Введение к работе
Актуальность иробяеыы> Развитие и успеншешае ЭХ, объединение их ш параллельную работу и создание крупных энерго-обьединевии треоу&г совершенствования и создания нових иодз-деи и методов исодедошиии развития ооС. К настсда,еиу времени вшшдиеш многочисленные разработки а этом направлении. Суще-
отвенный випад в формирование теории управления развитием ЭЭС, разработку моделей и методов для этой цели внесли Арзамасцев Д.А., Беляев Д.С, Волькеїиу );.»!.', Зейлигер А.Н,. Ер-вевич В.В., Лазебник' А.И., Кргаан З.П., Хабачев Л.Д., Ханаев В.А., G-arvtr L.L-jMcr&H/}., &u((Lv<»h И- L, и другие.
В то же время, во многих практически ваыых случаях су-цестушая методология исследования развития ЫС, разработанные модели и методы отзываются недостаточными. Особенно это характерно для быстро развивающихся знергообьединений, к которым относятся ЭЭС Китая.
В ISSI г. суммарная установленная мощность электростанций в Китае достигла 148 ГВт, а годовая выработка электроэнергии - 670 ТВг.ч, что обеспечивает Китай четвертое место в иире. В общем баяаное мощностей окопо 70,"* приходится на ТЭС, а по выработке - около 80#, оотальное - Г2С. В К&Г г. обвдя протяженность ЛЭП высоких напряжений (220 кВ и вше) составите окопо 73000 км, в sou числе ЛШ 500 кВ - 7310 км.
Суиествуюсже в Китае ЗЗС развивались в несколько этапов {табя.ВЛ). Обобщенные параметры регтовальнш; ЭЭС на IS9I г. приведена в габл.В.2. В дален развитие ЗЭС Китая на всех этапах было водчявенореализации известных преимуществ объединения ЭЭС на параллельную работу о целью рацЕонапшого ес-поаьзованвя ресурсов, удучаения технкко-акономических показателей, повывения качества и надежности снабжения потребителей вяектроааергиеа.
В прибрехшх районах рост нагрузки вдет очень. быстро, в то время как йворгетические ресурсы расположены на севере в западе, далеко от побережья. В частности. 75* всех гидроресурсов Китая, оденизаешх в 2200 ТВт.ч а год и используемых толь-
Таблица B.I
Развитие УЭС и Китае
Года
bran
Напрдав-ние, кВ
Прожженное ть,
Та о дши ii. ^
і'скшовлшшал ыошосгь и годоная вщ>&дотхц а 1Ы)1 г.
Решовдлыше 'JJJ
Устаїшіінешшл Годовая ьираОотна,
UOLJWCTb, 1.ІІІТ tLT.4
Сеаероносточная
Северная
Восгочнал
Центральная
Соверо-иаіісі.щіал
кго-западиая
Ь'ЛіО 23У)5 liltilU Ь5С? UuVu 10-Ліі
с
ко на 40%, находятся на западе. Поэтому необходимость развития 3SC диктуется несбагіанакроваїпюстью мест распонокеикл знергоросурсов и нагрузки. Требуется репать п проблеми, свя-зашше с объединением--ЭОС. В настоящее время электроснабжение 'в Китае осуіцествяяется 7 анергообьедішешіяш в 6 энергосистемами. Начиная о АШ 500 кВ протяженностью 600 км от Яоиеїш до Ухала, построенной в IS8I г. объединение S3C охватио вси страну. Объединение ЭЭС в единую ЭЭС всего Китая планируется на уровне 2000 г. . -
В результате таких условий развития. электроэнергетики Китая основное ^электрические сети приобрели существенно выраженную неоднородную структуру; I) концентрирошшые SIC в районах крупних городов,к центров'потребнения, характеризующиеся иазви-тоії электрической сетьэ'.с короткими. ЛЩ; 2) дпшшке A&fi от источников анергорес'урсоа до центров нагрузки,,а такте мекскстемные ЛЗП, с сопутствующими ил проблемагш-особенностей регзгмов таких ЛЭЛ, устойчивости и др. Бистрий- реет нагрузки и недосга-
. ток капиталовложений усугубяяег проблему недостаточности связей и перекоси-в структуре S3C Ііиаая.
Цроводааш доследования базщру.ится ка современных достіаю-
пйях теории 5СТОЙЧЗЗВОСЇИ SSC," залесенной їрудеш. В.А.Вештова,
А.А.Горова, Е.С.Еданоза, F.R.lon^<^, R.H.far4,} (? Ru-
Ыеибсгд и развЕїоа рабо2ашгД»И.Азарьова, В.И.Лвраыеш<о,
В.А.Баринова, В.В.Бушуева>:И,й»Ворсшая, И.Л.Груздева,» Ы.Л.Де-винштеЯна, Ц.В.Лиаяенс, Э.С.Дукаиова, Л.Г.Ьїаіджокщща,15.Г.ІІорг-иого, С.А.Совалова, Б.А.Схроева,Е.К.Уаакова, Л.Б.Цукерника, В.К.Чебана, О.В.Шербачева в др. Иетодологш; и иетодн анализа режимов 'jIC получили развитие в работах Д.Л.Арзамасцева,
.А.о.Гауиа, Б.м.Гориатойка, A.A.Kpyuva, К.^.^рг.спкча, X.v.va-
7 зылова, В.Г.Хошского, L.K>KCrc(t»fiiuer ,3-&-Wart и др. Проблемы учета условий функционирования bSG при рассмотрения задач их развития исследовались в работах ІІ.И.оропая, Л.Д. Кощеева , Г.И.Санородова, R-L. &u(tvaи и других.
В то хе время, исследования показали, что многие из разработанных подходов, методов и моделей неполностью пригодны для условии у<Д Китая в силу их специфических свойств. Кршэ того, шогие шдели и методы «егодйческв проработаны пока недостаточно. Рост количества проблем, о которыми сталкивается электроэнергетика Катая, предъявляет новие требования к разносторонности и качеству технико-экономического анашза и необходимости разработки принцшшаяьно новых ыетодов и ыоделей. Выяснилось также, что традиционные методы анализа устойчивости ЬЭС не могут бить распространены на многие практически важные случаи, требующие использования полных уравнений Барка в сочетании со специальными иетодааа ретения хвстких састсы дифференциальных уравнений для моделирования длительных переходных процессов a 2UJ Китая. Наконец, до сих пор отсутствует эффективное ф-оршлыюе согласование реыении, пояучаеицх на осшша-нші технико-экономических моделей при использовании представления ЬЪС ыоделы) постоянного тока с ыодробнуцз иоде дяыа анализа электрических реішиов и переходных процессов В Ь[ о длшшыии ЛІЛІ.
Все это заставило автора разработать новин иетодичсский подход, ноьие модели и пагоды всследоіїаиші, ноторие в является предметом иредставляеиой работы, цра этой автор основывался на совреиенн'их достижениях прикладной иатеиатикк. В чаот» методов оптимизации аго работы й.Г.1нци$врова, В.И.Ьудатова, П.С.і^асіїо^екоьа, П.П.Ерешша. і.Г.ьатуовшю, І.Н.ііибщгшсго, Ь.Ы.Црыолььш, ll.b.liopa, Ф.Л.Ч<рн , В.й.^еаышава,
Р.Г.Сгронгигм, В.Т.Поляке, Данцига, Вулфя, Н.Н.Моисеева, Л.В.Канторовича, Зєйтендейка, Зангвилла, Бендерса, Гомори, Розена, Туя и др.
Большой вклад в'разработку аффективных методов интегрирования жестких систем дифференциальных уравнений внесли Батчер, Цалквист. Гир, Хенричи, Штеттсри и др.
Цели исследований:
-
Разработка методов комплексного анализа-и определения путей развития ЭЭС, повышения эффективности использования структуры электрических сетей, экономическое обоснование уровней надежности ЭЭС.
-
Создание методики оценки эффективности новых протяженных систом электропередач сверхвысокого нопрякения от больших гидроэлектростанций, которая мо«ет быть использована при обосновании экономических затрат и технических преимуществ, экономическом прогнозировании электроэнергетики.
-
Создание методов комплексного исследования надежности и устойчивости ЭЭС, основанных на широком использовании ЭВМ: разработка математических моделей элементов и объектов ЭЭС для расчетп переходных процессов; разработка численных методов для решения нелинейных кеотких систем дифференциальных уравнения при анализе переходных процессов, разработка метода пространства состояния для реяения линейных дифференциальных урарнений высокого порядке в матричной форме.
-
Постановка « решение задач оптимизации развития электрических систем и еь'бор наилучших конструкций »лектри«еских сетей.
Научная новизна
развивается новое научное направление в исследовании развития электрических сисгеы, связанное с созданием и применением принципиально нових математических моделей и методов дял комплексного решения развития структури электрических сетей;
созданы повиє модели для решения задач оптимального долгосрочного планирования развития передавдеа части системи, как нелинейные (или линейные) задачи частично целочисленного программирования;
разработан метод согласования целей (один из методов декомпозиции и согласования больших систем) с применением алгоритма Ьендероа;
для задач оптимизации развития ЫО предложены методи описания погокораспредеяешм постоянного гона для концентриро-вашшх электрических сзгей или переменного тока для протяженных линий электропередач сверхвысокого напряжения а отличие от опубликованных работ, которце основываются на определении падения напряжения на линиях;
с іюлоіім предложенных моделей и цетодов нровецен анализ перспектив развития ряда планируемых а проектируемых ЗХ' в Китае;
на основе анализа лшверсалышх зависимостей мевду экономическими и техническими характеристиками электрических сетей исследоааш вопроси использования оптимизационных моделей разнивашихся и реконструируемых систем и получена оценки сравнительной ауіекїшшости различных вариантов алектр^се'іеи, например, ири исследовании оптимальних связей для ви;.ачн иосдсс-
10 ге от ГЭС Трех Ущелий, оптимальных связей между Центральными и Юкниш сисгемами, передачи гидроэнергии ої Ltro-Западной до Восточной системы и т.д.;
разработана качественно новые вычислительные алгорнтви для расчетов устойчивости Э5С, например, неявные чиовешше яе-тода о автоматическим изменением шагов для расчета длительных переходных процеооов слоеных ЬОС и хаотких дифференциальных уравнений Парка;
разработаны нормативи, инструкции и критерии устойчивости-, отражающие специфику ЭЭС в Китае і
Назчная и практическая ценность. Цредлоаенные математиче
ские модели и методы расширяют возмогиости классичеокого анали
за путей совместного использования современной оптимизационной
математики и программирования и достижений вычислительной тех
ники. ' '
Становится возыоанам описывать на формальном языке н расчитывать основные условия ограничений по техническим требованиям в ЬйС, оценивать, их-надежность по критерии надежности и устойчивость. 3та проблема гораздо более остра н олохна, чем при обычном планировании с учетом ограничений по нагреву.
Создана основа для исследования ряда сложных переходных процессов при разлячкых вогшущзщшх в КС, например, анализ отагичеокой, переходной и динамической устойчивости, а такхе нарушения устойчивости н повторной синхронизации. Такой подход раоцроогранен дпя моделирования переходных процессов различных типов ааввтричеоких отангшй, например, ГЭС, ТХ, ГАЗС, АЭС, о учатои характерно гик нагрузки в работа нротивоаварийной автома
Вти модели положены в основу программ расчета устойчивое-
ти і'Л при іюиоїл '<Ш, которые разработаны в лаборатории электрических систем ЩДХ в Китае и переданы для использовашш
В РЯД ОНЄРГООСО.С\ШІЄНИЙ.
Результати работы использовались а ряда проектних и эксплуатационных организаций, в том числе, для обеоиечешш элекгроюшохвиия ыетадлургичеокого комбината Ухани, повішення устойчивости ХС Китая, передачи электроэнергии ог УЪО Трех J-«в лий до Нос точной системы, которые бцди удостоєнії проыии ашшстерства энергетики по науке и технике первого, второго, третьего класса.
Результата работ использовались в ряде руководящих указании и правил Шшистерства, например, "Руководящие указания но надежности и устойчивости wl" в Г„Ы г., "Руководяще указания для технологии 1-оС" в IWJ-1 г. "Планирование научных работ в энергетике до L000 года" в И'бь г., "Інструкцій для расчета переходной устойчивости liLO" в lVbi) г.
Результаты работ использовались такие на специальной факультете электроэнергетического кадрового инотитуга д;ш j;ypca лекцші "Современная техника 'ЛСИ. Ііа этом факультете обучались начаиышкц и генеральша инженеры провинциальных й^аро управления злея тром/ерге ШКОЛ И 0X0.
Па. зайд ту выносятся сяедуїше результати работы:
1. Новая методология пяаиироваиия развития o'JO.
к. Модель планирования развития 0UC, позволяющая описывать все теккико-окоиомическпе условия для долгосрочного процесса расширения 1ЬС ери задаинш исходном состоянии системы.
г. ііодвй'ь и ыетод оптимизации конструкции иоиной сети при описании ее потокорасиредеионием цосгояшюго тока, и цианирования оптимизации пропш.ешшх ЛІН оьерхвисоного напряжения ври
12 ошгоанкн юс потокораоцредеяєіжем неременного тока.
-
Математический метод для рєпснкя иелюїейнпх, лилейных в целочислешшх задач математического программирования о использованием алгоритма Ьендерса.
-
применение декомпозиции и согласования методов анализа больших систем для многоэтапного планирования шюгооб;.ект-ных систем;
-
Модель и метод хля исследований технический условия проверки надежности по дравиду п-1 и устойчивости UC;
-
Развитие обшй методики расчетов устойчивости (стати-чеокой, переходной, динамической), неустойчивости, повторной синхронизации;
-
Исследование неявных численных методов длительных переходных процеосов в ЪдС, о учетом регуляторов возбуждения скорости и расчетов электростанций;
-
практическое применение и внедрение результатов при эксплуатации & проектировании 5ЭС п руковсдяцнх указаниях и правилах для персонала.
Личный вклад автора,. Описываемые модели и методы для планирования развития 3<С проводились под руководством автора в ШШЭ Китая в лаборатории электрических систем, которой он за~ ведуег с 1974 г. Лрн создании моделей планирования развития ЭЗС автор опирался на теоретические работа L.S.La»soiit/I.M. Geofrtc'hjp.UCj.inj из США., по сравнению с которыми постановка и анализ дрсблеш автором бипп изменены применительно к прикладний задачам развития ЭЬС.
В работе над моделями развития SX и по программировании, в расчетах примеров на ЭВМ весьма плодотворной для автора оказалась работа с аспирантам! Ян Вкн, Ли ІІичзо, Ли Зомей. В раз-
витии применения методов для решения различных проблем проек- , тироаания веоьма валиш вкладом дяя автора оказалось сотрудничество с В иіьшшь, Lao Гоцан, ЧецЦн, которым принадлежат исследования цо планирование конкретній оистем.
Оввсиваеше математические модели для реіюияя переходных процессов UIC разрабатывались под руководством автора в ИШЬ Китая в лаборатории UJ. При создании иоде ли пролежу точних состояний автор опирался на теоретические работы советских учо-них А.А.Грреш, В. А. Пешкова, і.Г.иамшшнянца в др. в американских учених Парка, Конкордиа, Андероона,. до.сравнении с кото-рши постановка и анализ проблем била язяо~еіш применительно я распщренниы задачам Ь^С о различными ругулятораып электрн-' ческих станций с учетом гндро-, тепло- ядерных и гидроаккуыу-лягорних процессов. Анализ устойчивости ЬОС, разработка алгоритмов и програиыированиа на Жі проводились совместно в сотрудничестве с Хан Тянминь, Xjs Чхэнс'ёнь, Чю Сяасин, Jto Чхаохи и аспиранташгЧкан К, Іінь Ш4уа, Ш Куанда, Чиан Сёцен, Чааа іівзз, Ли Хиаиии.
Дри создании рунояоджих указании а правил ииниогерогва автор опирался на теоретический анализ и експернментапыша работы на динамических шдедях в в реальних ЗоС. Ътя указания и правила разрабатывались совместно
Адробация работ. Основше результаты исследований била вреде тавлени:
I) на научных конференциях, совещаниях и сешнарах в Китае; конференция всекитайского совета электроэнергетики (Пекин, 1963); совевдние по отатической устойчивости в ЬЭО (Цунщш, 1Ь75); совещание по регулировании реактивной моилос-ти и напряжения (Уши , И/ДЗ); Всекитайская конференция но
14 электроэнергетике "Устойчивость и конструкция сетей" (ЦОНЧЖО, 1978); Всекитайская конференция по электроэнергетике "Проблемы устойчивости ЮС" (Далян, 1981); семинар по энергетике в Клтае (Пекин, 1982); Конференция Всекитайского сонета электроэнергетики по вопросам электрических сиотен (Упп, 1983); семинар о передачах на высоких напряжениях (Сиан, I98J); заседания по автоматический установкам для повышения устойчивости ЇІС (Ло-юан, 1983; Нанкин, 1985); Воокитайские совешнил по диспетчерским проблег-ии (Ченду, I9S4; Цяньдао, 1985); Всекитайское совещание по реиеншо жестких дафферешщалышх уравнении (Лопай, 1284); Всекитайская конференция по применении вычислительной техники в электроэнергетике (Куйлин, 1985); семинары по устойчивости и конструкція ЗЭС (Хофэ, 1986; Сучяо, 1987); конференция Всекитайского совета электроэнергетики по 500 кВ линии передач (Пекін, 1986); семинар по управлений и эксплуатации oLC (Янтай, 1187); семинар по научкиы проблемам гидростанции Трех Ущелий (Пекин, ID87), Воеклтайская конференция по алектроэнер-гегике (Пекин, 1988); Всекитайская конференция ядерного энергетического совета (Шэньчхэнь, IDB8); Всекитайская конференция электроэнергетикой (Куйян, 1986); конференция всекитайского совета по электроэнергетике по технике оС (Пекин, ісьі.'); совета-ния по создают гидростанции Трех Ущелий и передаче ее энергии до Восточной системы (Пекин, 1989 и 19СЛ); Всекитайская конференция элекгроэнергегикоз (Цэнпа, 1990); семинар совета электроэнергетических систем (далян, 1920); семинар по вопросам устойчивости z развития Э5С.(Куйян, IS90); семинар по методике расчетов устойчивости (Пекин, issi); совещания по конструкции передачи электроэнергии ог ГС Трех Ущелий (Пекин, І9Б9, 1990, 1991, 1992);
4) на некдуниродішх конференциях ц семинарах: Международная конференция ГЄЄ/СЬ'ЄЄ по лередичаи високого напряжения L'vCd Китае (Пекин, і.ЬЯ7); ІЛехадшродішя конференция по шииенериоа штеиитико а ее применению ІЯїЦЛ'оС <Некий, IUW); II иеадшродай семинар по глобалшой оптимизации {Иркутск, ІіЛїЬ); Сешшар.^-/6^5 но эксплуатации 110 в разашшщихся странах (Іангкок, Таиланд, ІУВі?); лі коїігресо ГР/іс (Таллин, ІІЛ.Ю); аевд'народная конференция ло технике IU1 {11екин,ГЛЛ); Ыездународная конференция но управлении эксплуатацией ікЮ J(AfticoM.-і/іJ (Гоїшонг, IVJI г.); КвтаЁско-Содотскнв симпозиум по ироблемаы электроэнергетики (ІІекин, ШІ)г Иевд-народная конференция но ши,енернои математике а ее применении iSEMH'yz (Изньчхэиь, 11л>2); III ыевднародная конференция по глобальной оптимизации (Иркутск, ІШ2); росакйска-китаис-кнй симпозиум по проблемам электроэнергетики (Иркутск, ГЛ2).
Публикации, :.1атернади диссертации опубликованы а 4-х монографиях (в соавторетле), а 4-х указаниях (в соанторстно) Щщнстерстаа її шестидесяти статьях, опубликованных а России (четаре) и зарубеишх на английской языке (десять) изданиях, а остальные а Китае. В исіюльзоаашшх работах ш доли автора приходится более 150 печатних лкотоа.
Структура диссертации. Основное содершние научного доклада изложено в разделах:
