Systemic approach to the analysis of energy system management processes

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O. M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv

APPROCHE SYSTEMIQUE DE L'ANALYSE DES PROCESSUS DE GESTION DU SYSTEME ENERGETIQUE

Viacheslav Okhrimenko Candidat es Sciences Techniques, Professeur

Vitaliy Malyarenko Docteur es Sciences en Sciences Techniques, Professeur

Gennady Loktionov Candidat es Sciences Techniques

Kostiantyn Borovoi



Abstrait

teaching energy student system

On a montre les particularites de l'utilisation de la methodologie d'analyse du systeme dans le processus educatif de l'ecole superieure dans l'enseignement de sujets complexes multi-structures, qui impliquent des references obligatoires aux sujets des disciplines educatives precedentes. Les particularites de l'approche systeme sont envisagees sur l'exemple de l'enseignement du sujet des processus de gestion des systemes energetiques aux etudiants de la specialite « Reseaux de transport d'electricite: gestion, exploitation et developpement». La sequence duplication des processus de gestion du systeme electrique est presentee sur l'exemple de presentation du processus de gestion comme un systeme, de creation d'un modele de composition de systeme, et de transformations successives de ce modele en un modele de structure de systeme. On expose les facteurs qui ont un impact sur le niveau de detail du modele structurel du systeme etudie

Mots cles: analyse du systeme, reseau de transport d'electricite, modele de composition du systeme, modele de structure du systeme, systeme energetique, gestion operationnelle et dispatching.



Introduction

Les systemes electriques des pays modernes remplissent la fonction de fournir de l'energie electrique aux consommateurs. En Ukraine, il existe un systeme energetique unifie (SEU) qui, simultanement a la foumiture d'energie electrique aux consommateurs, remplit la fonction de fourniture de chaleur centralisee aux grandes agglomerations.

Le SEU de l'Ukraine c'est un ensemble de centrales electriques, de reseaux electriques et thermiques, d'autres installations electriques, qui sont unies par un mode commun de production, de transport et de distribution d'energie electrique et thermique sous gestion centralisee de ce mode [1]. En d'autres termes, le SEU de l'Ukraine est un systeme organisationnel et technique assez complexe, dans lequel il existe de nombreux processus differents lies a son fonctionnement. Le SEU de l'Ukraine comprend huit systemes energetiques regionaux (SER).

Dans cette etude, nous examinons exclusivement les principaux processus qui garantissent le fonctionnement technologique des systemes energetiques (SE), en particulier du SEU de l'Ukraine. Autrement dit, nous examinerons les principaux enj eus de gestion du processus technologique du SEU de l'Ukraine dont le but est la production, le transport, la distribution et la transmission de l'energie aux consommateurs. Comme deja mentionne, il s'agit de l'energie electrique et de l'energie thermique produites par les centrales electriques faisant partie du SEU de l'Ukraine.

La necessite de prendre en compte ces questions se pose, par exemple, lors de la formation du personnel des centres de dispatching des SE ou dans le cadre de l'enseignement de matieres des disciplines academiques aux etudiants d'etablissements d'enseignement superieur, qui se caracterisent par une complexite importante des composants structurels et par la complexite des connexions fonctionnelles entre ces composants.

Les auteurs recommandent, dans ce cas, d'utiliser la methodologie d'analyse de systemes [2-4], qui simplifie l'apprentissage et la comprehension des processus de systemes complexes. Considerons les caracteristiques de cette approche a l'aide de l'exemple de l'analyse des processus de gestion du systeme energetique.



Partie principale

Tout d'abord, on considere le processus de gestion d'un systeme energetique lui-meme comme un systeme « Processus de gestion du systeme energetique », dont la composition au premier niveau de detail (decomposition) dans notre cas peut etre representee par deux sous-systemes (Fig. 1): le premier sous-systeme « Processus de planification » et le deuxieme sous- systeme « Processus de gestion operationnelle et dispatching ».

Fig. 1 Modele de composition du systeme « Processus de gestion du systeme energetique » [developpement de l'auteur]

Au deuxieme niveau de detail, on peut considerer la composition suivante de ces sous-systemes. Pour le systeme « Processus de planification » - trois sous- systemes: « Planification strategique », « Planification tactique » et « Planification operatoire ». Et pour le systeme « Processus de gestion operationnelle et dispatching » - deux sous- systemes: « Gestion de l'exploitation des equipements technologiques » et « Gestion des processus technologiques ».

A l'avenir, nous examinerons les principales composantes et fonctions de ces processus en utilisant l'exemple du SЁU de l'Ukraine.

Les enjeux de planification des modes energetiques. La fonction principale du processus de gestion de SЁU est la tache de calcul des regimes energetiques, qui comprend les calculs de consommation d'energie, les calculs des bilans de puissance et d'energie, les plannings de charge optimaux des centrales electriques et des systemes energetiques en fonction de la puissance active, les flux sur les lignes electriques, etc. Les modes energetiques sont etroitement lies aux principaux indicateurs de performance technique et economique du SЁU et des SЁR - production d'electricite, puissance des centrales electriques, coefficients d'efficacite d'utilisation des puissances installees, consommation specifique et totale de combustibles, consommation specifique et totale d'eau pour la production hydroelectrique, tarifs pour les flux d'energie et d'electricite entre les systemes.

On resout les problemes energetiques a tous les niveaux de la hierarchie territoriale de la gestion operationnelle et dispatching (dans le Centre National de Dispatching de l'Ukraine, dans les Centres Regionaux de Dispatching et a tous les niveaux de la hierarchie temporelle). On utilise les resultats de la resolution de ces problemes dans les services competents du ministere de lTnergie.

La planification prospective de revolution du SЁU de l'Ukraine et les calculs des modes associes sont effectues par les organismes de projet et les services competents des bureaux d'expedition (services d'elaboration de perspectives) suivent principalement les evolutions des organismes de projet. Les methodes de calcule de mode pour la planification prospective sont simplifiees par rapport au calcul operationnel.

Le principal delai pour la planification a long terme des modes energetiques et des indicateurs de production est la planification d'un an a l'avance. Le developpement de l'annee suivante commence generalement au 1 er trimestre et se termine au 4^e trimestre de l'annee precedente. Un projet de plan est elabore au milieu de l'annee precedente, puis est affine et approuve au cours du second semestre. Lors de la planification trimestrielle et mensuelle, le plan annuel pour ces periodes est ajuste et detaille.

Le cycle principal de planification a court terme des modes energetiques est la planification quotidienne. Le resultat de la planification quotidienne est un calendrier de production optimal des centrales electriques et du SЁU de l'Ukraine pour le lendemain ou quelques jours a l'avance, si le lendemain est un samedi, un dimanche ou un jour ferie. L'objectif principal de la planification hebdomadaire est la repartition des ressources en eau, du carburant et des reparations d'equipements par jours de la semaine. Ces valeurs sont ensuite utilisees dans la planification quotidienne.

Les taches de gestion operationnelle comprennent deux groupes de taches: ajustement le mode quotidien d'un moment donne jusqu'a la fin de la journee (voir avec le passage au lendemain) ; reglage du mode en un point separe de l'heure actuelle de quelques minutes. La correction de mode au point doit fournir des parametres de reglage pour les elements du systeme de controle automatique de frequence et de puissance.

Selon les caracteristiques fonctionnelles, on divise les taches energetiques en deux groupes: determination du bilan de puissance et bilan energetique (ce dernier comprend les bilans de ressources energetiques). Le bilan de puissance est generalement etabli pour les heures de charges maximales et minimales, c'est-a-dire pour les instants qui determinent les besoins maximaux des sujets energetiques (mais le controle le plus complet des bilans de puissance est effectue pour tous les points de la caracteristique horaires de chargement). Le bilan electrique est calcule pour les charges moyennes des periodes respectives.

Le tableau 1 presente les principaux groupes fonctionnels de taches et les niveaux de temps pour le sous-systeme de planification du mode energetique.



Tableau 1

Principaux groupes fonctionnels de taches et niveaux de temps sous-systemes de planification des modes energetiques

Type planification	Intervalle planification	Pronostic	Bilans (equi	ibres)
			Puissance		Energie thermique	Carburant	Ressources hydroelectriques
Planification prospective	plusieurs annees (5-10 ans)	+	+	-	-	-	-
Planification a long terme	un ans	+	+	+	+	+	+
	un trimestre	+	+	+	+	+	+
	un mois	+	+	+	+	+	+
Planification a court terme	une semaine	+	+	+	+	+	+
	un jour	+	+	+	+	+	+
Planification operationnelle	correction du mode de fonctionnement quotidienne	+	+	+	+	+	+
	optimisation du mode de fonctionnement au point	+	+	+	+	+	+

[developpement de I'auteur]

Lors de la planification des modes energetiques du SEU de l'Ukraine pour un moment ou une periode de temps quelconque, un equilibre entre les ressources et leur consommation doit etre assure, c'est pourquoi les taches repertories dans le tableau 1 sont appelees taches des bilans (des equilibres). L'obtention de modes equilibres et d'indicateurs de production determines sur cette base permet de realiser les principaux criteres de fonctionnement d'un approvisionnement energetique ininterrompu et fiable. Lorsque ces criteres sont remplis (un bilan de puissance non deficitaire est obtenu) et qu'il existe de nombreuses fa^ons d'equilibrer les ressources et la consommation, alors un critere de rentabilite supplementaire (couts d'exploitation minimaux dependa nt du mode) est mis en reuvre lors de l'optimisation des modes et du calcul des bilans energetiques.

Chaque groupe de taches des bilans specifie dans le tableau 1 comprend des taches des quatre types suivants: prevision des elements de solde non calcules, calcul du solde, analyse retrospective et taches d'information.

Considerons l'interrelation des problemes de planification des modes energetiques et electriques. Theoriquement, ces deux groupes de problemes devraient etre resolus ensemble comme un seul groupe de problemes. Mais, en raison du manque de support d'informations necessaires, de la complexite et de la penibilite, la decomposition pour resoudre d'autres problemes est utilisee dans la pratique. Avec cette approche, les relations necessaires entre eux sont assurees, ce qui permet d'obtenir une solution complexe a ces problemes avec une precision suffisante pour la pratique.

Dans le processus de planification des modes energetiques, la prise en compte des modes electriques implique les elements suivants.

On resout les problemes energetiques sur la base d'un schema electrique equivalent du systeme energetique (souvent appele schema electrique), qui est considerablement simplifie par rapport au schema de calcul du regime electrique (dans le schema electrique, des centaines de nreuds et de branches sont presentees, dans le schema energetique - des dizaines). La composition et les parametres du circuit de puissance sont determines a l'aide d'un circuit d'equivalence electrique. Les calculs de repartition des flux dans le schema energetique equivalent ne sont pas effectues - c'est impossible, car le schema est assez simplifie et seules les puissances actives de generation et de consommation apparaissent dans les calculs. Dans la planification prospective, les calculs simplifies des flux d'energie le long des lignes de communication du circuit equivalent (pour une production et une consommation donnees) sont souvent effectues sur la base de calculs purement d'equilibre, comme dans le reseau de transport, c'est-a-dire en ne tenant compte que de la loi des nreuds.

Les resultats de la resolution des problemes energetiques sont utilises dans les taches electriques - ce sont des puissances actives de production et de consommation.

Une transition coherente des taches energetiques vers les taches electriques et vice versa fournit une solution complexe aux taches.

En pratique, les problemes energetiques sont principalement resolus dans une formulation determinate qui, en raison de la nature probabiliste et incertaine des informations de sortie, constitue une simplification.

Dans ce travail, nous sommes envisages la question de la resolution des problemes de planification prospective a long terme, et a court terme des regimes energetiques. Les taches de gestion operationnelle des regimes energetiques ne sont pas prises en compte.

Considerant le processus de planification des regimes energetiques comme un systeme, il peut etre presente sous la forme d'un tel modele de composition du systeme « Processus de planification des modes energetiques » (Fig. 2).

Notons que le modele presente dans la figure 2 est un modele du premier (initial) niveau de detail et que c'est un modele de composition du systeme dont I'inconvenient est le manque de connexions fonctionnelles entre les composants structurels du systeme.

Dans le processus d'explication du materiel pedagogique aux etudiants, ce modele de composition doit etre transforme en un modele de structure du systeme, ce qui constitue la prochaine etape de detail du modele du systeme. Le modele structurel du systeme montre clairement les connexions entre les composants et facilite la comprehension du processus de planification.



Fig. 2 Modele de composition du systeme « Processus de planification des modes energetiques »

Le degre de detail (prise en compte des caracteristiques des donnees ini tiales pour chaque composante du processus de planification, des connexions entre les composantes du processus de planification, clarification de la nature physique de ces connexions, etc.) du modele de structure du systeme dans chaque cas particulier depend de l'objectif et du sujet de la discipline educative.

L'une des versions de detail du modele de composition du systeme « Processus de planification des modes energetiques » peut etre presentee comme la liste suivante de sous-processus pour les processus illustres a la Fig. 2.

On considere dans la structure du processus (systeme) « 1. Analyse statistique et evaluation prospective de la consommation d'energie et des caracteristiques des centrales et des reseaux electriques » les sous-processus (sous-systemes) suivants:

« 1.1. Prevision des consommations d'electricite et de chaleur.

1.2. Calcul des restrictions sur les modes de fonctionnement de la cogeneration.

1.3. Calcul et analyse des indicateurs techniques et economiques des centrales et des reseaux electriques. »

Dans la structure du processus (systeme) « 2. Formation des bilans de puissance et d'energie » on considere les sous-processus (sous-systemes) suivants:

« 2.1. Formation de l'equilibre des puissances.

2.2. Formation du bilan electrique.

2.3. Formation du bilan thermique.

2.4. Formation du bilan energetique ».

Apres avoir explique les composants du systeme « Processus de planification des modes energetiques », l'enseignant procede a leur examen detaille. Le degre de detail depend de la specialite etudiee par les etudiants. Prenons l'exemple de la specialite genie electrique. Nous pouvons fournir l'explication detaillee suivante de chaque sous-processus du systeme de planification des modes energetiques.

Sous-processus « Prevision des consommations d'electricite et de chaleur ». La prevision de la consommation d'energie electrique et thermique constitue une partie importante de l'ensemble des taches de planification des modes energetiques d'un SЁ. La precision des previsions de consommation d'energie determine en grande partie la qualite et l'efficacite de la resolution des problemes. L'importance de l'exactitude des previsions s'est particulierement accrue ces dernieres annees en raison de la tension croissante de l'equilibre combustibles-energie, de la rigidite de la situation des combustibles et de la mise en reuvre generalisee de mesures de regulation de la consommation d'electricite et de chaleur.

Une grande attention est accordee au probleme de la prevision de la consommation electrique dans la plupart des pays. Les developpements sont bases sur des nombreuses etudes statistiques, qui ont revele les proprietes les plus generales des processus de changement de charge. Des modeles mathemati ques physiquement fondes sont proposes et largement testes pour leur description ; sur la base du systeme de ces modeles, des methodes et des programmes ont ete developpes pour prevoir la consommation d'electricite pour differentes periodes - de l'heure actuelle a plusieurs annees futures.

Aux fins de planification a long terme des modes energetiques et des indicateurs techniques et economiques de base sur plusieurs annees (trimestres, mois), les indicateurs prevus de consommation electrique sont les valeurs de consommation electrique mensuelle, trimestrielle et annuelle. Lors de la planification a court terme des regimes energetiques, la consommation electrique hebdomadaire et quotidienne est prevue.

Parallelement a la consommation d'electricite pour diverses periodes futures d'exploitation du systeme, des calendriers des charges electriques sont generalement prevus.

La principale source d'information pour la prevision de la consommation electrique est constituee de donnees retrospectives sur revolution de la charge et des niveaux de consommation electrique de SЁU de l'Ukraine, qui sont systematiquement enregistrees dans les informations des repartitions quotidiennes. Selon le type de previsions, differentes donnees moyennees sur des intervalles de temps sont utilisees.

La prevision a court terme de la consommation electrique est etablie sur la base de la prevision des plannings de charge electrique pour les periodes correspondantes.

Deux groupes de methodes - structurelles et statistiques - sont utilises pour etablir une prevision a long terme de la consommation electrique. Les methodes structurelles utilisent des informations sur les plans de developpement des industries individuelles, en tenant compte des normes de consommation d'electricite par unite de production et des horaires de charge typiques des consommateurs, c'est-a-dire que la prevision se reduit a resumer les horaires de charge pertinents de groupes individuels de consommateurs et a calculer la consommation d'electricite selon ces horaires. Les methodes structurelles sont largement utilisees dans la pratique des projets.

Les methodes statistiques sont utilisees dans la pratique operationnelle, notamment lors de la prevision sur une annee-trimestre-mois. Ces methodes s'appuient sur des appareils d'analyse statistique et de prevision de series temporelles. Les methodes statistiques fonctionnent avec des donnees mensuelles ou hebdomadaires (valeurs de consommation electrique, charges maximales, horaires de charge quotidiens typiques) sur un certain nombre d'annees consecutives, qui representent des series chronologiques saisonnieres.

Une approche basee sur la separation des composantes saisonnieres et aleatoires du processus d'evolution de la consommation electrique est souvent utilisee. La composante de croissance est generalement decrite par un modele lineaire, parabolique ou exponentiel ; la composante saisonniere est souvent representee par une serie harmonique.

Dans le meme temps, les donnees a long terme sur la consommation electrique sont ramenees a des conditions de temperature normales, juillet etant pris comme mois de reference avec les caracteristiques meteorologiques les plus stables. Les ecarts des temperatures mensuelles moyennes par rapport a la temperature de juillet de chaque annee sont utilises dans la reduction.

La prevision de la consommation de chaleur des differentes unites territoriales sur une base annuelle est realisee a l'aide de differentes methodes de prevision. Lors de la prevision des besoins en energie thermique de vastes territoires (regions, regions), la methode de calcul direct [5] et les methodes d'extrapolation [6] sont generalement utilisees.

L'elaboration de previsions annuelles des besoins des villes en energie thermique est realisee sur la base de la methode d'application. Selon cette methode, les entreprises industrielles, ainsi que les entreprises de service public situees sur le territoire de la ville, forment des demandes annuelles ventilees par trimestre pour recevoir la quantite de chaleur requise.

L'ajustement des besoins declares en energie thermique au cours de l'annee peut etre effectue sur la base des donnees entrantes sur les modifications du programme de production des entreprises industrielles, sur la mise en reuvre de mesures d'economie de chaleur, ainsi que des donnees sur les temperatures de l'air exterieur attendues, etc.

Sous-processus « Previsions statistiques des elements non calcules des bilans electriques des centrales electriques ». Dans le cadre de l'elaboration de plans a long terme pour les indicateurs de performance de mode et de production des SЁ, les methodes de prevision sont largement utilisees a la fois pour les postes individuels du bilan electrique (et energetique) et pour le bilan previsionnel dans son ensemble. Le recours aux methodes predictives est principalement du aux raisons suivantes:

- le manque de donnees precises sur certains articles du bilan de puissance avant que les calculs ne soient effectues. Par exemple, lors de la planification annuelle, il n'y a pas de donnees (applications, calculs) concernant les plans mensuels de reparation en cours, et donc on les prend en compte « statistiquement » dans ces calculs ;

- la complexite de collecter des donnees precises sur un grand nombre de sujets et l'admissibilite de remplacer les donnees par une prevision basee sur des indicateurs generalises ;

- le caractere approximatif des calculs de bilan des les premieres etapes de la planification (generalement les bilans de puissance et d'energie dits estimes sont precedes de bilans previsionnels approximatifs).

A noter que le poids specifique des taches de prevision, le poids et la precision des calculs de prevision augmentent a mesure que la puissance et la complexite du systeme augmentent, puisque plus le systeme est grand, plus les phenomenes a traiter sont massifs.

La large diffusion des problemes de prevision dans la pratique operationnelle est facilitee par la disponibilite de diverses donnees statistiques sur les materiaux de l'exploitation passee de SЁ. Seules certaines taches de prevision sont calculees sur ordinateur, tandis que le personnel operationnel utilise intuitivement et largement ces methodes dans son travail.

Les resultats de la resolution de problemes predictifs ne peuvent pas etre le seul element de prise de decision en raison de la nature passive des donnees revues. D'autres resultats tres importants sont obtenus sur la base de l'approche dite normative, c'est-a-dire l'utilisation de diverses normes. Enfin, les calculs utilisant des donnees d'exploitation reelles sont tres importants.

Prenons comme exemple les reparations planifiees des equipements de production. Au niveau de Centre National de Dispatching du SЁU de l'Ukraine, des Centres Regionaux de Dispatching font de sous-systemes. Lors de la planification du bilan annuel de puissance et d'energie, des donnees sur les volumes annuels des reparations prevues des centrales thermiques (CT) du SЁ et leur repartition au cours de l'annee par mois ou semaine (separement pour chaque SЁ) sont necessaires.

La repartition des reparations au cours d'une annee est bien decrite par des modeles statistiques utilisant le traitement des donnees sur les reparations reelles pour un certain nombre d'annees precedentes. La planification directe des reparations, qui parviennent a chaque unite, au niveau du Centre National de Dispatching du SЁU de l'Ukraine est difficile en raison de leur multidimensionnalite et n'est generalement utilisee qu'au niveau de SЁU de l'Ukraine et des systemes energetiques regionaux.

Un examen conjoint des quatre plans de reparation ci-dessus permet aux technologues de disposer d'un materiel plus complet pour prendre une decision. D'ailleurs, au stade initial de la planification annuelle (le debut de l'annee precedente), il n'y a toujours pas de demandes de reparation et la troisieme approche n'est plus applicable. Le calcul du montant standard des reparations prend du temps et n'est pas toujours utilise, un plan previsionnel est donc plus pratique pour les calculs approximatifs.

Cette approche de prevision de divers articles du bilan electrique et energetique, lorsque les volumes annuels et leur repartition par intervalles annuels sont prevus separement, est tres pratique et largement utilisee dans les c omplexes logiciels developpes.

Sous-processus « Calcul des restrictions sur les modes de fonctionnement des centrales de cogeneration ». L'une des taches de la pratique des services de dispatching est de determiner les charges limites (minimales et maximales) des centrales thermiques (CT) et surtout des centrales de cogeneration (CdeC). Les valeurs des charges limites sont necessaires a la fois pour la planification a court terme des modes (autorisation des demandes d'arret (demarrage) des equipements dans le SE, selection des agregats mis en reserve, passage des charges minimales et maximales dans la journee), et pour planification des modes a long terme (selection des sites de reparation, calculs des bilans electriques par mois, etc.).

Dans le cas le plus general, les charges limites des CT dependent d'un certain nombre de facteurs externes: les conditions meteorologiques, les conditions de refroidissement, les types et la qualite du combustible utilise, la composition des unites incluses de chaleur degagee. De plus, la valeur des charges minimales et maximales est fortement influencee par l'etat reel et les conditions de fonctionnement des unites principales et par la repartition des charges thermiques et electriques entre elles.

Arretons-nous plus en detail sur le lien entre les facteurs mentionnes ci-dessus et les charges limites des CT.

Premierement, les conditions meteorologiques determinent la valeur et les parametres de la chaleur degagee avec l'eau chaude et la vapeur vers differents consommateurs, et par consequent, la pression dans les entrees regulees des turbines. Plus le degagement total de chaleur de la centrale electrique est important, plus sa plage de reglage et plus la charge maximale est faible.

Deuxiemement, les conditions meteorologiques affectent la charge maximale de la CT a travers la temperature de l'eau de refroidissement (en circulation), et cet effet peut etre tres rapide dans le cas du refroidissement de l'eau en circulation dans des tours de refroidissement ou lent si l'eau en circulation provient d'une riviere ou un bassin d'eau. La temperature de l'eau de refroidissement determine la pression (vide) dans les condenseurs de la turbine, qui sont generalement soumis a des contraintes haut et bas. Mais les limitations du condensateur limitent automatiquement la puissance des turbines et, par consequent, de l'ensemble de la CT dans son ensemble.

Troisiemement, les conditions meteorologiques affectent la charge maximale des CT via les modes des generateurs de vapeur, qui dependent, entre autres facteurs, de la temperature de l'air froid. Certes, le d ernier facteur affecte beaucoup plus l'economie du generateur de vapeur.

Le type et la qualite du combustible determinent la charge maximale des generateurs de vapeur, et donc de l'ensemble d e la CT dans son ensemble. Ce facteur a un effet particulierement important sur la charge minimale autorisee. Ainsi, lorsqu'elles fonctionnent au charbon, les unites electriques peuvent etre dechargees a 70 a 80 % de la capacite maximale, tandis qu'en passant au gaz ou au fioul, la charge minimale est reduite a 40 a 50 % du maximum.

Sous-processus « Calcul et analyse d'indicateurs techniques et economiques des centrales et reseaux electriques ». Au cours du fonctionnement de Systeme de controle automatise de dispatching (SCAD) on effectue la collecte, le traitement, le stockage et la transmission d'informations techniques et economiques, sur la base desquelles la preparation technologique de la production (planification des regimes, preparation des outils de controle), technologique (operationnelle et automatique) la gestion du SЁ est realisee.

La preparation a la production comprend:

- preparation et utilisation des informations sources ;

- calculs technologiques (modes stationnaires et transitoires, court-circuit, etc.) ;

- analyse retrospective des indicateurs techniques et economiques (ITetE) ;

- planification des modes ;

- selection de la composition et des parametres de mise en place des outils de controle.

L'analyse des indicateurs techniques et economiques est realisee par les services des entreprises regionales d'approvisionnement en energie, le centre national et les centres regionaux de dispatching, qui assurent la preparation de la production, selon six sous-systemes principaux: bilan puissance, bilan electrique, etat des equipements, bilan combustible ; ressources en eau et donnees meteorologiques ; outils et systemes de gestion.

On realise l'analyse des ITetE dans le SЁU a differentes frequences, principalement d'un jour a un an ou plus. Dans les entreprises energetiques americaines, ou les fonctions economiques operationnelles des SCAD (optimisation operationnelle du regime de puissance active, tarifs variables en temps reel) sont de plus en plus repandues afin d'ameliorer l'efficacite de la production d'energie, une analyse retrospective des ITetE est realisee en temps reel.

On peut presenter le processus « Formation des bilans de puissance et d'energie » comme un systeme comprenant les sous- systemes (les sous-processus) suivants.

Sous-processus « Formation de bilan de puissance ». La planification du bilan de puissance active des SЁR et SЁU est l'une des parties les plus importantes du systeme unifie de planification des modes du SЁ et de leurs indicateurs de production.

Lors de l'elaboration du bilan de puissance active, la partie de la puissance de production des centrales electriques qui participe a couvrir les charges maximales de consommation d'energie est revelee. Dans les conditions du bilan energetique tendu du pays, il est necessaire de s'efforcer d'obtenir la participation maximale des centrales electriques au bilan electrique. Dans le meme temps, il est necessaire d'assurer le nombre requis de reparations planifiees et preventives des equipements des centrales electriques pour les maintenir en etat de fonctionnement. En outre, il est necessaire de prevoir des reserves de puissance pour compenser les changements imprevus de la consommation d'energie et des performances des equipements des centrales electriques en cas de violation d'urgence. Dans le processus de planification des puissances de travail des centrales electriques, il convient egalement de prendre en compte la possible deterioration de l'efficacite de fonctionnement du SЁ en raison de l'inclusion d'equipements a faible cout dans le fonctionnement. Pour cette raison, il est necessaire de prev oir la conservation (retrait en reserve de froid a long terme) a certaines periodes de l'annee des equipements les moins economiques (obsoletes) des centrales electriques. Et enfin, il est necessaire de prendre en compte les lacunes et les limites des puissances des centrales electriques, ce qui affecte considerablement les puissances de travail.

Outre les taches de planification de l'equilibre de s puissances, le controle et l'analyse des progres de la mise en reuvre de l'equilibre prevu sont d'une grande importance.

Conformement a ce qui precede, il est necessaire de prendre en compte (planifier et analyser) tous les composants de la reduction de puissance de la centrale electrique, depuis l'installation jusqu'a l'emplacement et apres l'exploitation, y compris: la limitation de puissance, la reserve de reparation (pour les reparations programmees), la reserve d'urgence (pour les reparations d'urgence), reserve sous - utilisee en raison du manque de ressources energetiques, conservation des equipements a faible cout, limitation des reseaux electriques, reserves operationnelles.

L'equilibre de puissance active se forme a differents niveaux de la hierarchie de gestion territoriale. Au niveau des БЁи de l'Ukraine, les sous-systemes sont des SЁR connectes par des lignes electriques intersystemes. En consequence, au niveau de БЁЦ les SЁRs agissent comme des sous-systemes, et au niveau de SЁR, les centrales electriques individuelles et les nreuds de charge (les sous-systemes de connexion des lignes electriques sont egalement pris en compte).

Le bilan de puissance est etabli pour chaque mois de l'annee ou, dans une version simplifiee, uniquement pour un mois au cours duquel les charges les plus importantes sont attendues dans l'annee. Chaque mois, le solde est calcule po ur l'heure des charges maximales combinees et est en outre verifie pour les heures des propres charges maximales de chaque sous-systeme.

Le calcul commence par la determination de la puissance installee effective Pf (moyenne, compte tenu des equipements maTtrises) des entites specifiees a intervalles de la periode de planification conformement a la methodologie approuvee (1):

у debut moyen moyen

ins 1 entre 1 sorti ou:

Pde^but - puissance nominale installee au debut de l'annee de planification ;

PZr - puissance d'entree moyenne pour l'intervalle, en tenant compte des niveaux normatifs de developpement ;

Pmmoye^nne - puissance de sortie moyenne pendant l'intervalle.

Les calculs specifies sont effectues pour chaque SЁR avec une sommation ulterieure pour le SЁU.

Ensuite, la puissance P_conservat₀n due en matiere de conservation, de reconstruction et de rearmement technique est evaluee par sous-systemes et intervalles de l'annee conformement au plan fourni pour les mesures specifiees, elaborees a l'avance.

La composante suivante - la reduction de puissance due aux lacunes et aux limitations P_r^_uction - se compose de deux parties principales: les reductions permanentes dues aux defauts structurels, aux defauts de construction, etc. et la sous-utilisation operationnelle due au manque de consommation thermique a la cogeneration, au changement de la temperature de l'eau de refroidissement par mois de l'annee a la cogeneration, la reduction des pressions a la centrale hydroelectrique grace a l'activation des reservoirs, etc. La premiere composante est precisee pour chaque systeme energetique, la seconde est soit predite, soit calculee (par exemple a partir de courbes de fuit e-remplissage des reservoirs).

L'element suivant de la puissance concerne les volumes standard des reparations d'urgence des equipements de production P_reparob. Ces reparations sont evaluees selon la methodologie agreee, en tenant compte de la composition des equipements, des normes d'arret force. Un calcul plus precis de cette composante de reduction de puissance est egalement possible sur la base d'un calcul probabiliste. Les reductions de puissance d'urgence, contrairement a d'autres composantes des reductions de puissance, ne concernent pas des unites et des centrales electriques specifiques, mais sont prises en compte dans leur ensemble pour le sous-systeme correspondant.

La prochaine composante de la reduction de puissance concerne les reparations prevues des equipements de production P_reparprevu. Comme on sait, il existe une distinction entre les reparations d'equipement s planifiees en capital, moyennes et reparations courantes (d'entretien). Au niveau de la planification annuelle, on calcule les plans d'investissement et de reparation moyens et on determine les reparations d'entretien sur la base de donnees statistiques. Au niveau de la planification mensuelle, on etablit des plans annuels pour les reparations generales et moyennes, et on definit les plans pour les reparations d'entretien des equipements.

Determinee de cette maniere, la puissance installee effective du systeme electrique et les composants individuels de sa reduction permettent de determiner la puissance de travail des centrales thermiques.

Pour les centrales nucleaires, le plan de reparation n'est pas optimise, mais est fixe de maniere rigide en tenant compte des normes et de la possibilite de maintenir un processus technologique normal. Pour les centrales nucleaires, on adopte un horaire regulier de leurs travaux pendant la journee.

En raison de leur faible poids et du manque d'informations necessaires, la puissance de travail est directement prevue pour les stations-blocs.

Pour les centrales hydroelectriques, apres deduction de divers types de reduction des puissances de la puissance installee, on obtient la puissance utile sans tenir compte de la production electrique journaliere qui leur est fixee. De plus, a l'aide de l'algorithme d'entree de la centrale hydroelectrique dans le programme de charge quotidien (intervalle), sa puissance de pointe est determinee, c'est-a-dire la puissance de fonctionnement en tenant compte de la production electrique quotidienne donnee de la centrale hydroelectrique. On determine les valeurs de production quotidienne d'electricite a differentes periodes de l'annee par l'apport d'eau et le mode de regulation du reservoir. En regle generale, la limitation de la production d'electricite limite la puissance de pointe de la centrale hydroelectrique a une valeur inferieure a sa puissance de fonctionnement.

Sous-processus « Formation du bilan electrique ». Le calcul du bilan electrique consiste en la determination sequentielle de la partie depenses du bilan (remise aux consommateurs, depenses pour besoins propres et de production et pour compensation des pertes d'electricite dans les reseaux electriques) et de la partie benefice du bilan (production d'electricite par centrales electriques, reception d'autres systemes energetiques) et aligner la consommation electrique sur son arrivee.

Des elements du bilan electrique, tels que les besoins propres et de production et les pertes dans les reseaux, sont generalement inclus dans la consommation d'electricite (sous cette forme, la consommation d'electricite est prevue). Il existe des methodes pour leur evaluation separee.

Quelle est l'essence de la tache de calcul du bilan electrique, par exemple pour la periode annuelle ? Les besoins totaux en electricite sont connus (ils sont prevus). Cependant, il est necessaire d'evaluer quelle contribution a la production d'electricite necessaire est apportee par les differents types de centrales electriques, ainsi que par les differents sous-systemes et quelle energie circule entre les sous- systemes.

Quant aux centrales nucleaires, aux centrales hydroelectriques et aux centrales de blocs, comme nous l'avons deja note, la production d'electricite par les centrales de ces types est determinee separement: les centrales nucleaires - par des calculs bases sur un calendrier d'arrets donne de leurs unites ; les stations de bloc - par prevision ; les centrales hydroelectriques - basees sur des calculs du regime de regulation a long terme de leurs reservoirs. Par consequent, les calculs du bilan electrique se referent principalement aux centrales thermiques.

Au niveau des SЁR, il est necessaire de determiner la production d'electricite separement pour les grandes centrales electriques et collectivement pour les petites centrales. Au niveau de SЁU, la production d'energie electrique est determinee par des groupes de centrales thermiques identiques (en termes de carburant, d'efficacite).

Comme deja note si le bilan electrique est determine par le critere de continuite et de fiabilite, alors le bilan electrique est determine par le critere d'economie. En d'autres termes, le bilan electrique optimal doit correspondre aux modes journaliers optimaux de SЁ determines par le critere du cout m inimum de la consommation totale de carburant.

Une solution stricte bien connue est l'utilisation, dans les calculs d'equilibre, de programmes d'optimisation quotidiens des modes du SЁ. Cette approche est mise en reuvre de la maniere suivante. Dans chaque intervalle (mensuel ou hebdomadaire) de l'annee, jusqu'a quatre programmes de charge quotidiens typiques sont pris en compte: jour de travail moyen, samedi, dimanche, lundi. Le nombre de jours de chaque type dans l'intervalle est specifie. Les modes quotidiens optimaux de l'UE pour chaque type de jour sont calcules et, sur la base de ces calculs, la production d'energie par intervalles par differents types de centrales thermiques, de societes d'energie, ainsi que le flux d'energie entre les sous-systemes sont determines. Cette approche du calcul du bilan electrique est egalement interessante dans la mesure ou elle est utile pour l'exploitat ion en elle-meme pour verifier les conditions de couverture des plannings journaliers prospectifs.

D'autres approches plus simplifies pour calculer le bilan electrique sont connues, par exemple, si au lieu d'horaires de charge, des courbes de duree de charge sont utilisees ou une version previsionnelle du bilan electrique est utilise, lorsque la production d'energie par groupes de CT est prevue sur la base de statistiques passees (mais meme avec cette approche, le flux d'energie entre les sous-systemes ne peut pas etre determine).

Sous-processus « Formation du bilan thermique ». Le bilan thermique se forme dans les SЁ regionaux lors de la planification a long terme des regimes pour resoudre les problemes suivants:

- la fourniture de chaleur aux consommateurs ;

- clarification du bilan de puissance et d'energie electrique dans le systeme energetique, en tenant compte de la puissance de production d'electricite disponible et du degagement de chaleur de la cogeneration ;

- constitution du bilan des ressources energetiques, prenant en compte la production d'electricite et le degagement de chaleur par les centrales electriques du systeme energetique.

Dans le processus d'elaboration du bilan thermique, les indicateurs sont detailles en termes des groupes du meme type d'equipement installes dans les centrales electriques.

Le degagement de chaleur par la centrale electrique consiste en son degagement des turbines, des chaudieres de puissance directement ou via des unites de reduction-refroidissement et des echangeurs de chaleur et des chaudieres de chauffage d'eau de pointe qui servent au chauffage supplementaire de l'eau apres les rechauffeurs du reseau principal des turbines.

Par degagement de chaleur vers des consommateurs externes, on entend toute la chaleur degagee par la centrale electrique, la chaufferie urbaine ou l'entreprise commune d'energie, a l'exception de la chaleur restituee a la centrale electrique (chaufferie) avec les condensats de vapeur de production, retour d'eau du reseau utilise par des consommateurs externes, etc.

A noter que le bilan electrique prend en compte la consommation d'electricite pour les besoins propres de la centrale, liee au degagement de chaleur, dont:

- toute la consommation propre de l'installation de chauffage de la centrale electrique (consommation des pompes de reseau, de condensation et autres de s equipements de chauffage de l'eau) et la consommation des mecanismes des chaudieres de chauffage de l'eau de pointe de la centrale electrique ;

- une partie de la consommation totale d'electricite pour les besoins propres de la chaufferie.

Le bilan thermique produit dans le SЁU, qui est restitue aux consommateurs, est caracterise par l'egalite suivante

Qp + Qa = Qd.ch.r = Qd.chu + AQ (2)

ou:

Q_p - la chaleur produite;

Q_a - la chaleur achetee;

Qdchr - degagement de chaleur dans le reseau;

Qdchu - degagement utile de chaleur;

AQ - pertes de chaleur dans les reseaux de chaleur.

Les sources de chaleur dans le systeme energetique sont les cogenerations, les chaufferies, les chaudieres electriques:

^Qd.ch.r = Qc.c + Qch + Qch.e (3)

ou Q_cc, Qch, Qche sont respectivement le degagement de chaleurprovenant des centrales de cogenerations, des chaudieres et des chaudieres electriques.

Aux niveaux superieurs du dispatching (SER et SEU), le bilan thermique n'est pas constitue, mais seules les donnees sont analysees dans la mesure ou cela est necessaire:

- estimer la puissance disponible et la production d'electricite de la cogeneration dans le bilan total de puissance et de production d'electricite des SER et de SEU ;

- constituer l'equilibre des ressources energetiques dans les SER et dans le sEu.

Dans le cas d'une planification des modes a court terme, le bilan thermique est affine sur une journee (ou sur plusieurs jours) en tenant compte de la temperature ambiante attendue et de la production electrique requise a la cogeneration.

Sous-processus « Formation du bilan de carburant ». La planification de l'approvisionnement en carburant des CT est une tache plutot responsable et chronophage et est effectuee de maniere iterative avec la participation des CT eux- memes, ainsi que des SER et de SEU de l'Ukraine. Dans les conditions du bilan energetique et energetique tendu du pays, les exigences en matiere de planification raisonnable augmentent. Par consequent, l'elaboration des bilans energetiques pour l'annee, le trimestre, le mois, la semaine, le jour est aussi pertinente que la planification des bilans energetiques.

Le bilan combustible est etabli apres avoir etabli les bilans de puissance, d'energie electrique et thermique. Le combustible necessaire doit etre prevu pour l'electricite et le chauffage prevus. Cependant, sur la base des resultats de revolution du bilan energetique, il est parfois necessaire de proceder a des ajustements des bilans de puissance, d'electricite et de chaleur (lorsque le combustible n'est pas equilibre en energie et en chaleur). En fin de compte, tous les bilans sont developpes de maniere interdependante.

Les equilibres entre combustibles conventionnels et naturels different. Tout d'abord, le bilan energetique conditionnel est elabore. Ensuite, un combustible naturel specifique est prevu pour le combustible conditionnel calcule, en tenant compte de sa disponibilite et de ses puissances de combustion dans des centrales electriques specifiques (ici, les cas les plus probables de desalignement des bilans combustibles et energetiques, lorsque, en raison de restrictions sur le combustible naturel, la production d'electricite et de chaleur doit etre modifiee). L'industrie de l'energie electrique utilise un grand nombre (plusieurs centaines) de types et de marques de carburant naturel, et le plan final d'approvisionnement en carburant doit contenir un lien specifique entre le fournisseur de carburant et chaque CT. Dans les calculs d'equilibre, en particulier aux niveaux superieurs de gestion, il est permis d'assimiler des types de carburant dont les caracteristiques de base sont similaires.



Conclusions

L'algorithme d'utilisation de la methodologie d'analyse du systeme dans le processus d'enseignement des disciplines educatives est considere, qui prevoit la sequence suivante d'enseignement du materiel pedagogique:

- explication des particularites de l'approche systemique - prise en compte de la discipline educative, le theme specifique de la discipline, des objets et processus dans le cadre de la matiere en tant que systeme, dont l'etude (consideration) repose sur les principes et recommandations de l'analyse du systeme ;

- le systeme « Theme de la discipline pedagogique » est d'abord explique sur l'exemple du modele « Composition du systeme » ;

- explications complementaires en passant du modele « Composition du systeme » au modele « Structure du systeme » ;

- une explication approfondie des liens entre les composants du modele « Structure du systeme » (processus dans le systeme).

L'explication approfondie est determinee par les facteurs suivants: specialite, objet, sujet d'etude (recherche), liens interdisciplinaires au sein de la specialite, etc.

L'algorithme donne a ete mis en reuvre dans le processus educatif du departement « Systemes urbains d'alimentation et de consommation electrique » a O. M. Beketov l'Universite Nationale Genie Urbaine de Kharkiv (O. M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv), en particulier lors de l'enseignement de la discipline pedagogique « Systemes de controle automatise de dispatching » pour les etudiants de la specialite « Genie energetique, Genie electrique et Electromecanique ».



Referances

1. Pro elektroenerhetyku: Zakon Ukrainy vid 16.10.1997 r. № 575/97-VR [On electricity: Law of Ukraine dated 10.16.1997 № 575/97-VR] (1998, № 1) - Vidomosti Verkhovnoi rady Ukrainy, Information of the Verkhovna Rada of Ukraine, - St. 1 [in Ukraine]. Retrieved from http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/575/97-Bp

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