Теоретические основы гидроэнергетики - Энергетические характеристики ГЭУ и их бьефов в расчетах длительных режимов

11.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЭУ И ИХ БЬЕФОВ В РАСЧЕТАХ ДЛИТЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ
В расчетах длительных режимов ГЭУ сохраняется та же последовательность преобразования энергии, что и для краткосрочных режимов. Сохраняются и те же взаимосвязи основных параметров режима между собой. Однако расчетный интервал осреднения этих параметров во времени существенно увеличивается. Здесь он уже равен декаде или месяцу. Для таких интервалов осреднения параметров справедливо условие установившихся режимов на ГЭУ. Это позволяет использовать в некоторых расчетах, обычных для проектных задач, характеристики бьефов и водопроводящих сооружений в виде зависимостей, соответствующих установившемуся режиму: и т. д.
Подобные характеристики можно использовать в расчетах ГЭС без регулирования и ГЭС краткосрочного регулирования стока.

Для ГЭС длительного регулирования стока необходимы режимные среднеинтервальные характеристики как для энергетического оборудования, так и для бьефов и водопроводящих сооружений. Эти характеристики должны учитывать неустановившиеся процессы в бьефах ГЭС в краткосрочном регулировании и сложный нелинейный характер взаимосвязей энергетических параметров, показателей энергетического оборудования и водопроводящих сооружений. Использование таких характеристик ГЭС позволяет решать задачи длительного планирования самостоятельно от задач краткосрочной оптимизации, что упрощает расчеты.
Следует отметить сложность математических моделей среднеинтервальных характеристик ГЭС длительного регулирования, определяемую не только способами их расчета, но и принятой технологической моделью взаимосвязи среднеинтервальных показателей между собой и кроме того зависимостью среднеинтервальных характеристик ГЭС от принятой в расчетах структуры управления во времени и показателей оценки адекватности математической модели натурному объекту. Влияние на выбор метода расчета среднеинтервальных характеристик ГЭС оказывает вероятностный характер представления исходной информации по энергосистеме, линиям электропередачи, ТЭС и т. д. Таким образом, среднеинтервальные характеристики энергосистемы и ее отдельных элементов, а также компонентов ВХС должны наиболее полно отражать объективный характер процессов управления во времени, в том числе и субъективизм в принятии решений при экстремальных, неформализуемых ситуациях.
Одновременно эти характеристики должны быть адаптивными, т. е. изменяющимися во времени и в пространстве принятых переменных в зависимости от изменения ситуации в энергетической и водохозяйственной системах. В них должна учитываться принятая структура управления водными и энергетическими ресурсами в народном хозяйстве, а также оценки качества управления ими на разных ступенях иерархии.
Таким образом, для расчетов длительных режимов энергосистем с ГЭС должна быть разработана функциональная модель, связывающая между собой все основные среднеинтервальные параметры режима станций. Она должна базироваться на технологической модели каскада или группы ГЭС и учитывать особенности расчетов при больших интервалах осреднения параметров —  декада, месяц. Модель должна учитывать и взаимосвязанность режимов группы ГЭС в энергосистеме как при наличии, так и при отсутствии гидравлической связи между ними.
В этих условиях становятся недостаточно эффективными предложения о расчете среднеинтервальных характеристик ГЭС путем осреднения результатов расчетов краткосрочных режимов на математических моделях, а также введение некоторого коэффициента потерь в краткосрочных режимах kс, численно равных отношению мгновенного и среднеинтервального показателей режимов станции (например, по выработке). Первое предложение справедливо для эталонных расчетов, когда оценивается теоретически возможный предел по заданному критерию оптимальности. Второе предложение наиболее подходит для ГЭС без регулирования стока, высоконапорных ГЭС или ГЭС, работающих в полубазисной части графика нагрузки.
Более перспективным представляется разрешение неопределенности построения функциональной модели длительного режима ГЭС на основе методов теории самоорганизующихся систем. Частным случаем является простая статистическая обработка информации о прошедших режимах по каждому параметру отдельно за имеющийся период Т наблюдений за ним
(11.7).
При этом расчет показателей всего длительного режима ГЭС производится на основе функциональных моделей водноэнергетических расчетов, рассмотренных в гл. 9 и базирующихся на технологической модели ГЭС. Энергетические характеристики ГЭС при этом определяются в виде взаимосвязей среднеинтервальных показателей, рассчитываемых по (11.7) и не зависящих от принятых управляющих параметров — отметки, расхода, мощности и т. д.
Аналогично можно рассчитывать среднеинтервальные характеристики нагрузки системы, ТЭС и некоторых видов ГЭУ, в особенности высоконапорных.
При использовании методов теории самоорганизующихся систем предварительно устанавливаются управляющие параметры и функциональная последовательность водноэнергетических расчетов в длительном планировании режимов ГЭС. Например, принимаются алгоритмы, описанные в гл. 9, где функциональная модель ГЭС в основном соответствует технологической (см. гл. 1). При этом устанавливаются определенные соотношения между мгновенными и среднеинтервальными показателями режимов, в том числе напорами, расходами, отметками бьефов.
Описание энергетических характеристик ГЭС, бьефов и водопроводящих сооружений сохраняется таким же, как и в технологической модели. Отличием будет являться использование в указанных характеристиках не мгновенных, а среднеинтервальных показателей.
Затем берется информация о прошедших режимах ГЭС, переработанная для среднеинтервальных показателей. Устанавливается класс математических (аналитических) моделей, используемых для описания всех характеристик ГЭС и позволяющих производить увеличение их сложности без искажения предыдущих результатов.
Примером такой модели служит степенной полином Колмогорова—Габора* вида

(11.8)

* Расчет среднеинтервальных характеристик ГЭС может производиться и другими способами, например методом многофакторного анализа.

где... — коэффициенты полинома, используемого для описания зависимости параметра режима ГЭС х от множества переменных.
Идентификация модели длительного режима ГЭС по данным прошлых наблюдений производится по методу наименьших квадратов по всем расчетным параметрам всех ГЭС одновременно. Иными словами, критерием оптимальности параметров модели ГЭС при заданной ее математической структуре в виде аналитических выражений является минимум суммарного среднеквадратического отклонения параметров модели от данных фактических наблюдений за период Т
(11-9)
где i=l, 2, л —число расчетных интервалов времени с известными показателями режимов ГЭС; l=1, 2, ..., m — число рассматриваемых ГЭС, взаимосвязанных между собой по электрическим и гидравлическим режимам; l=1, 2, k — число расчетных (оценочных) параметров режима ГЭС.
Для каждой конкретной модели списочный состав оценочных параметров устанавливается по критерию их надежности или достоверности. Если в состав оценочных параметров включаются такие, которые являются результатами промежуточных расчетов, то в функциональную модель ГЭС будет внесена дополнительная погрешность.
Рассмотренные модели достоверны только для исследованного диапазона переменных по данным прошлых наблюдений.
На рис. 11.1—11.3 представлены характеристики Кременчугской ГЭС и ее бьефов, полученные на основе методов теории самоорганизующихся систем. Исходные данные соответствовали периоду наблюдений за Днепровским каскадом с 1973 по1977 г. с дискретностью в один месяц и включали в себя,

В качестве оценочных параметров были приняты фактические значениякак наиболее достоверные для рассматриваемого каскада. Функциональная модель ГЭС была представлена следующим частным случаем:
(11.10)

Рис. 11.3. Среднеинтервальная расходная характеристика Кременчугской ГЭС
Рис. 11.2. Среднеинтервальная характеристика верхнего бьефа Кременчугской ГЭС

Кременчугская ГЭС является низконапорной пиковой с годичным регулированием стока. Вследствие этого среднеинтервальные характеристики отличаются от технологических, соответствующих их установившимся режимам ГЭС.
Энергетические среднеинтервальные характеристики ГЭС Днепровского каскада характеризуются линейной зависимостью от = const (рис. 11.1).

Полученные результаты использования методов теории самоорганизующихся систем для расчета среднеинтервальных характеристик ГЭС и ее бьефов позволяют сделать вывод о возможности их использования при расчете эквивалентных характеристик каскадов при перспективном планировании режимов всей ВХС и в других расчетах.
ТЭС современных энергосистем обладают энергетическим оборудованием с малыми диапазонами изменения основных параметров. Режим ТЭС в течение суток в отличие от режима ГЭС или базовый, или близкий к нему. Вследствие этого среднеинтервальные характеристики ТЭС еще более, чем мгновенные, близки к линейным. Кроме того, все ТЭС работают практически независимо друг от друга, имея между собой только электрическую связь, в то время как ГЭС в каскаде имеют и гидравлическую связь друг с другом. Это дает возможность получения эквивалентной характеристики ТЭС для длительных режимов даже с еще большей достоверностью, чем для краткосрочных. Подобное эквивалентирование определяется и иерархической последовательностью расчетов.
Для линейных среднеинтервальных характеристик ГЭС и ТЭС справедливо условие постоянства производной по заданному расчетному параметру.