Выбор состава работающего генерирующего оборудования в условиях конкурентного рынка электроэнергии и мощности

• Автор: Александров, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕСТО И РОЛЬ ЗАДАЧИ ВЫБОРА СОСТАВА

ВКЛЮЧЕННОГО ГЕНЕРИРУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ВСВГО В СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

1.1. Реформы в электроэнергетике России

1.2. Опыт создания рынков электроэнергии за рубежом

1.3. Выбор состава оборудования при различных формах

организации конкурентного рынка электроэнергии

1.4. Структура конкурентного рынка электроэнергии России

1.5. Выводы

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ВЫБОРА СОСТАВА ОБОРУДОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ЕЕ РЕШЕНИЮ

2.1. Описание задачи ВСВГО.

2.2. Постановка задач и
2.3. Краткое описание методик поиска решения.
2.4. Исследования, посвященные задаче ВСВГО
применительно к энергосистемам России.
2.5. Выводы
3. АЛГОРИТМ НА ОСНОВЕ МЕШАННОЦЕЛОЧИСЛЕННОГО
ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ СЦЛП.
3.1. Описание
3.2. Формулировка задачи в математической форме
3.3. Приблизительная оценка размера задачи СЦЛП для
3.4. Реализация математической модели ВСВГО на основе
СЦЛП в программе ШСот
3.5. Выводы.
4. АЛГОРИТМ НА ОСНОВЕ ХОП И МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДОВ
4.1. Формулировка задачи ВСВГО в нелинейной постановке
4.2. Описание исходных данных
4.3. Алгоритм выбора состава оборудования
4.4. Метод динамических переходов
4.5. Пример расчета состава оборудования.
4.6. Сравнение алгоритмов ВСВГО на основе СЦЛП и ХОГ
4.7. Направления дальнейшего развития
4.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
СОКРАЩЕНИЯ
АО акционерное общество
АТС администратор торговой системы
АЭС атомная электростанция
БД база данных
ВСВГО выбор состава включенного генерирующего оборудования
ГК генерирующая компания
ГП гарантирующий поставщик
ЕЭС единая энергетическая система
ИНС искусственные нейронные сети
КП квалифицированный потребитель
ЛП линейное программирование
ОАО открытое акционерное общество
ОДУ объединенное диспетчерское управление
ОРЭ оптовый рынок электроэнергии
ОЭС объединенная энергосистема
П потребитель
ПО программное обеспечение
РАО российское акционерное общество
РГЕ режимная генерирующая единица
РК распределительная компания
СО системный оператор
СЦЗЛП смешанноцелочисленная задача линейного программирования
сцлп смешанноцелочисленное линейное программирование
ФСК федеральная сетевая компания
хоп характеристика относительных приростов
ОДУ центральное диспетчерское управление
ЦФ целевая функция
ээс электроэнергетическая система.
ВВЕДЕНИЕ
Оптимизация режима электроэнергетической системы ЭЭС является одной из важнейших задач диспетчерского управления независимо от того, в какой среде взаимодействия производителей и потребителей она функционирует. Хотя при этом критерии и методики поиска управляющих воздействий могут быть различными.
Поскольку график нагрузки всех энергосистем не постоянен и иногда имеет значительные перепады, соответственно должна изменяться и выработка электроэнергии. Иногда это невозможно на одном и том же оборудовании, иногда не удовлетворяет принятым критериям оптимальности управления, тогда возникает задача выбора состава включенного генерирующего оборудования ВСВГО. В полученном решении должны выполняться ограничения на допустимость режима работы энергосистемы и самих генераторов. Особенно острой эта задача становится в выходные и праздничные дни, когда потребление резко снижается и часто даже физически невозможно оставить все генерирующие мощности в работе.
До недавнего времени все станции и сети были единым предприятием, и поэтому в прозрачности решений о составе оборудования никто не был заинтересован, так как основным приоритетом являлось выполнение договорных обязательств и поддержание системной надежности. Оптимальность же выбора работающего оборудования не представляла интереса по причине оплаты электроэнергии по тарифу всех расходов на выработку электроэнергии. Отсутствие инвестиционной составляющей в тарифе привело к тому, что появилась тенденция к недостатку генерирующих мощностей. Использование тарифов не способствовало снижению издержек на производстве, а наоборот стимулировало их увеличение. Данное положение могло измениться лишь в случае демонополизации всей отрасли и развития конкуренции.
В настоящее время требуются серьезные капиталовложения в энергетику для ее развития, так как исчерпан накопленный ранее запас. Для
привлечения частных инвестиций в генерацию был запущен процесс создания состязательных взаимоотношений в сфере выработки и продажи электроэнергии. Первым шагом на этом пути стал запуск с 1 ноября конкурентного сектора 5 оптового рынка электроэнергии 2,3, в котором цена от 5 до процентов электроэнергии формируется на основе торгов. Стоимость определяется принципом уравновешивания спроса на товар его предложением. В дальнейшем планируется переход к 0 продаже электроэнергии через аукцион конкурентного рынка электроэнергии.
При сохранении существующего порядка планирования возможны ситуации, когда генераторы, подавшие заявки выше равновесной цены, будут вырабатывать минимальную мощность и станут ценопринимающими. Такая ситуация невыгодна как генераторам, вырабатывающим минимальную мощность и получающим за нее по равновесной цене, которая ниже их заявки, так и другим генераторам, чья заявка не была полностью реализована . В этих условиях необходимо совместить выбор состава генерирующего оборудования и аукцион электроэнергии. Полученный процесс должен обеспечивать оптимизацию по принятым участниками критериям, с целью получения максимальной прибыли продавцами электроэнергии и наименьшей стоимости ее для покупателей, при условии соблюдения ограничений генерирующих блоков, резервов и передающей сети.
В настоящее время на рынке электроэнергии и мощности отсутствует механизм формализованного определения состава работающего генерирующего оборудования. Это обусловлено переходным периодом в энергетике и отсутствием отечественных разработок по данной теме, применимых в новых условиях и доведенных до промышленной эксплуатации. При планируемом дальнейшем увеличении объема сектора свободной торговли электроэнергией состав оборудования будет оказывать все большее влияние на стоимость электроэнергии и прибыль участников
рынка. Внедрение процедуры формализованного выбора состава оборудования даст следующие выгоды для участников рынка
Прозрачность отсутствие дискриминации участников но нерыночным критериям. Таким образом, участники рынка будут получать лучшее представление о перспективах инвестирования средств и гарантиях получения прибылей. Это поможет привлечь частных инвесторов.
Оптимальность в результате процесса планирования будет получаться распределение нагрузки между станциями, приводящее к минимальным издержкам на выработку электроэнергии, либо к максимальному благосостоянию участников планирования. Очевидно, если в работе будут оставаться агрегаты, вырабатывающие электроэнергию по более низкой цене, а более дорогие остановлены, то получится лучшее распределение нагрузки между агрегатами, находящимися в работе. Все это приведет к снижению стоимости электроэнергии для всех участников рынка. Данная ситуация будет выгодна потребителям и эффективным генерирующим компаниям, так как потребители получат электроэнергию по более низкой цене, а генерирующие компании дополнительную прибыль.
Приведение в действие механизма ВСВГО потребует организации новых технических, правовых, информационных, финансовых взаимоотношений субъектов рынка.
Актуальность


Разработан алгоритм выбора состава оборудования на основе нелинейной оптимизации с использованием характеристик относительного прироста расхода топлива ХОП и метода динамических переходов. Проведено сравнение эффективности алгоритмов ВСВГО на основе СЦЛП и использования ХОП и метода динамических переходов, определены направления дальнейшего совершенствования разработанных методик. Практическая ценность работы. Исследования алгоритмов решения задачи ВСВГО позволили создать программное обеспечение ПО, которое может быть положено в основу формализованного определения состава работающего оборудования крупных энергообъединений. Разработанная программа пСот включена в состав программного комплекса Илят, являющегося широко распространенным в энергосистемах России и служащего для расчета режима, оптимизации по активной и реактивной мощности, оценки состояния и решения других электроэнергетических задач. Алгоритмы ВСВГО были проверены в ходе тестирований программы ипСот в Центральном диспетчерском управлении ЕЭС России и ОДУ Урала. Тестирование проводилось для нужд краткосрочного планирования на сутки вперед, в итоге были получены положительные результаты. В дальнейшем планируется промышленная реализация ВСВГО для ЕЭС России в рамках процесса подготовки к проведению торгов на сутки вперед. Достоверность результатов работы подтверждается корректным применением теории расчета и моделирования электроэнергетических систем, а также проведенными вычислительными экспериментами на реальных данных суточного планирования режима ОЭС Урала и ЕЭС России. Апробация работы. Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт, г. Тобольск, г. Екатеринбург, г. I i , г. СанктПетербург, г. Энергетика и электротехника. Светотехника, г. Екатеринбург, г. Всероссийской научнопрактической конференции Технологии управления режимами энергосистем XXI века, г. Новосибирск, г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ , в том числе 3 работы в реферируемых изданиях ВАК. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и одного приложения. Объем работы составляет 4 страницы основного текста, рисунка, таблиц, включает список литературы из 2 наименований. Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы показана ее актуальность, сформулирована цель работы, отражена научная новизна и практическая ценность. В первой главе описываются предпосылки появления интереса к ВСВГО. Представлена текущая ситуация в структуре энергетической отрасли в России и зарубежных странах, анализируются причины начала реформирования. Особое внимание уделено методам суточного планирования при различных формах организации конкурентного рынка электроэнергии. Проводится анализ мировых тенденций развития и дается характеристика текущей стадии. Описывается структура создаваемого рынка электроэнергии и процедура осуществления суточного планирования. Показана необходимость процедуры ВСВГО при проведении торгов электроэнергией и сформулированы основные требования к ней. Во второй главе формулируется в общем виде задача ВСВГО, приводятся описания математических подходов к ее решению. Кратко представляется суть алгоритмов и их эффективность, осуществляется анализ на предмет их применимости для решения поставленной задачи. Третья глава посвящена алгоритму ВСВГО, разработанному на основе смешанноцелочисленного программирования и реализованному в программе ШСот. Описываются основные части математической модели и ее особенности, характерные для условий нашей страны. В четвертой главе представлено описание алгоритма ВСВГО, основанного на использовании ХОП и метода динамических переходов. Затрагиваются основные аспекты реализации и описывается алгоритм. Производится сравнение эффективности алгоритмов ВСВГО на основе смешанноцелочисленного программирования и на использовании ХОП и метода динамических переходов. Излагаются направления дальнейших модификаций методик и программного обеспечения ВСВГО. Приложение содержит акт внедрения программного обеспечения на основе разработанных алгоритмов ВСВГО в ОАО СОЦЦУ ЕЭС.