Введение к работе
. -
Актуальность проблемы. Непреходящая актуальность таких задач как повышение надежности энергооборудования посредством применения новых технологий и более долговечных и прочных материалов, создание высоконадежных электроэнергетических систем (ЭЭС) посредством оптимизации их структуры и уровней резервирования, обеспечение надежного снабжения электростанций первичными (возобновляемыми и, особенно, невозобновляемыми) энергоресурсами, обеспечение безопасного, безотказного, обладающего высокой живучестью электроснабжения потребителей, связана с тем, что по мере развития и усложнения электроэнергетического хозяйства усложнялись и постановки задач надежности, требовались более совершенные методы, приемы и средства их решения. Исходя из запросов практики управления развитием и функционированием ЭЭС и их объектов развивалась и усложнялась теория надежности электроэнергетической отрасли. С другой стороны, этому способствовало бурное развитие в последние тридцать лет ЭВМ, которые сделали возможными сложные вероятностные и комбинаторные вычисления в задачах надежности, сделав доступными по времени и по точности почти любые необходимые расчеты.
Однако, развитие теории надежности ЭЭС на этом вряд ли закончится. Более того, по мере развития ЭЭС, их усложнения, разработок новых энерготехнологий и новых принципов управления системами, объединения ЭЭС на более высоких, межгосударственных и межконтинентальных, уровнях вновь и вновь появляются новые постановки задач надежности, требующие комплексных подходов, привлечения новых методов и средств для их решения, расширения содержательности и интегрированности (системности) результатов решения и многое другое.
Особых подходов на данном этапе требуют современные ЭЭС. Под современными ЭЭС здесь понимаются системы, которые в настоящее время насчитывают десятки электростанций разного вида, тысячи единиц основного (генерирующего и сетевого) оборудования большой мощности, сложнозамкну-тую конфигурацию сетей и которые обеспечивают электроснабжение потребителей на обширных территориях. При управлении развитием и функционированием таких ЭЭС, кроме указанных технических особенностей, необходимо учитывать современные экономические и социально-политические условия, которые, как показала жизнь, оказывают большое влияние на управление технико-экономическими системами народного хозяйства, к которым относятся и ЭЭС.
Время от времени, наряду с глобальными проблемами надежности, возникают и частные специфические задачи надежности. Именно к таким можно отнести проблемы, стоящие сейчас перед российской электроэнергетикой в связи с кризисом общественного производства, социально-политическими катаклизмами и другими явлениями. Все это требует повышенного внимания к обеспечению надежного электроснабжения потребителей в складывающихся условиях. Данная проблема поднимается до уровня обеспечения в рамках государственной и экономической безопасности - безопасности электроэнергетиче-
ской.
Немаловажным в новых хозяйственных условиях является гармоничное сочетание народнохозяйственного эффекта с получением прибыли соответствующей энергокомпанией от повышения надежности ЭЭС.
Цель работы может быть охарактеризована как разработка методик, моделей и средств учета надежности как комплексного фактора при оценке системного эффекта при управлении развитием современных ЭЭС.
Для этого потребовалось
- разработать методику комплексного учета фактора надежности при
управлении развитием ЭЭС;
разработать модели и алгоритмы оценки показателей надежности ЭЭС;
исследовать теорию и практику нормирования надежности ЭЭС применительно к российским условиям;
выполнить анализ различных методических подходов к решению задачи обеспечения надежности ЭЭС в условиях функционирования рынка электроэнергии.
На защиту выносятся следующие основные научные и методические результаты:
-
Обоснование необходимости использования в электроэнергетике представления надежности как комплексного свойства, включающего в себя совокупность актуальных для ЭЭС единичных свойств надежности: безопасности, безотказности, ремонтопригодности, устойчивоспособности, живучести, управляемости.
-
Способы учета современных условий (в том числе рыночных) эксплуатации и развития ЭЭС.
-
Комплекс моделей и алгоритмов анализа и синтеза надежности ЭЭС для различных временных и территориальных этапов управления их развитием.
-
Результаты исследования надежностных свойств современных ЭЭС и их моделей для оценки надежности.
-
Особенности практики использования комплексного подхода к учету надежности при управлении развитием современных ЭЭС.
Методология исследований. Разработанные в диссертации методы и модели базируются на элементах теории системного анализа с использованием прикладной теории множеств и графов, теории вероятностей и математической статистики, общей теории надежности, теории моделирования и оптимизации, линейного и нелинейного программирования, комбинаторного анализа, методов имитационного моделирования и др.
Проверка эффективности и точности предложенных методик и моделей основывалась на вычислительных экспериментах для различных тестовых схем объединений ЭЭС, при решении многих практических задач. Проводились сопоставительные расчеты по разным моделям и анализировались причины совпадений и расхождений результатов.
Научная новизна и личный вклад автора диссертационной работы состоит в проработке вопросов надежности как комплексного свойства при оценке системных эффектов при управлении развитием ЭЭС. Разработки автора базиру-
ются и являются продолжением исследований в этой области, выполненных Ю.Н.Руденко (к ученикам которого автор относит себя), Г.А.Волкова, Н.И.Воропая, Ю.Б.Гука, В.Г.Китуигана, В.Р.Окорокова, М.Н.Розанова, В.И.Эдельмана, М.Б. Чельцова и др. С учетом отечественного и зарубежного опыта показано, что применимость тех или иных методов зависит от внешних и внутренних условий развития ЭЭС.
В работе, в рамках комплексного подхода к проблеме, обосновывается последовательность рассмотрения и обеспечения различных единичных свойств надежности, необходимость согласованного формирования уровней надежности различных технологически звеньев ЭЭС: обеспечения первичными энергоресурсами, генерации и транспорта электроэнергии.
Обосновывается также целесообразность предлагаемого комплекса методов и моделей (от упрощенных до достаточно сложных и уточненных) на различных территориальных и временных уровнях управления развитием ЭЭС.
Определенную научную новизну составляют сопоставительные анализы различных методов и моделей надежности: марковского случайного процесса с общей теоремой о повторении опытов, детерминистических критериев с вероятностными и т.д.
Выполненные в работе исследования надежностных свойств современных ЭЭС позволили обнаружить новые и в некотором роде неожиданные особенности и явления, а также закономерности и зависимости надежности от новых условий функционирования и управления ЭЭС.
Элементами новизны обладают также:
методические подходы к разработке модели оценки показателей надежности ЭЭС произвольной конфигурации и структуры с учетом ограничений на энергоресурсы;
использование объективно обусловленных оценок для обнаружения и устранения "узких мест" по надежности в ЭЭС;
- характеристика нормативных требований к надежности ЭЭС при
управлении их развитием.
Практическое значение состоит в том, что предложенные методики и вычислительные средства нашли применение при технико-экономическом сравнении вариантов развития ЭЭС, для оценки системного эффекта различных мероприятий по обеспечению надежности, для анализа отдельных критических и чрезвычайных ситуаций при исследовании живучести и электроэнергетической безопасности, а также для исследования факторов, влияющих на надежность ЭЭС. Разработанные методические подходы и модели позволяют обосновывать мероприятия, наиболее эффективно обеспечивающие надежность электроснабжения. При этом там, где это необходимо, учитываются особенности развития отечественных ЭЭС и реформирование экономики. Полученные результаты исследований были использованы при принятии решений по управлению ЭЭС, положены в основу конретных рекомендаций по обеспечению надежности ЭЭС при решении современных проблем обеспечения их развития.
Использование результатов. Выносимые на защиту результаты
исследований были использованы при выполнении работ по темам и научным программам координационных планов Госкомитета по науке и технике при СМ СССР; ОФТПЭ РАН; Постановлениям правительства РФ и Минтопэнерго РФ:
1.9.3.5 "Теория и методы исследования и обеспечения надежности систем энергетики". Тема "Развитие критериев, методов и алгоритмов исследования и обеспечения надежности ЭЭС, ГСС и ТСС во взаимоувязке с ТЭК и с учетом новых экономических и социально-политических условий " (1990-1995 гг.);
1.9.3.2 (1.4) "Методические основы, математические модели и методы исследований надежности систем энергетики и обоснование мер обеспечения энергетической безопасности России и ее регионов" (1996 - 1998 г.) и др.
По тематике исследований выпущены отчеты по НИР.
Разработанные методики и модели для ЭВМ используются для обоснования сооружения системных и межсистемных связей, обоснования в условиях рыночной экономики взаимовыгодного межрегионального и межгосударственного сотрудничества.
Полученные в работе результаты приводят к необходимости уточнения ряда положений нормативных документов.
Методические разработки используются в учебном процессе электроэнергетических специальностей ВУЗов. Автор поставил и читал в ИрГТУ (ИЛИ) ряд лет курс "Надежность систем энергетики".
Апробация. Многие положения диссертации неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах, совещаниях, конференциях и симпозиумах различного уровня как отечественных, так и зарубежных, в том числе и прежде всего на Всесоюзном (теперь Всероссийском) семинаре "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", а также на:
Российско - Германском семинаре (Первое заседание в г. Плесе, сентябрь 1993 г.),
4-ом международном симпозиуме по мировой энергетической системе (Будапешт, октябрь 1994 г.),
4-ой международной конференции PSCM (Лондон, август 1996 г.),
Международной летней 1997 года конференции Общества инженеров-энергетиков (PES IEEE), Берлин, июль 1997 г.,
2-ом Российско-Японском симпозиуме по электропередаче постоянного тока "Россия-Япония" (Иокогама, ноябрь 1997 г.) и других.
Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше 40 работ, в том числе отдельные разделы в 3 коллективных монографиях (1988, 1995, 1996, Наука, Сибирское отделение, Сибирская издательская фирма РАН). Публикации отражают все основные результаты диссертационной работы.
Объем и структура работы. Диссертация содержите5"? страницу текста, в том числе НИ страницы основного текста, иллюстрированного 20 рисунками и 57 таблицами, и состоит из введения, шести глав, заключения, перечня литературы на 14 страницах (125 наименований) и приложения (^страницы).
