Дисертації (АЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Оптимізація графіків виробництва електроенергії гідроелектростанцій в сучасних ринкових умовах функціонування ОЕС України(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Олефір, Дмитро Олександрович; Яндульський, Олександр СтаніславовичОлефір Д.О. Оптимізація графіків виробництва електроенергії гідроелектростанцій в сучасних ринкових умовах функціонування ОЕС України. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.01 «Енергетичні системи та комплекси». – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Інститут електродинаміки Національної академії наук України, Київ, 2025. Перший розділ присвячений огляду проблем при плануванні виробництва електроенергії гребельними ГЕС в Україні та особливостям їх роботи на ринку електричної енергії України. Показано, що об’єкти гідроенергетики займають відносно невелику частку у балансі потужностей ОЕС України. Проте Дніпровський каскад ГЕС та Дністровський комплексний гідротехнічний вузол відіграють важливу роль в балансуванні режимів роботи ОЕС України, наданні допоміжних послуг з регулювання частоти та потужності, а також локалізації та ліквідації аварійних ситуацій в енергосистемі. Зокрема, гребельні ГЕС в Україні є основними постачальниками допоміжних послуг з відновлення частоти та одним із основних учасників балансуючого ринку. Інтенсивне залучення виробничих потужностей гребельних ГЕС до регулювання частоти та потужності в ОЕС України призводить до значних відхилень фактичних витрат гідроресурсів від планованих. Це, у свою чергу, підвищує ризики порушення водогосподарських обмежень, технічних норм експлуатації водосховищ та екологічних норм водостоку по руслам річок. Крім того, гребельні ГЕС в Україні досить часто отримують аварійні диспетчерські команди на зміну графіків навантаження ГЕС, що, за певинх обставин, призводить до економічних збитків для енергогенеруючої компанії. Тому актуальною є задача планування скоординованої роботи об’єктів гідроенергетики в частині раціонального використання наявних гідроресурсів та оптимізації стратегії участіенергогенеруючої компанії на ринку електричної енергії України з метою максимізації доходів від комерційної діяльності. У розділі виконано аналіз наукових публікацій в частині планування роботи гідротехнічних комплексів. Відзначено, що цілі задач планування графіків виробництва електроенергії ГЕС в значній мірі залежать від чинної моделі ринку електроенергії та ролі гідроенергетики у ринкових відносинах. Якщо виробництво електроенергії об’єктами гідроенергетики оплачується по регульованим тарифам, то задачі планування графіків завантаження ГЕС зводяться до максимізації обсягів відпуску електроенергії для покриття піків (полупіків) електроспоживання в енергосистемі. В таких випадках для планування діяльності ГЕС часто достатньо використання розрахункових систем на основі експертних рішень. Аналіз публікацій показав, що за участі енергогенеруючих компаній (зокрема, гідрогенеруючих) у продажі електричної енергії на конкурентних сегментах ринку змінююються цілі оптимального планування діяльності об’єктів енергетики. Відзначено, що основною метою участі енергогенеруючої компанії у торгах на ринку електроенергії стає максимізація вигоди від продажу електричної енергії за умов дотримання відповідних технологічних обмежень та ефективного використання енергоресурсів. Наведені особливості та загальна схема роботи ПрАТ «Укргідроенерго» на ринку електричної енергії України. Зроблено висновок, що для реалізації системи короткострокового планування діяльності об’єктів гідроенергетики в умовах функціонування лібералізованої моделі ринку електричної енергії України необхідна побудова формалізованого математичного апарату оптимізації за економічними критеріями технологічних процесів на ГЕС із дотриманням всіх технічних вимог та екологічних норм. На основі виконаного аналізу уточнено задачі дисертаційного дослідження, зокрема поставлено задачу побудови уніфікованої математичної та імітаційної моделі опису технологічних процесів на об’єктах гідроенергетики України, а також цільової функції максимізації доходів від продажуелектроенергії, сформованої у канонічній формі для можливості застосування існуючих методів і засобів оптимізації. У другому розділі розглянуто задачі планування балансу гідроресурсів у водосховищах ГЕС Дніпровського каскаду. Виокремлено задачу добового коригування рівня заповнення водосховищ. За результатами розв’язання цієї задачі визначається доступний на добу обсяг гідроресурсів, розподіл якого для виробництва електричної енергії по окремим годинам доби необхідно здійснювати із врахуванням погодинних ринкових цін. Розроблено структуру математичної моделі задачі оптимального за економічними критеріями розподілу наявних гідроресурсів для виробництва електроенергії у гідротехнічному вузлі «Водосховище – ГЕС». Визначено наступні основні структурні рівні побудованої математичної моделі: • рівень гідроагрегатів, де із заданим рівнем деталізації описані технологічні процеси, а також формалізовано складові цільової функції та складові балансів гідроресурсів; • рівень ГЕС із загальною на рівні електростанції системою технічних та режимних обмежень; • рівень водосховища, на якому формалізовані баланси гідроресурсів та визначено систему обмежень для контролю технічних умов експлуатації водосховища та екологічних норм водостоку по руслу ріки. Передбачено, також, структурні рівні каскаду ГЕС та гідрогенеруючої компанії. Формалізовано цільову функцію максимізації доходу генеруючої компанії від виробництва та продажу на ринку електроенергії відповідно до агрегованого планового графіку навантажень ГЕС. Досліджено особливості врахування балансу гідроресурсів у каскаді ГЕС. Визначено основну систему обмежень рівня гідрогенеруючої компанії. Розділ містить всі формальні складові базової лінійної математичної моделі функціонування гідротехнічного вузла «Водосховище – ГЕС». Оскільки для процедури оптимізації використовуються методи лінійної оптимізації, то формалізована математична модель дозволяєотримати глобальний максимум цільової функції доходу від продажу електроенергії на РДН. У третьому розділі досліджено проблему виникнення множини розв’язків в окремих групах годин із однаковими ринковими цінами в лінійній моделі функціонування гідротехнічного вузла «Водосховище – ГЕС». Визначено і формалізовано ознаки існування такої множини розв’язків. Для вирішення проблеми запропоновано виконувати додатковий крок оптимізації за неціновим критерієм, а саме – вирівнювання графіка навантаження ГЕС у години з однаковими ринковими цінами. Формалізовано нелінійну функцію мінімізації різниці обсягів відпуску електроенергії в години з однаковими ринковими цінами. Оскільки нелінійна цільова функція визначає один розв’язок із множини однаково оптимальних рішень, то додатковий крок оптимізації забезпечує розв’язок задачі у точці глобального екстремуму. Розроблено методику двокрокового розв’язку задачі оптимального розподілу наявних гідроресурсів для виробництва електроенергії на ГЕС. Визначено цільову функцію із поданням нецінового критерія у формі штрафної функції. Обґрунтовано, що нелінійна штрафна функція так само дозволяє отримати глобальний екстремум для задачі оптимального розподілу наявних гідроресурсів для виробництва електроенергії на ГЕС. Розроблено та досліджено функції вартості втрат електроенергії в генераторах ГЕС. Доведено, що лінійна функція вартості втрат не впливає на результати розв’язання задачі оптимального розподілу наявних гідроресурсів для виробництва електроенергії на ГЕС. Розроблено квадратичну функцію вартості втрат електроенергії в генераторах ГЕС, яка використовується в якості штрафної функції та створює ефект вирівнювання графіка навантаження ГЕС за однакових ринкових цін та при незначних коливаннях ринкових цін. При цьому ефективно реалізується неціновий критерій оптимізації та усувається проблема множини розв’язків для групи годин із однаковими ринковими цінами. Четвертий розділ присвячений експериментальним дослідженням, виконаним із застосуванням розробленої імітаційної моделі для розв’язку задачі оптимального розподілу наявних гідроресурсів для виробництва електроенергії наГЕС. Розроблено архітектуру засобів розв’язання задачі планування добового графіка навантаження ГЕС з метою формування пропозиції щодо продажу електроенергії в сегменті ринку «на добу наперед». Експериментально підтверджено стохастичний характер розв’язків для групи годин із однаковими ринковими цінами в лінійній моделі задачі оптимального розподілу наявних гідроресурсів для виробництва електроенергії на ГЕС. Експериментально підтверджено отримання глобального екстремуму при застосуванні додаткової нелінійної цільової функції з неціновим критерієм та аналогічної їй штрафної функції. Досліджено розв’язки задачі оптимального розподілу наявних гідроресурсів для виробництва електроенергії на ГЕС при застосуванні квадратичної функції вартості втрат електроенергії в генераторах ГЕС. Експериментально підтверджено ефект вирівнювання графіків навантаження агрегатів ГЕС для годин із однаковими ринковими цінами. Визначено перспективи подальшого розвитку розроблених математичних моделей. За результатами досліджень отримано авторське свідоцтво на комп’ютерну програму, результати дослідної експлуатації якої засвідчили її практичну значимість та підтвердили можливості використання для виконання досліджень щодо планування участі ПрАТ «Укргідроенерго» на ринку «на добу наперед» та розподілу добових обсягів витрат гідроресурсів водосховищ на виробництво електричної енергії ГЕС. За результатами дослідної експлуатації було сформовано подальші напрямки їх розвитку та удосконалення, зокрема в частині формування пропозиції на балансуючому ринку. Результати роботи використано в навчальному процесі, зокрема в навчально-науковому Інституті енергозбереження та енергоменеджменту КПІ ім. Ігоря Сікорського. Опис розроблених засобів та протоколи їх дослідної експлуатації та документи, що підтверджують практичну значимість роботи наведено у Додатку А та Додатку Б дисертаційної роботи.