авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка статистических моделей прогнозирования электропотребления и графиков нагрузки ээс

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЗИМИН Роман Валерьевич

РАЗРАБОТКА СТАТИСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ И ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ЭЭС

Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2008

Работа выполнена в

Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Филиппова Тамара Арсентьевна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ефремов Игорь Алексеевич
кандидат технических наук, доцент
Воронина Светлана Алексеевна
Ведущая организация: Филиал ОАО «СО ЕЭС» «Объединенное диспетчерское управление энергосистемами Сибири», г. Кемерово

Защита состоится: 13 ноября 2008 года в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «__» октября 2008 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Тимофеев И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Начиная с 1990 года в энергетике России стали происходить большие преобразования: изменились формы собственности, энергетика стала сферой бизнеса, создан и развивается рынок электроэнергии и мощности. Электроэнергетический рынок требует решения новых задач для управления электроэнергетическими системами (ЭЭС).

Разработке методов, моделей и принципов управления ЭЭС всегда уделялось большое внимание. Известны труды многих ученых: Д.А. Арзамасцева, П.И. Бартоломея, В.А. Веникова, А.З. Гамма, В.М. Горнштейна, В.Г. Журавлева, В.И. Идельчика., Л.А. Крумма, В.З. Манусова, И.М. Марковича, Т.А. Филипповой, Е.В. Цветкова, H.M. Merrill, B.W. Erickson, F.C. Schweppe, M.C.Caramanis и др. Сейчас в новых условиях требуется их развитие. Одной из главных задач управления ЭЭС является планирование и реализация балансов электрической мощности и энергии. От того, насколько точно и правильно составляются балансы, зависят технические, экономические и коммерческие результаты деятельности ЭЭС. К достоверности прогнозных балансов предъявляются очень высокие требования. На оптовом рынке электроэнергии и мощности большое внимание уделяется определению электропотребления и графиков нагрузки, которые являются основой составления энергетических балансов. В практике преобладают методы прогнозирования графиков нагрузки и электропотребления, основанные на практических знаниях и экспертных субъективных оценках, что приводит к достаточно большим погрешностям прогнозов. Проблема повышения точности прогнозов является общей для всех участников оптового рынка. Если при управлении технической деятельностью прогнозы графиков нагрузки (ГН) могут иметь погрешности 2…10%, то условия работы балансирующего рынка электроэнергии требуют снижения погрешностей прогнозирования ГН до 0%. Конечно, такое условие в принципе невыполнимо, но проблема повышения достоверности прогнозов ГН и электропотребления стоит повсеместно и остро. Единственный путь ее развития - это применение математических (а не только эвристических) методов прогнозирования и современных компьютерных технологий обработки информации. В работе предложены модели и методы текущего и оперативного прогнозирования ГН и электропотребления, которые приводят к существенному улучшению достоверности прогнозов и дают возможность широко использовать информационные технологии при планировании режимов ЭЭС.





Цель и задачи работы. Целью работы является разработка принципов, моделей и методов прогнозирования электропотребления и графиков нагрузки электроэнергетической системы с учетом современных требований к управлению технической, экономической и коммерческой деятельности ЭЭС на электроэнергетическом рынке и обеспечивающих повышение достоверности прогнозов.

Основой исследования являются:

  • применение методов статистического анализа;
  • применение эвристических инженерных методик;
  • автоматизация расчетов;
  • применения компьютерных технологий.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

  1. На основе изучения и критического анализа имеющихся работ определен состав задач прогнозирования электропотребления и графиков нагрузки и выявлены требования к методам и алгоритмам их решения.
  2. Разработаны основы статистического моделирования для рассматриваемых задач. При разработке моделей и методов решения задач использована классическая теория статистического анализа, развитая до методических принципов.
  3. Разработан комплекс статистических моделей ГН, статистических поправок на метеорологические факторы, расчетных поправок на плановые режимы.
  4. Определена алгоритмизация и методика процесса прогнозирования на основе сочетания статистических моделей и экспертных методов, вносимых в прогноз при интерактивном режиме.
  5. Выполнена численная проверка предложенных теоретических положений на основе вычислительных экспериментов, тестирования и практической апробации. Получены количественные оценки, подтверждающие правомерность и продуктивность предлагаемых моделей и методов.
  6. Разработана прикладная методика расчетов на основе MS Excel.

Объектом исследования является региональная электроэнергетическая система (ЭЭС). Все расчеты выполнялись для Новосибирской энергосистемы, обладающей достаточно общими характеристиками для региональных систем.

Предметом исследования являются принципы, модели и методы прогнозирования электропотребления и графиков нагрузки электроэнергетической системы в рамках правил работы оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ).

Методы исследования. В работе используются методы статистического анализа, методы моделирования процессов системы; аппарат регрессионного анализа; имитационные методы проведения вычислительных экспериментов с учетом изменчивости исходной информации; методы экспертного анализа, вычислительные инструментарии современных компьютерных средств и официальные методики выполнения расчетов по управлению режимами ЭЭС.

Достоверность. Сформулированные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации обоснованы приведенными теоретическими положениями, экспериментальными расчетами, тестированием для реальных условий, реальным опытом применения полученных результатов, апробацией результатов на конференциях и семинарах. Результаты внедрены в практику ЗАО «Новосибирского регионального диспетчерского центра» (ЗАО «НРДЦ»), о чем имеются акты внедрения.

Научная новизна работы. Научным результатом данной работы является:

  1. принципы, модели и методы моделирования графиков нагрузки, их параметров и факторов, влияющих на нагрузку с использованием классических положений статистического анализа, детализированных для рассматриваемых задач.
  2. принципы и методы статистического моделирования поправок к нагрузкам на прогноз метеорологических факторов и плановых расчетов режимов работы ЭЭС.
  3. принципы и методы прогнозирования графиков нагрузки для различных периодов упреждения на основе сочетания статистических моделей, методов эконометрики и эвристических методов, накопленных в практике. Этот комплекс обеспечивает повышение достоверности прогнозов.

На защиту выносятся следующие основные результаты.

  1. Разработка статистических моделей графиков нагрузки и электропотребления ЭЭС, методов, которые необходимы для их прогнозирования, основанных на принципах целевого моделирования и прикладного использования аппарата математической статистики.
  2. Разработка моделей и методов прогнозирования графиков нагрузки с упреждением от суток до года с использованием предлагаемых статистических моделей и эвристических методов инженерных расчетов.
  3. Разработка статистических регрессионных моделей для внесения поправок на метеорологические факторы, частоту системы, потери от транзита мощности в статистический прогноз ГН.
  4. Схема алгоритма интерактивных расчетов по прогнозированию графиков нагрузки ЭЭС с использованием компьютерных технологий.
  5. Обобщенные количественные оценки, подтверждающие правомерность использования предложенных моделей и методов и общность научных результатов для различных ЭЭС.

Практическая полезность и реализация результатов работы.

Основные практические результаты заключаются в следующем.

  1. Разработана прикладная методика расчетов по прогнозированию электропотребления и ГН, которая имеет общий характер и может применяться в различных ЭЭС. Она успешно применяется в Новосибирской энергосистеме.
  2. Получены обобщенные статистические оценки погрешностей предложенных моделей и методов прогнозирования и показаны их преимущества перед другими методами, основанными на экспертных решениях применяемых на практике.
  3. Разработана методика расчетов на основе MS Excel для статистического анализа, выбора вида статистических моделей и для прогнозирования.
  4. Получены количественные оценки эффективности решения задач прогнозирования на основе сочетания статистических моделей и эвристических методов. Они показывают экономические и коммерческие выгоды применения предлагаемых алгоритмов расчета.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Автоматизированных электроэнергетических систем» и кафедры «Систем управления и экономики энергетики» Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), на Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» в 2006 и 2007 гг., на Всероссийской конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность» в 2006 г., на рабочих совещаниях ЗАО «НРДЦ». По теме диссертации имеется зарегистрированный отчет о научно-исследовательской работе: Методика прогнозирования графика нагрузки энергосистемы Новосибирской области : отчёт о НИР / Новосиб. гос. техн. ун-т ; науч. рук. Т. А. Филиппова. – Новосибирск, 2007. – 181 с. – №01.2.007 07839.

Публикации. Результаты диссертационного исследования отражены в шести публикациях, из них три научные статьи, входящие в перечень рецензируемых ведущих изданий, рекомендованных ВАК РФ (в том числе одна статья в приложении рецензируемого журнала, входящего в перечень), три публикации в материалах Всероссийских конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, состоящего из 118 наименований, и приложений. Работа содержит 158 страниц основного текста, в том числе 52 рисунка и 13 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показаны актуальность проблемы прогнозирования графиков нагрузки и электропотребления. Рассмотрена необходимость развития моделей прогнозирования для современных условий электроэнергетического рынка России.

В первой главе рассматривается вопрос управления режимами электроэнергетических систем с учетом особенностей их функционирования на электроэнергетическом рынке и имеющиеся разработки по этому вопросу.

Под управлением можно понимать целенаправленное воздействие на состояние системы, причем цели могут быть технические, экономические, хозяйственные и коммерческие. При хозяйственном управлении целями являются наиболее выгодные принципы торгово-денежных отношений каждого предприятия системы на отраслевом рынке. При этом определяются объемы производства, цены на товар и услуги. Коммерческие цели – это действия по успеху на рынке. Задачи коммерческого управления являются очень актуальными.

Для коммерческих задач в настоящих условиях широко применяются эвристические методы инженеров-практиков. Человек, взвешивая ситуацию, принимает решение о воздействии на систему на основе своего опыта и интуиции. Однако «цена угадывания» для коммерческих результатов может быть отрицательной и значительной. Основное внимание уделяется энергетическим балансам. Энергетические балансы определяют: эксплуатационные издержки станций и сетевых предприятий; величину и стоимость покупной (проданной) мощности с оптового рынка своего региона; тарифы на электроэнергию на региональном рынке; договорные акты между энергоснабжающими организациями и потребителями; договорные акты между субъектами оптового рынка; перспективу развития ЭЭС и др.

Основополагающей информацией при этом является требуемое электропотребление и мощность нагрузки. Коммерческие отношения не допускают приблизительных оценок. Если традиционно в прошлом считалось, что требования заданные с погрешностями 5% и более вполне допустимы, то сейчас они стали более жесткими, так как существенно изменились условия работы рынка. Поэтому задача определения электропотребления и нагрузки приобрела очень большую роль.

Субъекты рынка покупают и продают электроэнергию и мощность на оптовом рынке. Рынок является динамичной системой и постоянно подвержен изменениям и развитию. Во всех случаях центральным звеном является покупатель, его потребности, от которых зависит вся рыночная конъюнктура. Существующая система рынков электроэнергии России имеет в настоящее время двухуровневую структуру. Потребительские (розничные) рынки, ограниченны территориальными границами субъектов РФ. Продажа электроэнергии на этих рынках осуществляется сбытовыми компаниями – субъектами оптового рынка конечным потребителям. Сбытовые компании, в свою очередь, покупает энергию на оптовом рынке. Оптовый рынок электроэнергией состоят из трех секторов, разделенных по времени - долго- и среднесрочных, на сутки вперед, балансирующего. Для каждого сектора необходимы договорные соглашения по покупке/продаже электроэнергии, мощности, резервов мощности. Для этого требуются и долгосрочные и краткосрочные прогнозы электропотребления и нагрузки. Диссертационная работа посвящена созданию моделей и методов прогнозирования графиков нагрузки ЭЭС.

Во второй главе рассматриваются принципы и методы моделирования графиков нагрузки ЭЭС. Технические и экономические условия работы энергосистем определяют потребители. Без информации о требованиях потребителей невозможно управлять деятельностью энергетических предприятий и энергосистемы. Соответствие спроса и предложения дают энергетические балансы и графики нагрузки. К ним предъявляются различные требования. Задача определения режима и функций электростанций хорошо разработана и изложена в литературе. При этом в прошлом достаточно было иметь модель графика нагрузки с достоверностью 2…10%. На достоверность до 10 % ориентированы средства и системы управления режимами, обеспечивающие нормальные условия работы ЭЭС. Главным фактором являлось соблюдение баланса и поддержание устойчивой работы ЭЭС. В настоящее время формат экономических отношений требует от субъектов рынка подачи заявок на почасовое суточное электропотребление.

Анализ показывает, что отклонения фактически потребленной электроэнергии от заявленной в договорах розничного электроснабжения доходят до 20% и больше. В известной мере, такой порядок всех устраивает. Потребители включают стоимость электроэнергии в цену своей продукции. Энергосистема берет штрафы пропорциональные погрешностям и получает дополнительный доход. Механизма трансляции отклонений с оптового рынка на розничных потребителей на сегодняшний день нет.

В случае, когда затрагиваются коммерческие интересы ЭЭС, погрешности при прогнозировании режимов влекут за собой увеличение объемов продаваемой/покупаемой электроэнергии на балансирующем рынке (БР), где цены заведомо не выгодны. Существующие методы дают погрешности до 10% и это очень большие значения для коммерческих результатов. Наилучшие результаты работы на Балансирующем рынке электроэнергии достигаются при нулевой погрешности прогноза, однако это невозможно. Задача снижения погрешностей прогнозирования и будет рассматриваться в данной работе, причем главной целью является разработка такой модели, которая обладает наибольшей достоверностью. Графики нагрузки зависят от многих факторов. Наибольшие трудности при моделировании представляют случайные и неопределенные факторы изменения мощности нагрузки в ЭЭС. Их влияние на общую нагрузку ЭЭС может составлять до 15%. Все составляющие меняются во времени. Прогнозировать ГН с учетом всех его свойств (а их множество) невозможно, и таких работ нет. В работе принят целевой принцип построения модели, подразумевающий следующие этапы: определение цели прогноза, определение свойств ГН, влияющих на цель, моделирование ГН с учетом влияющих факторов.

Методы моделирования ГН и электропотребления. Наибольшее распространение получили четыре направления моделирования.

  • Применение эвристических методов. В них учитывается предыстория, последние данные о нагрузках, климатические факторы, режим электрических сетей, ремонты в сетях, ввод новых потребителе и пр. Все расчеты не формализованы и решения принимаются по «ситуации». Анализ показывает, что погрешности таких прогнозов меняются в пределах 2…10% и больше.
  • Методы статистики – временные ряды и регрессионный анализ. Известно много примеров моделирования с использованием этих методов.
  • Методы теории вероятностей и математической статистики.
  • Методы нейронных сетей, которые активно исследуются, но пока широкого практического применения не нашли.

В наш век компьютеризации управления имеется возможность широкого использования математических методов прогнозирования. Однако и сейчас в практике преобладают методы, основанные на интуиции и инженерном опыте. В автоматизированных системах энергетики накоплены громадные массивы данных. Имеются инструментарии расчетов, обладающие широкими возможностями. Учитывая особенности энергетики - случайную природу процессов электропотребления, совпадение производства и потребления электроэнергии на электронном уровне и др., модели прогнозирования, рассматриваемые в данной диссертации, предлагается разрабатывать при сочетании статистических и эвристических методов.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.