совета Федерации ФС РФ, № 16, 2002.

39. О принципах функционирования федерального (общероссийского) оптового рынка электрической энергии (мощности) в 1998 году. Постановление ФЭК от 5 декабря 1997 года №125/1.

40. Постановление Правительства Российской Федерации от 12 июля 1996 года № 793 «О федеральном (общероссийском) оптовом рынке электрической энергии (мощности)».

41. Постановления правительства РФ и ФЭК РФ с 1996 по 2000 г.г.

42. Правила отбора поставщиков электрической энергии (мощности) на федеральный (общероссийский) оптовый рынок электрической энергии (мощности). Постановление ФЭК России № 17/61, 1998.

43. Решетов В.И., Семенов В.А., Лисицын Н.В. Единая энергетическая система России на рубеже веков. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2002.

44. Руководящие указания по выбору оптимальных режимов совместно работающих гидравлических и тепловых электростанций. М.: Госэнергоиз-дат, 1956.

45. Семенов В.А. Оптовые рынки электроэнергии за рубежом. М.:ЭНАС, 1998.

46. Совалов С.А. Режимы Единой энергетической системы. М.: Энергоатом-издат, 1983.-13655. Совалов С.А. Установление экономичных режимов работы в Единой энергетической системе европейской части СССР. М.: Энергия, 1967.

47. Совалов С.А., Сюткин Б.Д. Организация работы по оптимизации энергетических режимов // Оптимизация режимов работы энергосистемы: Тез. докл. М.: 1979.

48. Управление мощными энергообъединениями. / Под ред. С.А. Совалова. — М.: Энергоатомиздат, 1984

49. Хачатрян B.C. Метод и алгоритм оптимизации режимов больших энергетических систем // Энергетика и транспорт. — 1976. № 5.

50. Noskes F., Arismunender A. Bibliography on optimum operation of systems: 1919-1959. // IEEE Trans. Power Apparatus and Systems. 1963. - №3.

51. Handschin E.Y. Deregulation and transmission management in the German electricity market // IEEE Liberalization and modernization of power systems: operation and control problems, Irkutsk: Energy Systems Institute. 2001.

52. Reinke W.F., Meyer В., Ray C. Power systems of the future and consequences of Re regulation // CIGRE. - 2000.

53. Sun S., Jensen J.K. Power system planning and development // CIGRE. -2000.