Режимы электрических станций и электроэнергетических систем

                Учебники НГТУ





Серия основана в 2001 году

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ СЕРИИ «УЧЕБНИКИ НГТУ»

       д-р техн, наук, проф. (председатель) НВ. Пустовой д-р техн. наук, проф. (зам. председателя) ГИ Расторгуев

       д-р техн. наук, проф. А.А. Батаев
       д-р техн. наук, проф. А.Г Вострецов
       д-р техн. наук, проф. В.И Гужов
       д-р техн. наук, проф. В.А. Гридчин
       д-р техн. наук, проф. В.И. Денисов
       д-р физ.-мат. наук, проф. В.Г Дубровский
       д-р экон. наук, проф. К. Т. Джурабаев
       д-р филос. наук, проф. В.И. Игнатьев
       д-р филос. наук, проф. В.В. Крюков
       д-р техн. наук, проф. В.Н Максименко
       д-р техн. наук, проф. ХМ. Рахимянов
       д-р филос. наук, проф. М.В. Ромм
       д-р техн. наук, проф. Ю.Г Соловейчик
       д-р техн. наук, проф. А.А. Спектор
       д-р юрид. наук, доц. В.Л. Толстых
       д-р техн. наук, проф. А.Г. Фишов
       д-р экон. наук, проф. М.В. Хайруллина
       д-р техн. наук, проф. А. Ф. Шевченко
       д-р техн. наук, проф. НИ Щуров

А.Г. РУСИНА, ТА. ФИЛИППОВА

РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ







НОВОСИБИРСК 2 0 14

УДК 621.311.1(075.8)
     Р 885




Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор Ю.А. Секретарев, д-р техн. наук, профессор А.Г. Фишов






      Русина А.Г.
Р 885 Режимы электрических станций и электроэнергетических систем : учебник / А.Г. Русина, Т.А. Филиппова. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2014.- 400 с. (Серия «Учебники НГТУ»).

         ISBN 978-5-7782-2463-6

          Изложены режимные свойства и режимные задачи электростанций и энергосистем и показана их важность для эффективного управления. Особое внимание уделено энергетическим балансам мощности и электроэнергии. Приведены принципы, модели и методы для задач оптимизации режимов электроэнергетических систем с использованием теории и методов управления режимами и компьютерными технологиями. Для основных задач приведены расчетные примеры.
          Материал книги ориентирован на подготовку студентов энергетических специальностей в курсах, которые включаются в учебные планы подготовки бакалавров и инженеров-магистров. Он полезен инженерам энергетических предприятий.





УДК 621.311.1(075.8)



ISBN 978-5-7782-2463-6

                                    © Русина А.Г., Филиппова Т.А., 2014 © Новосибирский государственный технический университет, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ


Список сокращений........................................11
Предисловие..............................................13

Раздел 1. ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ РЕЖИМАМИ
       ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ......................................15


Глава 1. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.................17

    1.1. Энергетическая система........................................17
    1.2. Требования к энергоснабжению потребителей.....................25
    1.3. Иерархичность управления......................................28
    1.4. Средства и системы управления энергетическими объектами.......31
    1.5. Компьютерные системы управления...............................37
    1.6. Бизнес-процесс и экономичность режимов........................42
    Заключение по главе 1..............................................45

    Вопросы для самопроверки...........................................45


Глава 2. ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ............47

    2.1. Потребители электроэнергии.....................................47
    2.2. Электроприемники промышленных предприятий......................48
    2.3. Графики нагрузки потребителей..................................53
    2.4. Показатели электропотребления и мощности потребителей..........57
    2.5. Нагрузка энергосистемы.........................................58
    Показатели графика нагрузки потребителя (пример расчета).............65
    Оценка влияния потребителей электрической энергии на график нагрузки системы и на показатели, характеризующие режим ЭЭС (пример расчета).66
    Заключение по главе 2...............................................67

    Вопросы для самопроверки...........................................67


Глава 3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕЖИМОВ ЭНЕРГОСИСТЕМ.......................................69

    3.1. Прогнозирование в управлении производством....................69

    3.2. План и прогноз

70

5

    3.3. Процесс планирования..........................................71
    3.4. Характеристика методов прогнозирования........................74
    3.5. Конструирование прогноза......................................84
    3.6. Конструирование графика нагрузки на основе совокупности моделей прогнозирования....................................................86
    3.7. Модели прогнозов поправочных коэффициентов к основному прогнозу.88
    Создание схемы взаимосвязанных расчетов моделей прогнозирования электропотребления для периодов от месяца до нескольких лет (пример расчета)...........................................................91
    Построение временных моделей для параметров мощности (пример расчета)...................................................96
    Заключение к главе 3...............................................99

    Вопросы для самопроверки...........................................99


Глава 4. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АГРЕГАТОВ И ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ......................................................101
    4.1. Технологические схемы электрических станций................101
    4.2. Категории мощности агрегатов и электрических станций.......106
    4.3. Эксплуатационные свойства электростанций...................108
    4.4. Характеристики агрегатов и электростанций..................115
    4.5. Энергетические характеристики тепловых электростанций......118
    4.6. Способы получения энергетических характеристик.............126
    4.7. Статистические характеристики станций......................130
    4.8. Эквивалентные характеристики станций с учетом потерь мощности.131
    Заключение по главе 4...........................................132

    Вопросы для самопроверки..........................................133


Глава 5. БАЛАНСЫ МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.............135

    5.1. Балансы мощности и электроэнергии системы.....................135
    5.2. Участие станций в энергетических балансах системы.............140
    5.3. Особенности составления балансов мощности.....................144
    5.4. Особенности составления баланса электроэнергии................147
    5.5. Баланс реактивной мощности....................................150
    5.6. Резервы мощности..............................................151

6

    Выбор и размещение оперативных резервов мощностей энергосистемы (пример расчета)...................................................156
    Составление баланса мощности в ЭЭС (пример расчета).................157

    Заключение ио главе 5...........................................159

    Вопросы для самопроверки..........................................159


Глава 6. ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ ГЭС...................161

    6.1. Особенности режима ГЭС в электроэнергетической системе.........161
    6.2. Совместная работа нескольких гидростанций в системе............170
    6.3. Общая схема расчета суточного баланса мощности гидротеиловой ЭЭС.... 171
    6.4. Расчеты долгосрочных режимов выработки электроэнергии ГЭС.......172
    6.5. Гидроэлектростанции как объект энергетической системы..........175
    Составление планового энергетического баланса мощности в гидротепло-вой энергосистеме (пример расчета)..................................178
    Заключение к главе 6................................................181
    Вопросы для самопроверки............................................182


Глава 7. КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ..............................183
    7.1. Показатели качества электрической энергии....................183
    7.2. Поддержание качества электрической энергии ио частоте.......186
    7.3. Системы регулирования частоты................................188
    7.4. Плановое регулирование мощности агрегатов и станций.........193
    7.5. Регулирование качества электроэнергии по напряжению..........194
    Параллельная работа электрических станций и регулирование мощности и частоты системы (пример расчета)...............................198

    Заключение по главе 7...........................................199

    Вопросы для самопроверки..........................................200


Раздел 2. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ЭНЕРГОСИСТЕМ..................................201


Глава 8. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ЭЛЕК
      ТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ.......................203

    8.1. Базовые положения теории решения задач управления режимами.....203
    8.2. Принципы методологических основ управления....................208

7

ш

    8.3. Системы в энергетике..........................................211
    Заключение.........................................................213
    Вопросы для самопроверки...........................................213


Глава 9. ОСНОВЫ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ..............215

    9.1. Оптимальное управление режимами............................215
    9.2. Математическая формулировка задач оптимизации..............218
    9.3. Методы нелинейного программирования........................221
    9.4. Градиентный метод..........................................223
    9.5. Метод неопределенных множителей Лагранжа...................227
    9.6. Эффективность управления...................................229
    9.7. Научные принципы решения задач оптимизации режимов.........231
    9.8. Информационное моделирование режимных задач................233
    9.9. Задачи и модели оптимизации режимов........................237
    Заключение ио главе 9............................................242
    Вопросы для самопроверки.........................................243


Глава 10. НАИВЫГОДНЕЙШЕЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ........................................245
    10.1. Задачи оптимального распределения нагрузки................245
    10.2. Оптимальное распределение нагрузки между ТЭС в тепловой энергосистеме.........................................................246
    10.3. Распределение нагрузки в энергосистеме с ГЭС и ТЭС........251
    10.4. Распределение нагрузки между агрегатами станций...........257
    10.5. Распределение реактивных нагрузок.........................260
    10.6. Реализация распределения нагрузки при эксплуатации электростанций и энергосистем..............................................262
    Распределение активной мощности между электрическими станциями методом равенства относительных приростов (пример расчета)........264
    Распределение активной мощности между электрическими станциями методом равенства относительных приростов с учетом потерь мощности в сетях (пример расчета)........................................266
    Распределение активной мощности между электрическими станциями методом приведенного градиента (пример расчета)...................268
    Заключение по главе 10..........................................271
    Вопросы для самопроверки........................................271

8

Глава 11. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМЫ С УЧЕТОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ.......................................................273
    11.1. Учет режима электрических сетей при решении общесистемных задач оптимизации режимов............................................273
    11.2. Упрощенный алгоритм оптимизации режима энергосистемы.....276
    11.3. Использование принципа адресных расчетов.................279
    11.4. Эквивалентная электрическая схема........................286
    Адресные расчеты потоков мощности (пример расчета).............287
    Заключение по главе 11.........................................291

    Вопросы для самопроверки..........................................291


Глава 12. ОПТИМАЛЬНЫЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ..293

    12.1. Эквивалентные характеристики электростанций....................293
    12.2. Энергетические характеристики станции с одинаковыми агрегатами.294
    12.3. Построение эквивалентных характеристик станции методом динамического программирования...........................................296
    12.4. Построение эквивалентных характеристик станции при заданном составе работающих агрегатов.........................................300
    12.5. Эквивалентные характеристики ТЭС...............................304
    12.6. Среднеинтервальные характеристики..............................307
    Построение характеристики станции методом динамического программирования (пример расчета).............................................308
    Заключение по главе 12...............................................311
    Вопросы для самопроверки.............................................311


Глава 13. ВЫБОР СОСТАВА АГРЕГАТОВ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ...313

    13.1. Характеристика задачи........................................313
    13.2. Выбор состава агрегатов в тепловой энергосистеме.............318
    13.3. Внутристанционная оптимизация режима ГЭС.....................320
    13.4. Библиотека эквивалентных характеристик ТЭС...................324
    Выбор состава работающих агрегатов ГЭС с использованием метода направленного перебора вариантов (пример расчета)....................325
    Заключение ио главе 13.............................................328
    Вопросы для самопроверки...........................................328

9

Глава 14. ОПТИМИЗАЦИЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ГЭС......................329
    14.1. Долгосрочная оптимизация режимов........................329
    14.2. Математическая модель оптимизации режима водохранилища одиночной ГЭС с использованием градиентного метода...............331
    14.3. Последовательная корректировка длительного режима водохранилища..........................................................339
    Заключение по главе 14........................................341
    Вопросы для самопроверки......................................342

Глава 15. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРИ РЕШЕНИИ РЕЖИМНЫХ ЗАДАЧ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.....................................................343
    15.1. Компьютерные системы и их возможности....................343
    15.2. Вычислительные системы расчета режимов ЭЭС с интеллектуальными возможностями...............................................346
    15.3. Инновационные возможности определения алгоритмической схемы решения режимных задач.........................................348
    15.4. Интерактивный режим прогнозирования оперативного графика нагрузки........................................................351
    15.5. Основные положения разработки информационного блока для перспективных расчетов энергетических балансов...................354
    Заключение к главе 15.........................................358


Заключение..........................................................359

Библиографический список............................................361

Приложения..........................................................363
Приложение 1. Оперативное планирование режимов ЭЭС (пример расчета).365
Вопросы для самопроверки............................................387
Приложение 2. Состояние энергетики России...........................388
Глоссарий...........................................................397