Диссертация (Разработка математической модели, численных методов и алгоритмов для структурно-параметрического синтеза электросети мегаполиса с учетом его перспективного развития), страница 5

д.,а также определения необходимости и сроков ввода в эксплуатацию объектовнового строительства. Оптимальное развитие подразумевает обеспечениенаилучшихтехнико-экономическихпоказателейэлектросети.Приэтомэлектросеть должна удовлетворять требованиям к надежности и качествуэлектроснабжения, воздействию на окружающую среду.В состав задачи ПРЭ входит широкий круг вопросов. С точки зрениясистемногоподходаследуетвестипроектированиедлявсейсетиэлектроэнергетической системы, начиная от шин электростанций и заканчиваявводно-распределительными устройствами потребителей.

При этом необходиморассматривать схемы электростанций и подстанций, решать вопросы защиты отперенапряжений, выбирать устройства автоматики для автоматическогоуправления и регулирования режимов работы электрической системы, включаясети всех уровней напряжения. Такая задача чрезмерно громоздка.

На практикетакая задача может быть решена только по частям – путем проектированияотдельно сетей различных назначений, электростанций и подстанций, средствзащиты от перенапряжений, релейной защиты, устройств автоматики и т. д. Накаждом уровне проектирования отдельные части сети представляют укрупненои приближенно. В дальнейшем полученные при проектировании решенияуточняются и согласуются. Например, при проектировании питающей сетиучитывают принципиальные схемы подстанций и электростанций.

Наоборот, припроектировании электростанций и подстанций должны быть учтены число ипредполагаемые режимы работы отходящих линий.31При решении задачи ПРЭ мегаполиса решают следующие основныевопросы:• выбор числа и местоположения РП и ТП;• выбор варианта подключения новых потребителей к электросети, а такжеопределение параметров возводимых КЛ;• определение варианта включения новых ТП в электросеть.Результатом решения задачи ПРЭ мегаполиса является нахождение такоговарианта постепенного развития электросети, при котором:• обеспечиваетсявозможностьнадежногоэлектроснабжениявсехнамечаемых к присоединению и уже присоединенных потребителейэлектроэнергии,• требуютсянеобходимоенаименьшиедлязатратынаудовлетворениярасширениеэлектросети,возросшейнагрузки,иэксплуатационные расходы на обслуживание электросети.Основными особенностями данной задачи, вызывающими сложности прирешении, являются:• неопределенность исходной информации;• многокритериальность,какследствиемногоцелевогоназначениясистемы электроснабжения при противоречивости целей;• сложные функциональные зависимости оптимизируемых параметров иразнородность последних;• многовариантность решений.Решение задачи ПРЭ необходимо в следующих ситуациях:• врамкахработыслужбытехнологическихприсоединенийэлектросетевой организации при принятии решений о присоединениигруппы потребителей.• при проектировании новых районов города и крупномасштабныхзастроек;• при внедрении новых технологий и оборудования, принятия решения оприменении новых правил эксплуатации и требований к электросетям.32Исходные данныеРешение задачи ПРЭ мегаполисов начинается с задания возросшейнагрузки, то есть определения числа и мест расположения подключаемых кэлектросети потребителей.

При составлении оптимизационной модели можнопредположить, что параметры системы и даже прогнозируемые нагрузки вполнедостоверны и однозначно определены, хотя правильнее было бы рассматриватьперспективные нагрузки как проявления случайных событий, определяющихспрос в узлах потребления, и рассматривать заданную нагрузку какматематическое ожидание случайной величины [51]. Однако такая постановказадачисильноусложнитдиссертационнойалгоритмработызадачуеерешения.ПРЭВрамкахмегаполисаданнойставимкакдетерминированную.Анализ систем электроснабжения развитых стран показывает, чтобольшинство распределительных сетевых компаний используют среднесрочные(до 5 лет) и долгосрочные (на 10 – 15 лет) планы развития электросетей [67].

Этипланы ежегодно корректируют в связи с уточнением исходной информации иоценок перспективного электропотребления.В качестве источников исходных данных при прогнозировании спроса наэлектроэнергиюиспользуютвнутреннююинформацию,имеющуюсявэлектросетевой компании (заявки на технологическое присоединение, поданныепотребителями; отчетные данные по присоединенной мощности; динамика ростамаксимальных нагрузок и т. д.), и внешнюю информацию(планытерриториального развития, генеральные планы городов и муниципальныхобразований и т.

д.).Для практической реализации системы долгосрочного прогнозированияперспективных нагрузок существуют системные комплексы, позволяющиевносить,актуализировать,группировать,анализироватьинформацию по перспективным электрическим нагрузкам [88].иранжировать33Критерии оптимальностиВ подавляющем большинстве случаев при оптимальном проектированииэлектросетей в качестве критерия оценки варианта сети применяют такназываемые приведенные затраты, основанные на учете капитальных вложенийна строительство электросети и ежегодных издержек на эксплуатацию [29, 37,91]. В состав приведенных затрат в общем случае входят:• капитальные затраты на строительство электросети;• издержки на амортизацию, текущий ремонт и обслуживание;• затраты на компенсацию потерь мощности и электроэнергии;• затраты на собственные нужды подстанций.Приведенные затраты определяют по формуле видаЗ = Еи К + И ,где З – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальныхвложений; К – капитальные вложения, необходимые для сооруженияэлектросети, руб.; И – ежегодные эксплуатационные расходы, руб./год.

Вразличных источниках коэффициент Еи выбирают в диапазоне Еи = 0,1....0,15 .Другие критерии могут учитываться в виде ограничений. Обеспечениенадёжности может осуществляться, например, выбором соответствующегочисла цепей для КЛ; обеспечение требований экологии – ограничениемпредельно допустимой установленной мощности для каждой возможнойплощадки под новые электростанции и т. п.Зачастую возникают ситуации, когда варианты некоторых электросетейотличаются приведенными затратами на 3 – 5%. Такие варианты считаютсяравно-экономичными и наилучший вариант из них выбирается уже не изэкономических критериев, а из оценки надежности, перспективности, степенивлияния на окружающую среду и других факторов.Очевидным недостатком данного подхода является то, что при сравнениисхем электроснабжения по единственному критерию приведенных затратполагаетсяравноценностьэтихсхемсточкизрениянадежностиэлектроснабжения [104].

Такое предположение ничем не обоснованно и34зачастую неверно. Таким образом, актуальным является введение в критерийоптимальностипоказателейнадежностиэлектроснабженияикачестваэлектроэнергии [61].В качестве критерия надежности принято использовать интегральныйкритерий недоотпуска электроэнергии [43, 74]. Учет качества электроэнергиипроизводится по критерию неодинаковости напряжений [30]. Также в качестведополнительного критерия может выступать, например, площадь отчуждаемыхтерриторий города под строительства ТП [109]. При таком подходе задача ПРЭстановится многокритериальной и требует применения многокритериальныхоптимизационных методов ее решения.Набор критериев оптимальности должен удовлетворять следующимтребованиям:• отражение всех важнейших характеристик системы;• неизбыточность (оценки не должны пересекаться);• минимальность (обеспечение минимальной размерности задачи);• разложимость (имеется возможность разложить задачу на подзадачименьшей размерности).Электросети сильно зависят от размера и инфраструктуры города, а такжетехнических решений, принимаемых в начале строительства электросети, чтоприводит к сложностям при формализации процесса проектирования и созданииуниверсальных методик решения задачи развития электросетей.Вдиссертациипредлагаетсяматематическаямодельэлектросети,обладающая высокой степенью универсальности.

Универсальность достигаетсяза счет возможности расширения числа параметров элементов электросети, атакже применения различных критериев оптимальности и ограничений. Данныеособенности дают возможность применения предложенной модели к большомучислу электросетей и для решения большого числа практически значимых задач.Крометого,указаннаяуниверсальностьдаетвозможностьадаптациипредложенной математической модели к современным и перспективнымтехнологиям строительства электросетей.351.3.Опыт проектирования электросетей в России и за рубежомРассмотрим пример проектирования электросетей пяти стран с наличиеммегаполисов, электроснабжение которых аналогично электроснабжению вМоскве.

Стремительный рост этих городов определяет необходимость учета ихразвития при проектировании электросетей.Одним из лидеров в этом вопросе является США. Хотя столица страныимеет население численностью менее миллиона человек, здесь располагаютсякрупнейшие города мира: Нью-Йорк (более 8 млн. чел.), Лос-Анджелес (около 4млн.), Чикаго (около 3 млн.) и другие [108].Американские энергетикииспользуют для проектирования и развития электросетей большое числопередовых методов, которые легли в основу мощного программногообеспечения. Подробно эти методы и средства проектирования описаны вработах [3, 15, 16].

В частности, в работе [3] описан метод, когда каждыйкомпонент электросети (трансформаторы, разъединители, предохранители,воздушные и подземные линии) моделируется с точки зрения надежностиединственной скалярной величиной – частотой отказов. С точки зрения расчетаиоптимизацииэлектрическихпараметровкомпонентовэлектросетейсуществует большое число удобных моделей, описанных в работе [16].Методы и средства оптимизации и планирования электросетей, описанныев работе [16], широко применяются в США и ряде других стран при разработкеавтоматизированных городских распределительных линий и подстанций. Изнаиболее успешных ПК американской разработки следует отметить следующиепродукты:• специализированнаяСАПРAutoCADElectricalмеждународнойкалифорнийской компании AutoDesk [79];• ряд решений американо-канадской фирмы CYME International, вчастности, САПР CYME PSAF (Power Systems Analysis Framework) – ПКанализа передачи и распределения электроэнергии, использующий36несколько описанных выше принципов моделирования в различныхмодулях [5];• ПК имитационного моделирования распределительных сетей фирмыBentley Systems – Bentley Expert Designer Electric, основанный наплатформе собственной разработки компании MicroStation [2].Следует отметить, что США имеют структуру построения электросети,отличную от России и других рассматриваемых в рамках данного обзора стран,использующих так называемый европейский принцип построения электросети,который базируется на трехфазной первичной линии (обычно трехпроводной)напряжением порядка 10 кВ (варьируется по странам).