1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Энергетика
  4. № 6, 2023

Известия РАН. Энергетика, 2023, № 6, стр. 3-16

Методы и модели оптимального управления теплоснабжающей системой с учетом надежности на основе метода множителей Лагранжа и марковского случайного процесса

В. А. Стенников 1, *, И. В. Постников 1, **, А. В. Пеньковский 1, ***

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН
Иркутск, Россия

* E-mail: sva@isem.irk.ru
** E-mail: postnikov@isem.irk.ru
*** E-mail: penkoffsky@isem.irk.ru

Поступила в редакцию 20.08.2023
После доработки 22.08.2023
Принята к публикации 25.08.2023

Аннотация

Основная цель исследования заключается в определении оптимального режима функционирования теплоснабжающей системы при минимизации эксплуатационных затрат на производство и распределение тепловой энергии с учетом ожидаемых экономических потерь от возможных недоотпусков тепловой энергии при отказах элементов системы. Для получения параметров, соответствующих такому режиму, предложен методический подход, заключающийся в совместном расчете узловых цен на тепловую энергию и показателей надежности в исследуемой системе при реализации различных аварийных состояний (отказов элементов). Определение узловых цен на тепловую энергию осуществляется с помощью метода множителей Лагранжа, при этом расчет проводится с учетом различной стоимости производства на источниках тепловой энергии и распределения теплоносителя по тепловой сети. В рамках решаемой задачи в качестве узловых показателей надежности используются недоотпуски тепловой энергии потребителям в аварийных состояниях системы и соответствующие им экономические эквиваленты (ущербы). Оценка вероятностей реализации аварийных состояний осуществляется с помощью моделей марковского случайного процесса. Общей методической основной для моделирования теплогидравлических режимов в системе, в том числе аварийных, являются закономерности теории гидравлических цепей. Разработанные методы и модели, наряду с основной сформулированной задачей оптимального управления, позволяют на основе получаемых показателей идентифицировать наиболее “узкие” места в системе, соответствующие максимальным экономическим потерям от нарушения теплоснабжения потребителей. Проведен вычислительный эксперимент на основе тестовой схемы теплоснабжающей системы с применением предложенного методического и вычислительного аппарата. Полученные результаты проанализированы, представлены их графические интерпретации, сформулированы направления дальнейших исследований.

Ключевые слова: теплоснабжающая система, узловые цены на тепловую энергию, эксплуатационные затраты, надежность теплоснабжения потребителей, недоотпуск тепловой энергии, экономический ущерб, метод множителей Лагранжа, теория гидравлических цепей, марковский случайный процесс

Список литературы

  1. Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, 1987.

  2. Попырин Л.С., Светлов К.С., Беляева Г.М. и др. Исследование систем теплоснабжения. Москва: Наука, 1989.

  3. Хрилев Л.С. Теплофикационные системы. Москва: Энергоатомиздат, 1988.

  4. Федеральный закон от 27.07.2010 № 190-ФЗ (ред. от 01.05.2022) “О теплоснабжении”. Эл. интернет-ресурс. Ссылка (дата обращения 22.02.2023): http://www.consultant.ru/ document/cons_doc_LAW_102975/

  5. Стенников В.А., Пеньковский А.В. Теплоснабжение потребителей в условиях рынка: современное состояние и тенденции развития // ЭКО. 2019. № 3. С. 8–20.

  6. Hogan W. Contract networks for electric power transmission // J. of Regulatory Economics. 1992. V. 4. P. 211–242.

  7. Singh H., Hao S., Papalexopoulos A. Transmission congestion management in competitive electricity markets // IEEE Trans. on PWRS. 1998. V. 13(2). P. 672–680.

  8. Замбржицкая Е.С., Ямалетдинова А.У. Совершенствование существующей методики расчета регулируемых цен (тарифов) в сфере теплоснабжения // Молодой ученый. 2016. № 19. С. 449–453.

  9. Stoft S. Power Systems Economics Designing Markets for Electricity. Wiley-IEEE Press, 2002.

  10. Green R. Electricity Transmission Pricing – An International Comparison // Utilities Policy. 1997. V. 6(3). P. 177–184.

  11. Васьковская Т.А. Показатели разницы узловых цен на оптовом рынке электроэнергии // Электричество. 2007. № 2. С. 23–27.

  12. Васьковская Т.А. Вопросы формирования равновесных узловых цен оптового рынка электроэнергии // Электрические станции. 2017. № 1. С. 25–32.

  13. Паламарчук С.И. Среднесрочное планирование выработки электроэнергии в электроэнергетических системах // Электричество. 2013. № 7. С. 2–10.

  14. Булатов Б.Г., Каркунов В.О. Упрощенная модель определения узловых цен на рынке электроэнергии // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2009. № 34. С. 23–31.

  15. Сеннова Е.В., Смирнов А.В., Ионин А.А. и др. Надежность систем теплоснабжения. Новосибирск: Наука, 2000.

  16. Стенников В.А., Постников И.В. Комплексный анализ надежности теплоснабжения потребителей // Известия РАН. Энергетика. 2011. № 2. С. 107–121.

  17. Stennikov V.A., Postnikov I.V. Methods for the integrated reliability analysis of heat supply // Power Technology and Engineering. 2014. V. 47(6) P. 446–453.

  18. Postnikov I., Stennikov V., Mednikova E., Penkovskii A. Methodology for optimization of component reliability of heat supply systems // Applied Energy. 2018. V. 227. P. 365–374.

  19. Postnikov I. Application of the Methods for Comprehensive Reliability Analysis of District Heating Systems // Environmental and Climate Technologies. 2020. V. 24(3). P. 145–162.

  20. Postnikov I., Stennikov V. Modifications of probabilistic models of states evolution for reliability analysis of district heating systems // Energy Reports. 2020. V. 6. P. 293–298.

  21. Postnikov I. A reliability assessment of the heating from a hybrid energy source based on combined heat and power and wind power plants // Reliability Engineering & System Safety. 2022. V. 221. 108372.

  22. Postnikov I. Methods for the reliability optimization of district-distributed heating systems with prosumers // Energy Reports. 2022. V. 9(1). P. 584–593.

  23. Надежность систем энергетики. Сборник рекомендуемых терминов. Отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2005.

  24. Jiang J., Zhang L., Wang Y. et al. Markov reliability model research of monitoring process in digital main control room of nuclear power plant // Safety Science. 2011. V. 49(6). P. 843–851.

  25. Lisnianski A., Elmakias D., Hanoch B. A multi-state Markov model for a short-term reliability analysis of a power generating unit // Reliability Engineering and System Safety. 2012. V. 98. P. 1–6.

  26. Sabouhi H., Abbaspour A., Fotuhi-Firuzabad M., Dehghanian P. Reliability modeling and availability analysis of combined cycle power plants // Int. J. of Electrical Power & Energy Systems. 2016. V. 79. P. 108–119.

  27. Shahhosseini A., Olamaei J. An efficient stochastic programming for optimal allocation of combined heat and power systems for commercial buildings using // Thermal Science and Engineering Progress. 2019. V. 11. P. 133–141.

  28. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985.

  29. Меренков А.П., Сеннова Е.В., Сумароков С.В. и др. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения. Новосибирск: Наука, 1992.

  30. Penkovskii A., Stennikov V., Khamisov O. Optimum load distribution between heat sources based on the Cournot model // Thermal Engineering. 2015. V. 62. P. 598–606.

  31. Penkovskii A., Stennikov V., Mednikova E., Postnikov I. Search for a market equilibrium of Cournot-Nash in the competitive heat market // Energy. 2018. V. 161. P. 193–201.

  32. Стенников В.А., Хамисов О.В., Пеньковский Ф.В., Кравец А.А. Расчет узловых цен на тепловую энергию на основе метода неопределенных множителей Лагранжа // Энергетическая политика. 2022. № 4. С. 94–106.

  33. СНиП 41-02-2003 “Тепловые сети”. М.: Госкомитет РФ по строительству и жилищно-коммунальному комплексу, 2000.

  34. Соколов В.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Издательство МЭИ, 1999.

  35. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности. С.-Петербург: БХВ-Петербург, 2006.

  36. На ошибках – учимся? Обзор аварий, произошедших на тепловых сетях в отопительные периоды 2018–2019 и 2019–2020 гг. (по материалам СМИ из открытых источников). Новости теплоснабжения. 2020. № 3. С. 10–19.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Энергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал