+7 (495) 981-9839
+7 (495) 642-5882

Rus Eng
Заказ обратного звонка
заказать звонок тел.: +7 (495) 981-9839
+7 (495) 642-5882
+7 (498) 653-4068
sales@khomovelectro.ru
Отправить заявку
Компания «Хомов электро» — завод-изготовитель, имея многолетний опыт работы на рынке электротехнического оборудования по производству конденсаторных установок и налаженные прямые поставки комплектующих высокого качества для компенсации реактивной мощности от мировых производителей, — признанных лидеров в своих отраслях бизнеса, готова оперативно и качественно выполнить ваш заказ на изготовление и поставку оборудования в срок.
большой опыт работы
качество продукции
оперативность выполнения
индивидуальный подход

Рынок распределения электроэнергии, реактивная мощность


	
		
			

Ценообразование реактивной мощности в реальном времени с учетом значимости ресурсов реактивной мощности

Снабжение реактивной мощностью занимает существенную долю дополнительных услуг на энергетическом рынке. Оно является необходимым условием безопасного и надежного функционирования энергосистемы и залогом успешного сбыта электроэнергии. Усовершенствованный метод компенсации эквивалентной реактивной мощности (ERС) для оценки значимости ресурсов реактивной мощности имеет важное значение в распределении электроэнергии. Метод усреднения для определения показателей реактивной мощности, которые используются в модели оптимального потокораспределения мощности (OPF), имеет также большую значимость на рынке распределения электроэнергии.

Далее рассмотрим модель тарификации реактивной мощности в реальном времени, принимающая во внимание, как стоимость реактивной мощности, так и значимость ресурса реактивной мощности. Результаты моделирования 6-шинной системы Уолд-Хэйла показывают, что модель позволяет системе получать больше реактивной мощности от источников реактивной мощности, которые имеют большую значимость ресурса реактивной мощности, что также способствует повышению стабильности и надежности энергосистемы.

Источники реактивной мощности находятся в различных точках системы. По этой причине, вклад, вносимый в надежность системы и стабильность напряжения различными источниками реактивной мощности, также различен. Можно также утверждать, что различна и ценность этих ресурсов. Стоимость реактивной энергии должна отражать не только стоимость услуг по обеспечению реактивной мощностью, но и вклад в обеспечение надежности работы системы. Поэтому следует учитывать коэффициент значимости ресурсов реактивной мощности в процессе тарификации реактивной мощности в реальном времени. Чем выше ценность ресурса реактивной мощности, тем больший вклад вносится в обеспечение надежности работы системы.

Важнейшим фактором, определяющим ценность ресурса реактивной энергии, является расстояние от источника реактивной мощности до узла нагрузки. В целом, чем выше ценность ресурса реактивной мощности, тем ближе источник реактивной мощности к узлу нагрузки. Поэтому, чтобы обеспечить максимальную надежность передачи электроэнергии и компенсировать реактивную мощность «на месте», необходимо попытаться делать больше запасов реактивной энергии. Соответственно, сократить потребление реактивной мощности от ресурсов с меньшей значимостью, что должно быть отражено в расчете оптимального потокораспределения энергии при ценообразовании в реальном времени, чтобы сделать его более приемлемым и выгодным.

Научно-обоснованное формирование стоимости обеспечения реактивной энергией может повысить интерес участников рынка к услугам по снабжению реактивной мощностью, а также дать научное обоснование тех или иных инвестиций, а также эффективного и рационального использования энергетического оборудования.

В настоящем материале исследована значимость ресурсов реактивной мощности энергосистемы с использованием модифицированного метода компенсации эквивалентной реактивной мощности. Также предложен метод усреднения для преобразования коэффициентов значимости ресурсов реактивной мощности в весовые коэффициенты, впоследствии закладываемых в целевую функцию модели оптимального потокораспределения мощности для ее коррекции. Цена и себестоимость реактивной мощности изучены нами на модели тарификации реактивной энергии реального времени. Результаты моделирования показали, что после учета значимости ресурсов реактивной мощности, энергосистема стала получать больше реактивной мощности от источников реактивной мощности с большей значимостью, что привело к повышению ее надежности и стабильности, и, следовательно, вся система распределения реактивной мощности стала более рационально организованной.

Определение стоимости реактивной мощности в реальном времени и оптимизированный поток мощности

С точки зрения экономики определение стоимости реактивной мощности в реальном времени представляет собой, по сути, расчет предельных затрат. Определение стоимости в реальном времени может быть получено методом оптимизированного потока мощности (OPF). В 1991, Бауман, используя модель на основе этого метода для потока мощности переменного тока, первым исследовал проблему тарификации реактивной мощности в реальном времени с использованием теории ценообразования в реальном времени. Он показал, что когда оптимальное распределение потока устремляется к схождению, то коэффициенты Лагранжа λpi и λqi в уравнениях баланса соответствуют оценке стоимости активной и реактивной мощности в узле i в реальном времени, поэтому оптимизация потокораспределения является важным инструментом для расчета цены в реальном времени.

Здесь для расчета цены реактивной энергии в реальном времени в качестве целевой функции модели оптимизированного потока энергии использованы минимальные издержки производства. Оптимизация потокораспределения имеет целью минимизацию общей стоимости производства энергии. Если в источниках реактивной мощности системы учитываются только издержки производства при генерации, то целевая функция оптимального распределения потока мощности OPF может быть представлена следующим образом:

здесь Cpi и Cqi – функции издержек генерации соответственно активной и реактивной мощности, NG – общее число узлов генерации.

Расчет оптимизированного потока энергии ограничивается следующими условиями:

1 - уравнение баланса потока:

2 - ограничение активной и реактивной мощности генераторов:

3 - ограничение пропускной способности (передаваемой мощности) линии:

4 - ограничение напряжения узла:

Анализ значимости ресурса реактивной мощности

Значимость ресурса реактивной мощности представляет собой, по сути, оценку источника реактивной мощности по степени относительной важности. Это относится к структуре электрической сети, расположению источника реактивной мощности и рабочему состоянию энергосистемы, но не связано напрямую со стоимостью реактивной энергии. Порой реактивная мощность может стоить очень дорого, но иметь низкую значимость ресурса и оказывать незначительную поддержку системы. Поэтому цена реактивной мощности должна отражать не только стоимость с точки зрения системы обеспечения реактивной мощностью, но и учитывать вклад в обеспечение стабильной работы системы.

Аналитические методы оценки значимости ресурсов реактивной мощности включают в себя:

  • метод чувствительности напряжения;
  • метод PV-кривых (зависимости напряжения от активной мощности);
  • метод компенсации эквивалентной реактивности (ERC);
  • метод резервирования реактивной мощности;
  • метод расчета потокораспределения мощности.

Некоторые из этих методов отражают, главным образом, влияние источников реактивной мощности на регулирование напряжения системы и стабильность ее работы, а другие в большей степени отражают влияние источников реактивной мощности на потери в сети и на другие ресурсы реактивной мощности. Различные методы оценки могут использовать различные показатели.

Из всего разнообразия методов наиболее приемлемым считается подход с использованием метода компенсации эквивалентной реактивной мощности. Его основная идея заключается в следующем: при исследование значимости реактивной мощности, генерируемой источником реактивной мощности в узле i, для источников реактивной мощности всей энергосистемы, для того, чтобы сохранить выходное значение его реактивной мощности и реактивной мощности других источников на неизменном уровне, предполагается, что нагрузка скомпенсирована фиктивным, модельным синхронным компенсатором таким образом, чтобы сохранялась амплитуда напряжения на системной шине в соответствии с методом основного потока. Суммарное значение выходной реактивной мощности фиктивного компенсатора и является исследуемой степенью значимости ресурса. Однако, методу компенсации эквивалентной реактивной мощности присущи некоторые недостатки. Например, зачастую при моделировании в узле с очень небольшой реактивной нагрузкой в синхронный компенсатор вводится огромное количество реактивной энергии. Для решения этой проблемы предлагается несколько усовершенствованных методов:

Регулирующие ограничения на фиктивный синхронный компенсатор

На реактивную мощность фиктивного синхронного компенсатора оказывает существенное влияние расстояние до исследуемого генератора. Такой фиктивный синхронный компенсатор может рассматриваться как «отражение» реактивной нагрузки. Таким образом, каждый синхронный компенсатор должен быть подключен к соответствующей нагрузке, чтобы сделать распределение нагрузки в системе, воспроизводимое распределением компенсирующих мощностей для эквивалентной реактивной нагрузки, более точным. При локальной компенсации верхний предел выходной реактивной мощности синхронного компенсатора QLimi,i устанавливается следующим образом:

здесь PLi, QLi – величины активной и реактивной нагрузки узла i.

Рассмотрение синхронного генератора в режиме работы с опережением по фазе

Метод компенсации эквивалентной реактивности был распространен и на случай поглощения реактивной мощности синхронным генератором в режиме работы с опережающей фазой, что дает более обширную информацию об эквивалентной компенсации для формирования более полного суждения о ценности ресурса генератора. В результате этого общая реактивная мощность синхронных генераторов, работающих с опережением по фазе, стала вносить свой вклад в работу системы.

Уточненная кривая компенсации эквивалентной реактивной мощности

Можно изобразить новую кривую взаимосвязи между количественной оценкой компенсации эквивалентной реактивности и вариациями реактивной мощности, и принять эквивалентную величину компенсации (которая требуется, если генератор снизил значение реактивной мощности до 1 МВАр) в качестве показателя значимости источников реактивной мощности.

Оценка значимости устройств компенсации реактивной мощности

Как вымогли заметить, в рассматриваемом материале объединены методы оценки значимости как параллельно включенных конденсаторов, так и динамических источников реактивной мощности, и использованы методы компенсации эквивалентной реактивной мощности для оценки значимости устройств компенсации реактивной мощности.

Тарификация реактивной мощности в реальном времени с учетом коэффициента значимости ресурсов реактивной мощности

Чтобы учесть коэффициент значимости ресурса реактивной мощности и, наряду с этим, избежать значительных колебаний ее стоимости в процессе учета всех ресурсов, опираясь на показатель оценки значимости ресурса по методу компенсации эквивалентной реактивной мощности, в данной работе предлагается использовать метод усреднения для приведения ее к коэффициенту значимости ресурса реактивной мощности и дальнейшего представления целевой функции модели оптимизированного распределения потока мощности. Модель ценообразования реактивной мощности в реальном времени может быть получена с учетом значимости ресурса реактивной мощности и затрат на ее получение.

Предположим, в системе есть n источников реактивной мощности. Коэффициент значимости ресурса реактивной мощности равен величине реактивной мощности, компенсируемой этим ресурсом при уменьшении (или увеличении) генерации этой мощности на 1 МВАр. Ее значение, соответственно, составляет ei. Пусть , тогда коэффициент значимости ресурса реактивной мощности i-го узла будет равен . Модель ценообразования реактивной мощности в реальном времени, учитывающая значимость ресурсов реактивной мощности, будет иметь следующий вид:

здесь Сpi, Сqi – функция стоимости активной и реактивной мощности, а NG – группа узлов системы генерации, .

При условии учета стоимости устройств компенсации реактивной мощности без учета генераторов, модель ценообразования в реальном времени, включающая значимость ресурсов реактивной мощности имеет следующий вид:

здесь NC – группа узлов системы с устройствами компенсации реактивной мощности (такие как параллельно включенные конденсаторы и т.д.). Cc1 – функция стоимости устройств компенсации реактивной мощности; fi и fj – коэффициенты значимости ресурсов реактивной мощности генераторов и оборудования для компенсации реактивной мощности.

Моделирование 6-узловой системы Уолд-Хейла

Усовершенствованный метод компенсации эквивалентной реактивной мощности использован для моделирования 6-узловой системы Уолд-Хэйла для значимости ресурса реактивной мощности двух генераторов. Для моделирования использовано программное обеспечение Power World Simulator 11.0 (далее PWS), а также программный комплекс Matlab и пакет MATPOWER3.0 OPF. Модель 6-узловой системы Уолд-Хэйла представлена на рис.1.

Моделирование в программном обеспечении PWS показывает, что величина компенсации реактивной мощности генераторов G1 и G2 в 6-узловой системе Уолд-Хэйла составляет 0.9511 и 0.8353 на каждое уменьшение на 1 МВАр. Вектор значимости ресурсов реактивной мощности f = (1.0648, 0.9352). При моделировании ценообразования в реальном времени действующая функция для двух генераторов выглядит следующим образом:

Единица измерения $/МВт∙час, i = l, 2. Записываем файлы данных Matlab и вызываем процедуру решения задачи оптимизированного потокораспределения для вычисления оптимизированного распределения потока и возврата для каждого узлового напряжения оптимизированного решения, значений выходной активной и реактивной мощности, цены в реальном времени и т.д.

Вариант 1: с учетом себестоимости активной энергии генератора, оптимизированная целевая функция выглядит следующим образом:

Вариант 2: с учетом себестоимости активной и реактивной энергии генератора, оптимизированная целевая функция выглядит аналогично (1). В предположении, что фиксированные инвестиционные (капитальные) затраты для генератора возвращаются в виде производства активной мощности, вмененные издержки в виде себестоимости реактивной мощности имеют следующий вид:

Предположим, норма прибыли составляет k = 0.10, тогда функция стоимости реактивной мощности двух генераторов имеет следующий вид:

Вариант 3: рассчитать оптимизированное потокораспределение мощности, включая себестоимость активной и реактивной мощности генераторов и инвестиционные затраты на компенсацию реактивной мощности; во-первых, с учетом установленных в узле 6 параллельно соединенных компенсирующих конденсаторов С6, за исключением их стоимости (Вариант 3–l); во-вторых, с учетом параллельно включенных компенсирующих устройств, включая стоимость конденсаторов (Вариант 3–2), причем оптимизированная целевая функция выглядит следующим образом:

Вариант 4: принимает поправки, используя коэффициент значимости ресурса реактивной мощности на основе Варианта 3–2, учитывая модель ценообразования реактивной мощности, включающую значимость ресурса реактивной мощности (допустимые значения m = 1, 2, 3):

Результаты моделирования для четырех ситуаций от Варианта 1 до Варианта 4 приведены в Таблице № 1.

Таблица № 1. Результаты моделирования 4 вариантов

Измеряемый параметр Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3-1 Вариант 3-2 Вариант 4 (m = 1)
Компенсация полной мощности генераторов (MВт,Mвар) 85.02+j35.97
61.52+j32.48
85.27+j35.91
61.22+j32.52
83.98+jl.l3
60.79+jl3.68
84.02+j7.12
60.84+jl7.31
60.84+jl7.31
60.79+j16.79
QС6(Mвар) 50.00 40.17 41.07
Значимость целевой функции ($/час) 1191.07 1203.60 1175.80 1185.71 1185.66
Суммарная стоимость активной мощности ($/час) 1191.07 1190.98 1174.80 1175.60 1175.48
Стоимость реактивной мощности генераторов ($/час) 12.62 1.00 1.86 1.74
Стоимость конденсатора C6 ($/час) 0 8.25 8.44
Ценообразование в реальном времени λ активной мощности от узла 1 до узла 6 ($/MВт∙час) 9.761
8.445
10.817
10.661
10.616
10.788
9.775
8.429
11.045
10.831
10.815
10.998
9.703
8.404
10.574
10.463
10.353
10.498
9.705
8.407
10.636
10.510
10.411
10.562
9.707
8.404
10.635
10.509
10.410
10.561
Ценообразование в реальном времени λ реактивной мощности от узла 1 до узла 6 ($/MВт∙час) 0
0
0.788
0.632
0.837
0.686
0.443
0.393
1.316
1.144
1.366
1.204
0.000
0.114
0.391
0.271
0.156
0.031
0.017
0.168
0.543
0.412
0.348
0.205
0.011
0.176
0.534
0.404
0.338
0.195
Общие потери полной мощности (MВт, Mвар) 11.537+j32.45 11.498+j32.42 9.769+j28.81 9.859+j28.60 9.844+j28.63

Анализ результатов моделирования

Результаты моделирования ценообразования в реальном времени шести-узловой системы Уолд-Хэйла показывают следующее:

l) в нормальных условиях стоимость производства реактивной мощности относительно себестоимости активной мощности очень мала. Из приведенных на рис.2 результатов моделирования цены активной мощности в узлах можно видеть, что наличие или отсутствие учета стоимости реактивной энергии в целевой функции незначительным образом влияет на стоимость активной энергии в реальном времени;

2) сравнивая ценообразование реактивной энергии в узле 6 в двух различных состояниях узла (Вариант 2 и Вариант 3), из рис.3 можно видеть, что узлы, в которых установлено оборудование для компенсации реактивной мощности будет не только приближать к нулю предельные издержки на производство реактивной энергии в этих узлах, но и значительным образом девальвировать предельные издержки реактивной энергии в соседних узлах;

3) Сравнивая Вариант 3-2 и Вариант 4: после учета значимости ресурсов реактивной мощности, система получает больше реактивной мощности от конденсаторов С6, которые имеют большую значимость ресурса реактивной мощности для удовлетворения потребности системы. А потребление от генераторов G1, G2 сопровождается соответствующим спадом, что способствует повышению надежности и стабильности системы. Компенсация реактивной мощности системы приближается к компенсации «на месте» (локальной). Это говорит о том, что корректировка с учетом коэффициента значимости ресурса реактивной мощности является целесообразной.

На рис.4 показано, что предельная цена реактивной энергии в узлах нагрузки снизилась, но не претерпела существенных изменений. Кроме того, из результатов моделирования можно видеть, что после введения учета значимости ресурсов реактивной мощности стоимость суммарного запаса и полные потери практически не изменились;

4) Для случая 4 влияние значения m целевой функции оптимального распределения потока мощности на результаты корректировки: результаты моделирования показывают, что чем выше значение m, тем больше реактивной мощности будет забираться от конденсаторов С6, которые имеют более высокую значимость ресурса реактивной мощности. Это благоприятная ситуация. Однако, общая стоимость реактивной мощности постепенно заметно увеличивается, тогда как цена реактивной мощности в узлах нагрузки постоянно снижается. А это может привести к тому, что стоимость реактивной мощности не может быть обеспечена обратной связью в достаточной степени. В то же время, получение слишком большого количества реактивной мощности от источников реактивной мощности большой величины, будет противоречить концепции локальной компенсации, поэтому при установлении цены необходимо выбрать подходящее значение m.

Мы рассмотрели полученный оценочный показатель значимости ресурса реактивной мощности с использованием модифицированного метода эквивалентной компенсации. Познакомились с методом усреднения для преобразования показателя значимости ресурса реактивной мощности, который ввели в модель оптимизированного потока мощности целевой функции для коррекции. Разобрали модель ценообразования в реальном времени с учетом значимости ресурса реактивной мощности. Изучили анализ результатов моделирования ценообразования реактивной мощности в реальном времени на основе шести-узловой системы Уолд-Хэйла.

Результаты моделирования показали, что после введения учета значимости ресурса реактивной мощности для различных источников, система получила больше реактивной мощности от источников реактивной мощности с большей значимостью ресурса. Это позволило удовлетворить потребность системы в компенсации и повысить ее надежность и стабильность, а также реализовать принцип компенсации «на местах». Однако, как недостаток, наблюдалось увеличение стоимости складских запасов и чистых потерь.

143405, Московская область, г. Красногорск, ул. Ильинский тупик, д.6, Бизнес-центр "Березовая роща", офис 5.
Тел.: +7 (495) 981-98-39, +7 (495) 642-58-82, +7 (498) 653-40-68, факс:+7 (498) 653-40-69.
E-mail: sales@khomovelectro.ru. Время работы: с 8:00 до 17:00. © 2017 «Хомов электро»