The Republic of Khakassia is a region rich of hydropower resources, which are not currently used. A promising area is the construction of small HPPs that do not require large capital expenditures during construction, have a short payback period and can provide the consumer with inexpensive electricity. Such kind of HPPs can be used both for a solution of the problems of providing electricity to remote consumers and for electricity supply to existing consumers. In the first case, the work of the stations is most often supposed to be isolated from the power system, in the second, an assessment of the effect of the new generation on the operation mode of the power system. The methods of mathematical analysis and mathematical modeling were used. Software RastrWin3 was used as a modeling tool. Calculations have been made of the established operating modes of the electric power system before and after optimizing the power distribution of the stations. The calculations of the optimal power distribution of stations without taking into account and taking into account the restrictions on unregulated parameters. Preliminary assessment did not reveal the deviation of the parameters of the established electric power regimes from the permissible.

Keywords -- small HPPs; electrical power system; optimal power; hydropower potential

Оптимальная загрузка малых гидроэлектростанций по активной мощности

В соответствии с прогнозом социально-экономического развития Республики Хакасия на период до 2030 года [1] будет наблюдаться дефицит электроэнергии в связи с планируемым строительством горнодобывающих и обрабатывающих предприятий. Для энергообеспечения новых предприятий и предгорных районов нет альтернативы малой гидроэнергетике. Республика Хакасия обладает высоким гидроэнергетическим потенциалом. В регионе учтено 324 реки.

В качестве примера рассмотрено проектирование пяти малых гидроэлектростанций (МГЭС).

Была проведена оценка максимальной мощности МГЭС [2]:

- Тёйская ГЭС максимальной мощностью 15 МВт;

- Аскизская ГЭС максимальной мощностью 48,5 МВт;

- Онакская ГЭС максимальной мощностью 16,4 МВт;

- Июсская ГЭС максимальной мощностью 12 МВт;

- Ербинская ГЭС максимальной мощностью 26 МВт.

Структурная схема сети МГЭС представлена на рис. 1.

Для оптимального распределения мощности рассматриваемых МГЭС был применен метод Лагранжа [3].

Аналитически были построены характеристики относительных приростов (ХОП) расходов воды [3].

Оптимальная модель распределения мощностей запишется:

, (1)

, (2)

где - потребляемая мощность в узлах энергосистемы;

- неопределенный множитель Лагранжа;

- относительный прирост расхода воды.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Расчетная схема системы

rastrwin3 гидроэлектростанция мощность

Нелинейная система уравнений ХОП (2) решается методом Ньютона.

Предположим, что Тёйская ГЭС работает изолированно и для покрытия нагрузки в летний период требуется 55 МВт. Тогда в расчете оптимизации будут участвовать 4 МГЭС (табл. I).

Результаты расчета для Рн=55 МВт

Для покрытия нагрузки в зимний период Рн=100 МВт при решении задачи без наложения ограничений на мощности МГЭС результаты расчета приведены в таблице II.

Результаты расчета для Рн=100 МВт

Из вышеприведенных расчетов видно, что мощности четырёх МГЭС превышают максимальные.

Рассчитаем оптимальный режим при нагрузке 100 МВт при наложении ограничений на мощности станций.

Рассчитаем оптимальный режим при нагрузке 100 МВт при наложении ограничений на мощности станций:

Р_1max =48,5 МВт, Р_1min=25,0 МВт;

Р_2max =16,4 МВт, Р_2min=14,0 МВт;

Р_3max =26,0 МВт, Р_3min=21,0 МВт;

Р_4max =12 МВт, Р_4min=10,0 МВт.

Начальные приближения: Р₂=15,8 МВт, Р₃=25,5 МВт, Р₄=11,6 МВт.

Из уравнения баланса: МВт.

Начальные приближения лежат в допустимой области.

Вычисляем относительные приросты расхода воды:

МВт;

МВт;

МВт;

МВт;

Разница относительных приростов расхода воды:

МВт;

МВт;

МВт

Определим допустимый шаг оптимизации:

;

;

;

.

Из всех допустимых шагов выбираем минимальный:

.

Прирост мощности и мощности станций в итерационном процессе:

rastrwin3 гидроэлектростанция мощность

МВт;

МВт;

МВт;

МВт;

МВт;

МВт;

Мощность вышла за верхний предел, то есть оказался наименьшим.

Вычисляем на первой итерации:

МВт.

На остальных итерациях расчеты выполняются аналогичным образом. Результаты представлены в таблице III.

Результаты расчета для Рн=100 МВт при наложении ограничений

Оценка влияния проектируемых МГЭС на установившийся режим электрической сети филиала ПАО «МРСК Сибири» -- «Хакасэнерго»

Для оценки влияния проектируемых МГЭС в рассматриваемом узле электрической сети филиала ПАО «МРСК Сибири» -- «Хакасэнерго» (табл. IV) был произведен расчёт с использованием программно-вычислительного комплекса RastrWin3 [4] следующих установившихся режимов:

- без проектируемых МГЭС (табл. V, рис. 2);

- с проектируемыми без наложения ограничений на мощности МГЭС (табл. VI, рис.3);

- с проектируемыми МГЭС с учётом наложения ограничений на мощности МГЭС и оптимального распределения активных мощностей (табл. VII, рис. 4).

Данные электрической сети филиала ПАО «МРСК Сибири» -- «Хакасэнерго»

Результаты расчетов напряжений в узлах сети без учёта МГЭС

Результаты расчетов напряжений в узлах сети МГЭС без ограничений

Результаты расчетов напряжений в узлах сети с МГЭС после оптимизации

Рис. 2. Графическая схема сети без проектируемых МГЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Графическая схема сети без учета ограничений, накладываемых на МГЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Из расчётов видно, что с учетом работы рассматриваемых станций отклонение напряжения на подстанциях сети не превышает нормированного значения. Предварительная оценка не выявила необходимости мероприятий по первичному электросетевому оборудованию.

Выводы

1. Была произведена предварительная оценка возможности работы МГЭС в энергосистеме Республики Хакасия.

2. Была реализована математическая модель по расчету оптимального распределения активной мощности МГЭС для покрытия нагрузки выбранного энергоузла.

3. Выполнен расчет оптимального распределения мощности станций без учета и с учетом ограничений.

4. Рассчитаны режимы электрических сетей филиала ПАО «МРСК Сибири» -- «Хакасэнерго» до и после проведения оптимизации. В результате оптимизационных мероприятий определен экономический эффект по снижению потерь активной мощности.

Список литературы

1. Постановление Президиума Правительства Республики Хакасия от 07.09.2015 № 87-п. Об утверждении Прогноза социально-экономического развития Республики Хакасия на период до 2030 года.

2. Никишин К.А., Толстихина Е.А., Сёма Е.Г., Толстихина Л.В. Использование гидроэнергетических ресурсов южных районов Сибири для строительства малых ГЭС//Электроэнергетика глазами молодёжи-2016: материалы VII Международной молодёжной научно-технической конференции, 19-23 сентября 2016 г., Казань. - Т.3. -- Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2016. - 379 с.

3. Е.Г. Сёма, Н.С. Фроленко, А.В. Тенешев. Перспективы использования гидроэнергетических ресурсов Республики Хакасия//Гидроэлектростанции в XXI веке: Сборник материалов IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, специалистов, аспирантов и студентов, 13-14 апреля 2017 г., г. Саяногорск, рп. Черемушки: ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» (СФУ) Саяно-Шушенский филиал СФУ, 2017. - 452 с.

4. [Электронный ресурс]: Программные комплексы RastrWin, Bars, Lincor, Rustab, RastrKZ, RastrMDP. - Режим доступа: http:/www.rastrwin.ru/ (дата обращения: 11.01.2017).

Размещено на Allbest.ru