Оптимизация развития электроэнергетических систем

Содержание

Задание на курсовое проектирование………………………………………………………......3

Введение 4

1 Формирование модели выбора структуры генерирующих мощностей 5

1.1 Линейная экономико-математическая модель выбора СГМ 5

1.2 Расчет коэффициентов уравнений ограничений и целевой функции 8

2 Выбор структуры генерирующих мощностей с помощью ЭВМ 11

2.1 Характеристика программного комплекса «OSGM» 11

2.2 Оптимальная СГМ и ее анализ 12

3 Выбор оптимальной конфигурации электрической сети 17

3.1 Выбор возможных вариантов сети при помощи программ «OPTIMUM» и «OPTILANE» 17

3.2 Расчет перетоков мощности 19

3.3 Оценка целесообразности применения напряжения U=220кВ,U=110кВ 20

3.4 Технико-экономическое сравнение вариантов сети 21

Заключение 22

Список используемой литературы 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В данном курсовом проекте по дисциплине Методы управления развитием сложных технических  систем мы должны выполнить оптимизацию структуры генерирующих мощностей заданной электроэнергетической системы, состоящей из трех объединенным энергосистем(ОЭС1, ОЭС2, ОЭС3), связанных межсистемными связями. По уравнениям экономико-математической модели необходимо составить симплекс-таблицу для выбора СГМ и рассчитать коэффициенты уравнений ограничений и целевой функции. Произвести выбор оптимальной СГМ  при помощи программы - «OSGM». Получить в ходе расчетов программы оптимальную СГМ, соответствующую минимальным приведенным затратам.

Выбор оптимальной конфигурации электрической  сети осуществляется при помощи программы «OPTIMUM».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Формирование модели выбора структуры генерирующих мощностей

1.1 Линейная экономико-математическая  модель выбора СГМ

     Важнейшей задачей управления развитием электроэнергетических систем является определение оптимальной СГМ, которое в общем виде формулируется следующим образом: определить значения суммарных мощностей различных типов электростанций, а также пропускных способностей линий электропередачи, обеспечивающих минимум приведенных затрат по энергосистеме с учетом существующей структуры, динамики роста электропотребления, набора возможных к сооружению типов электростанций и их технико-экономических характеристик. Данная задача сводится к общей задаче линейного программирования, целью которой является нахождение минимума целевой функции при выполнении системы ограничений ,  ,

- количество ограничений.

    Для каждого узла  в дополнение к мощности существующих электростанций -того типа , использующих топливо вида должна быть определена величина вновь вводимой мощности , а также перетоки между системами и .

     За критерий оптимальности принимается минимум суммарных приведенных затрат на развитие электростанций и линий электропередач. Функционал имеет вид:

, где

- удельные приведенные затраты  для электростанций,

  - удельные приведенные затраты для линий электропередач,

- пропускная способность вновь вводимых линий между смежными узлами и .

Формула для расчета коэффициентов  функционала:

- нормативный коэффициент эффективности  капиталовложений, для электроэнергетики;

- удельные капитальные вложения, ;

- удельные постоянные ежегодные  эксплуатационные издержки ;

- замыкающие затраты на топливо, ;

- удельный расход топлива, ;

число часов использования установленной мощности станций .

Для линий электропередач:

, где

- удельные капиталовложения на пропускной способности линии,

суммарные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание ЛЭП.

Уравнения ограничений

1. Условие баланса мощности каждого  узла :

, где

- расход мощности на собственные  нужды электростанции,

- коэффициент, учитывающий потери  мощности в линии электропередач, ,

- максимальная нагрузка узла.

2. Условие баланса энергии:

, где

- время использования максимальной мощности межсистемных связей;

 - годовая потребность в электроэнергии.

3. Ограничение по предельной мощности электростанций:

, где

- предельно допустимая мощность электростанции данного типа.

4. Ограничение по предельному отпуску электроэнергии (для ГЭС):

, где

- ограничение на отпуск электроэнергии с шин станций.

5. Ограничение по пропускной способности линий электропередач:

, где

- пропускная способность межсистемных связей.

6. Условие обеспечения спроса мощности в период максимальных нагрузок:

, где

- резерв активной мощности  на электростанциях.

7. Условие обеспечения спроса электроэнергии в период максимальных нагрузок:

.

8. Ограничение по использованию некоторых видов топлива:

, где

- удельный расход топлива, ,

- заданный объем топлива.

9. Учет ограниченности капитальных вложений, выделенных для ввода новых энергообъектов:

 

- заданный объем капиталовложений.

Таблица 1.1.1 – Технико-экономические показатели электростанций.

Станция
1. КЭС, газ	2,3	10	320
2. КЭС, уголь	4,4	10	335
3. АЭС	6	9	-
4. КЭС, п/п уголь	4,9	10	335
5. ГАЭС	2	2	-
6. ГЭС	1	2	-
7. ГТЭС	1,5	10	550

 

                        

1.2 Расчет коэффициентов уравнений ограничений и целевой функции

1. Условие баланса мощности каждого  узла :

2. Условие баланса энергии:

3. Ограничение по предельной мощности электростанций:

                     

4. Ограничение по предельному отпуску электроэнергии (для ГЭС):

5. Ограничение по пропускной способности линий электропередач:

6. Условие обеспечения спроса мощности в период максимальных нагрузок:

7. Условие обеспечения спроса электроэнергии в период максимальных нагрузок:

 

8. Ограничение по использованию некоторых видов топлива:

а) газ:

 

б) газотурбинное топливо:

 

в) уголь:

9. Учет ограниченности капитальных вложений, выделенных для ввода новых энергообъектов:

 

Функционал:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Выбор структуры генерирующих мощностей с помощью ЭВМ

2.1 Характеристика программного комплекса  «OSGM»

     Программный комплекс OSGM предназначен для  расчета оптимальной структуры генерирующих мощностей 3-х узловой энергосистемы. Программа функционирует в операционной системе Windows. Для запуска на ПК OSGM используется файл-приложение OSGM.EXE.  Данная программа позволяет осуществлять ввод данных, их корректировку, и на их основе производить выбор оптимальной СГМ. Исходные и полученные данные можно сохранять в файлах и присваивать им имена.

     Программа способна выполнять такие процедуры как: создание, открытие, сохранение файлов с данными, формирование линейной экономико-математической модели выбора оптимальной СГМ, формирование симплекс-таблицы, процедуру симплекс-метода, вывод во внешний файл исходных данных и результатов расчета.

     Для запуска программы необходимо выполнить файл OSGM.EXE. После запуска программы, на экране появляется окно, содержащее множество полей для заполнения, которые выполнены в соответствии с заданием на курсовую работу. Кроме полей для заполнения, форма содержит кнопки:

-«Дополнительные данные»;

-«Таблица»;

-«Оптимизация»;

-«Выход».

      Сформированную таблицу можно сохранить и (или) распечатать. Для этого в верхнем левом углу окна имеются предназначенные для этого кнопки. Сохраненная таблица будет находиться в файле simtab.txt.

     После того, как правильно была сформирована симплекс-таблица, становиться активной кнопка «Оптимизация». При ее нажатии, в случае отсутствия ошибок, на экране появляется окно, содержащее результаты расчета. Полученные результаты так же можно сохранить в файл или распечатать, для чего  и существуют соответствующие кнопки. Сохранение результатов производится в файл result.txt.

2.2 Оптимальная СГМ и ее анализ

Результаты, полученные из программы OSGM:

СОСТАВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ:

 

=== Для ОЭС №1 ===

КЭС ,уголь  = 15,799  ГВт

АЭС         = 2  ГВт

ГТЭС        = 0,466  ГВт

 

=== Для ОЭС №2 ===

КЭС ,уголь  = 3,001  ГВт

АЭС         = 2,999  ГВт

ГЭС         = 2,796  ГВт

 

=== Для ОЭС №3 ===

КЭС ,газ    = 5  ГВт

АЭС         = 4  ГВт

ГАЭС        = 1  ГВт

ГЭС         = 0,388  ГВт

ГТЭС        = 1,199  ГВт

 

МЕЖСИСТЕМНЫЕ ПЕРЕТОКИ:

 

Переток 1_2 =1,3 ГВт

Переток 1_3 =0,999 ГВт

Переток 2_3 =0,627 ГВт

 

Затраты = 3073,322  млрд. руб.

 

 

 

 

 

Анализ полученной СГМ:

1. Расчет резерва мощности:

ОЭС1:

Резерв мощности ОЭС1 составляет 99,56%.

ОЭС2:

Резерв мощности ОЭС2 составляет 5,21%.

ОЭС3:

Резерв мощности ОЭС3 составляет 10,11%.

2. Процент использования топливных ресурсов:

Газ:

    

Ресурсы газа использованы на 81,78%.

Уголь:

    

Ресурсы угля использованы на 42%.

Газотурбинное топливо:

    

Ресурсы газотурбинного топлива использованы на 97,99%.

3. Процент использования выделенных капиталовложений:

Капитальные вложения использованы на 99,98%.

Вывод: В ходе расчетов программы была получена оптимальная структура генерирующих мощностей заданной электроэнергетической системы, состоящая из трех объединенных энергосистем, связанных межсистемными связями. В полученной оптимальной структуре газовое топливо используется на 81,78%, уголь на 42% и газотурбинное топливо на 97,99%. Основной объем генерируемой энергии вырабатывается станциями, работающими на угле. Расчет резерва мощности объединенных энергосистем показал, что вырабатываемая ими мощность превышает прогнозируемые максимумы нагрузки, и все ОЭС имеют удовлетворительный резерв мощности, наибольший из которых имеет ОЭС1 . Капитальные вложения использованы на 99,98%.

 

 

 

 

3 Выбор оптимальной конфигурации  электрической сети

3.1 Выбор возможных вариантов сети  при помощи программ «OPTIMUM» и «OPTILANE»

Результаты работы программы:

1. Метод по минимальной длине  линии:

Рисунок 3.1.1 – Конфигурация сети, полученная методом по минимальной длине линии.

2. Метод покоординатной  оптимизации:

Рисунок 3.1.2 – Конфигурация сети, полученная методом покоординатной

оптимизации.

3. Метод упорядоченного исключения ветвей полного графа:

Рисунок 3.1.3 – Конфигурация сети, полученная методом исключения ветвей полного  графа.   

 

Наименьшие  приведенные затраты имеет схема, полученная методом исключения ветвей полного графа.

 

Результат работы программы «OPTILANE»:

 

 

Результаты расчета программы :

 

2. Расчет перетоков мощности

 

Расчетные нагрузки

Таблица 3.1

Подстанция	Нагрузка
	P, МВт	S, МВА	Q, МВар
1	67	83,75	50.25
2	38	47,5	28.5
3	46	57,5	34.5
4	24	30	18
5	31	38,75	23.25
6	21	26,25	15.75
7	6	7,5	4.5
8	7	8,75	5.25