Построение электросетевого блока модели развития и размещения генерирующих мощностей

Оптимизация местоположения, мощности и сроков электрических станций во многом определяется сравнительной стоимостью транспортировки топлива и электроэнергии. Следовательно, при решении задачи размещения генерирующих мощностей необходим учет основной системообразующей электрической сети.

Для долгосрочной перспективы, на которую принимаются решения по сооружению электростанций, весьма высока неопределенность информации по развитию электрической сети и потребителей электроэнергии, что не позволяет рассматривать традиционные методы формирования технико-экономических характеристик системообразующих электрических сетей, которые связаны с анализом конкретных. Поэтому для формирования электросетевого блока модели развития и размещения генерирующих мощностей применяется имитационный подход, основанный на использовании методов планирования активного эксперимента.

На перспективу в 12— 15 лет нет точной информации по величинам и расположению отдельных узлов нагрузок, конфигурации и другим характеристикам электрической сети. В то же время можно выделить ряд показателей, которые оказывают влияние на формирование будущих схем развития и при этом поддаются прогнозированию на более отдаленную перспективу, нежели нагрузки конкретных узлов.

Выполненные исследования позволяют выделить в качестве таких обобщенных параметров следующие:

• — суммарная вводимая генерирующая мощность по ОЭС (Р_г);
• — средняя плотность нагрузок по территории (р_н);
• — степень неравномерности распределения нагрузок по территории, выражающаяся коэффициентом неравномерности (а);
• — удельная протяженность существующих электрических сетей (у);
• — момент электрических станций относительно центров потребления (М);
• — число сооружаемых электростанций (п).

Здесь показатели р_н и, а позволяют оценить характер распределения и развития потребления по территории ОЭС. Показатель у позволяет установить влияние уровня предшествующего развития ОЭС на формирование будущих затрат в электрическую сеть. Показатель М характеризует степень удаленности генерирующих источников от основных центров потребления.

Указанная совокупность обобщенных параметров сформирована на основе пассивного эксперимента с применением методов математической статистики. Для этого было рассмотрено множество выполненных проектов, значительное количество конкретных планов развития электрических сетей, отвечающих различным значениям нагрузок узлов, расположения электрических станций и т. д.

Введенные обобщенные параметры формируют оптимальные приведенные затраты в электросетевой блок (ЭСБ).

Однако установление формы и численных значений коэффициентов функции (163) — непростая задача. Для установления этой связи можно применить имитационный подход.

Идея построения имитационной модели для ЭСБ состоит в следующем. Каждое фиксированное сочетание значений параметров, входящих в (163), само по себе не позволяет получить определенную схему электрической сети, которая может реализоваться лишь через конкретное расположение узлов генерации и нагрузок. Однако фиксированному сочетанию обобщенных параметров соответствует определенное множество возможных реализаций конкретного расположения узлов генерации и нагрузок. Следовательно, выполнив серию оптимизационных расчетов и определив значения параметров для каждой оптимизированной сети, можно опосредованным образом связать оптимальные электросетевые затраты с обобщенными параметрами. Установить такую связь можно проводя эксперименты с моделями электрических сетей, имитирующими возможные будущие условия их развития. При этом на основе метода планирования эксперимента, изложенного далее, каждому сочетанию значений обобщенных параметров Р_г, р", а, у, М, п можно поставить в соответствие множество возможных конкретных схем развития электрической сети.

Рассмотрим основы моделирования электросетевого блока с применением планирования эксперимента. В связи с тем, что проведение активного эксперимента над ЭЭС с неопределенными условиями будущего развития невозможно, предлагается выполнять эксперимент с моделями гипотетических ЭЭС. При этом необходимо, чтобы гипотетические ЭЭС обладали характеристиками, сходными с характеристиками реальных исследуемых систем и достаточно точно отражали реальные условия развития исследуемой ЭЭС.

Для проведения эксперимента используются методы геометрического моделирования. Для упрощения расчетов в качестве объекта можно рассмотреть систему простой структуры, например, занимающую площадь в виде квадрата с распределением нагрузок в узлах равномерной решетки. Исследования показывают, что достаточно рассмотреть сетку с 16 узлами. Меньшее число узлов сильно загрубляет модель, а большее — значительно повышает трудоемкость расчетов, нс приводя к заметному повышению точности. Варьируя значения нагрузок узлов и расположение электростанций, можно добиться любого сочетания обобщенных параметров, соответствующего заданному плану эксперимента. На рис. 30 показано расположение нагрузок и источников, соответствующее следующему набору обобщенных параметров: Р_г = 600 МВт, р" = 48 кВт/км, а = 0, у = 4,94 м/км, п = 1, М = 0.

Сплошные линии на рис. 30 относятся к существующим электрическим связям, а пунктирные — к возможным для сооружения.

Размеры рассматриваемой гипотетической системы выбраны соответствующими зоне влияния крупной КЭС. Поэтому в эксперименте рассматривается квадрат со стороной 1000 км.

Рис. 30. Пример гипотетической электроэнергетической системы.

Следующим этапом моделирования является установление диапазонов варьирования обобщенных параметров. Анализ схем возможного развития рассматриваемой ОЭС на 1980;2010 гг., проведенный в рамках пассивного эксперимента, позволил рекомендовать следующие интервалы варьирования обобщенных параметров:

Расчет обобщенных параметров выполняют по формулам:

Здесь j — номер генерирующей станции; е — номер нагрузки узла; i — помер существующей электропередачи; F — площадь территории ЭЭС; Li — длина электропередачи i; ?- расстояние от станции j до центра нагрузок.

Удельную протяженность существующих сетей у вычисляют путем приведения длин линий электропередачи различных напряжений к одному базисному напряжению через квадрат коэффициента трансформации. Коэффициент неравномерности распределения нагрузки вычисляют через отношение дисперсий распределения нагрузки рассматриваемого варианта к дисперсии крайне неравномерного варианта (когда вся нагрузка сосредоточена в одном узле). Теоретически значения коэффициента, а могут лежать в диапазоне 0−1.

Для получения модели выполнялся Г1ФЭ 2⁶. Фрагмент планматрицы эксперимента показан в табл. 27. Проведение каждого испытания (строка план-матрицы) состоит из следующих этапов:

• — задать расположение узлов нагрузок по территории;
• — наметить места сооружения электростанций;
• — задать граф существующей электрической сети;
• — наметить избыточный граф сети с учетом фактора надежности;
• — выполнить оптимизацию электрической сети;
• — определить значение функции-отклика приведенных затрат в системообразующую электрическую сеть.

На первых грех этапах определяются значения факторов эксперимента обобщенных параметров, соответствующих каждому плану.

Оптимизация электрической сети может быть выполнена любым известным методом. На основе проведенного эксперимента методом регрессионного анализа рассчитывают параметры модели приведенных затрат в системообразующую электрическую сеть.

Например, в рассмотренной задаче численная модель имеет вид.

Средняя погрешность моделирования получилась равной 14%, что приемлемо для задач долгосрочного планирования.

Таблица 27.

Фрагмент план-матрицы эксперимента.