Investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators

We perform a detailed analysis of "night failures" of the schedules of electrical loads during different periods of 2016 in order to determine the main dependences and factors that will affect the possibility of equalizing consumption with the help of electric heat generators. It i...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2017
Автори: Derii V.O., Zgurovets O.V.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2017
Теми:
Онлайн доступ:https://systemre.org/index.php/journal/article/view/643
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:System Research in Energy
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

System Research in Energy
_version_ 1871104160982630400
author Derii V.O.
Zgurovets O.V.
author_facet Derii V.O.
Zgurovets O.V.
author_institution_txt_mv [ { "author": "Derii V.O.", "institution": null }, { "author": "Zgurovets O.V.", "institution": null } ]
author_sort Derii V.O.
baseUrl_str https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection OJS
datestamp_date 2026-07-18T12:57:43Z
description We perform a detailed analysis of "night failures" of the schedules of electrical loads during different periods of 2016 in order to determine the main dependences and factors that will affect the possibility of equalizing consumption with the help of electric heat generators. It is proposed to approximate this part of the schedule by a polynomial of the second degree. For each month of 2016, we determined the average coefficients of approximation function and their relative deviations.  We also study the influence of temperature of external air and duration of the light day on night failure of the load of UPS.  We determined correlation coefficients and propose analytical expressions, which enable one to take into account this influence in the first approximation. We find the maximal rates of power changes in the UPS of Ukraine during the night failure and the factors of influence on them.The results obtained will enable the power system dispatchers to predict the required power of electric heat-generators and the rate of its changes during night failures and the controllers of DHS – to change the heat output of boilers.
doi_str_mv 10.15407/pge2017.04.052
first_indexed 2026-03-24T02:02:29Z
format Article
fulltext 52 Проведення дослідження, якому присвяче- на дана стаття, зумовлено необхідністю пошу- ку алгоритмів взаємодії диспетчерів енерго- систем та систем централізованого теплопо- стачання (СЦТ) при впровадженні в останніх електричних теплогенераторів (ЕТГ) для вирівнювання графіків електричних наванта- жень (ГЕН) під час «нічного провалу» ОЕС України [1, 2]. При регулюванні електричного навантаження енергосистеми виникне ситуа- ція спільної роботи ЕТГ, які будуть керувати- ся диспетчером енергосистеми та СЦТ, режи- ми роботи яких задаються їх диспетчерами виходячи із температурних графіків. Для забезпечення узгодженої та надійної роботи цих систем виникнуть питання: згідно з яким законом будуть змінювати свою потужність ЕТГ, яка її величина та швидкість зміни, а також, які фактори впливають на процес. Тому дане дослідження є актуальним та необхідним. Графіки електричних навантажень неодно- разово досліджувалися та аналізувалися, наприклад, в [3–5]. В роботах [3, 4] досліджу- валися перспективні ГЕН та довгострокові прогнози їх змін за різними сценаріями. В роботі [5] аналізувалися виробництво та спо- живання електроенергії, досліджувалися добові ГЕН 2012 та 2013 рр. Але ніхто не досліджував питання взаємодії ЕТГ та СЦТ, зокрема, закономірність зміни потужності ОЕС України під час її нічного провалу. Це може стати перешкодою до масового впровад- ження ЕТГ в СЦТ для вирішення системних проблем ОЕС України. Метою даного дослідження є встановлен- ня аналітичної залежності зміни потужності ОЕС України під час «нічних провалів» ГЕН УДК 621.31 В.О. ДЕРІЙ, канд. техн. наук, ст. наук. співр., О.В. ЗГУРОВЕЦЬ, провідний інженер Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, 03150, м. Київ, Україна ДОСЛІДЖЕННЯ ГРАФІКІВ ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ЕНЕРГОСИСТЕМИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ ЇХ УЩІЛЬНЕННЯ ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРІВ В роботі проведено детальний аналіз «нічних провалів» графіків електричних наванта- жень в різні періоди 2016 р. для визначення основних залежностей та факторів, що впли- ватимуть на можливість регулювання електричного навантаження за допомогою елек- тротеплових генераторів. Запропоновано апроксимувати цю частину графіка електрич- них навантажень поліномом другого ступеня (параболою). Визначено середньостати- стичні показники коефіцієнтів параболи для різних періодів року. Досліджено вплив тем- ператури зовнішнього повітря та тривалості світлового дня на нічний провал графіка електричних навантажень. Визначено коефіцієнти кореляції та запропоновано апрокси- мувати ці залежності лінійними функціями, оцінено похибки, які при цьому виникають. Виконане числове диференціювання дозволило визначити максимальні швидкості зміни потужності в ОЕС України під час нічного провалу та фактори впливу на них. К л ю ч о в і с л о в а: ОЕС України, графік електричних навантажень, нічний провал, потужність, температура, електроенергія. © В.O. ДЕРІЙ, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ, 2017 СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ЕНЕРГОЄМНИХ ВИРОБНИЦТВ ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Prіnt). The problems of general energy. 2017, 4(51):52-59 doi: https://doi.org/10.15407/pge2017.04.052 та визначення факторів впливу на неї. На рис. 1 показано графік виробництва/спожи- вання електроенергії в ОЕС України на про- міжку часу з 2300 27 по 700 28 січня 2016 р. Як видно із рис. 1, період нічного провалу ГЕН добре апроксимується поліномом друго- го ступеня (параболою) при високому коефі- цієнті достовірності апроксимації R2: P = aτ2 – bτ + c, (1) де P – сумарна потужність генерації; τ – параметр часу; a, b, c – коефіцієнти пара- боли. З метою визначення коефіцієнтів достовір- ності апроксимації R2 та коефіцієнтів парабо- ли (a, b, c) були проаналізовані нічні провали ГЕН для кожної доби протягом січня – грудня 2016 р. Результати аналізу наведені в табл. 1 та 2. В табл. 1 показані середньомісячні кое- фіцієнти достовірності апроксимації та їх від- носне середньоквадратичне відхилення σR2. Як видно із табл. 1, ці коефіцієнти дуже близькі до одиниці, а їх відхилення від серед- ньої величини незначні, вони не переви- щують ±1,17 %. Все це свідчить про те, що функцію апроксимації нічного провалу ГЕН вибрано вдало, і вона з високою імовірністю описує зміну потужності навантаження ОЕС в цей період часу. В табл. 2 наведені середньомісячні коефіці- єнти параболи та їх відносні середньоквадра- тичні відхилення для кожного місяця 2016 р. Як видно із табл. 2, відхилення коефіцієн- тів функції апроксимації нічного провалу ГЕН незначні як протягом місяця, так і протя- гом опалювального періоду (січень – квітень, жовтень – грудень). Максимальне відхилення протягом місяця в робочі дні не перевищують ±9,5 %, а у вихідні – ±13,4 %. Цей факт можна використати для прогнозування зміни потуж- ності електричних теплогенераторів під час вирівнювання нічного провалу ГЕН, базую- 53ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) Дослідження графіків електричних навантажень енергосистеми для визначення можливостей їх ущільнення шляхом використання електричних теплогенераторів Рис. 1. Нічний провал ГЕН ОЕС України 27–28 січня 2016 р. Примітка. Вісь часу τ зміщена вправо на одну годину (за 0 взято 2300 27 січня) 54 ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) В.О. ДЕРІЙ, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ чись на середніх значеннях за місяць. Однією із цілей дослідження було визна- чення положення нічного провалу ГЕН в координатах – потужність Р та час τ. Відомо, що положення параболи на графіку при відо- мих коефіцієнтах можна визначити по поло- женню її вершини. Тому були визначені коор- динати вершини параболи (мінімальна потуж- ність під час нічного провалу ГЕН). Аналіз даних ГЕН показав, що мінімальна потуж- ність ОЕС України спостерігалася в період часу від 300 до 500. Розподіл імовірності міні- мальної потужності такий: 3-тя година – 0,27; 4-та година – 0,58; 5-та година – 0,15. Далі досліджувалася глибина нічного про- валу ГЕН – різниця між середньодобовою потужністю енергосистеми та мінімальною її величиною. Найбільша величина глибини ніч- ного провалу ГЕН спостерігалася 19.06.2016 р. і становила 3825 МВт, а найменша – 1759 МВт, яка спостерігалася 02.05.2016 р. Середня величина глибини нічного провалу за 2016 р. становила 2591 МВт. Вплив температури навколишнього повітря та тривалості світло- вого дня на глибину нічного провалу незнач- ний, про що свідчать рис. 2 та 3. Коефіцієнт кореляції між множиною зна- чень глибин нічного провалу та температу- ри становить 0,11, а тривалості світлового дня – 0,2. Вплив температури навколишнього повіт- ря на нічний провал ГЕН досліджувався при його мінімальній потужності. На рис. 4 пока- заний графік мінімальної потужності та тем- ператури навколишнього повітря протягом грудня 2015 р. – січня 2017 р. Таблиця 1 – Коефіцієнти достовірності апроксимації Таблиця 2 – Коефіцієнти функції апроксимації Із рис. 4 видно, що із збільшенням темпе- ратури навколишнього повітря мінімальна потужність зменшується і навпаки. Для підтвердження зв’язку температури та міні- мальної потужності було побудовано графік з ковзаючим інтервалом кореляції періодом 60 днів множин значень температури та мінімальної потужності, який показано на рис. 5. Із графіка на рис. 5 видно, що в місяці опа- лювального періоду коефіцієнт кореляції від’ємний (чим менша температура навко- лишнього повітря, тим більша потужність ОЕС) та має досить велике значення (від 0,7 до 0,9). Така залежність пояснюється викори- станням електроенергії для опалення та теп- лопостачання. Зменшення коефіцієнта коре- ляції в період з 22.02. по 11.03. пояснюється 55ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) Дослідження графіків електричних навантажень енергосистеми для визначення можливостей їх ущільнення шляхом використання електричних теплогенераторів Рис. 2. Графіки глибини нічного провалу ГЕН та температури навколишнього повітря Рис. 3. Графіки глибини нічного провалу ГЕН та тривалості світлового дня 56 ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) В.О. ДЕРІЙ, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ Рис. 5. Графік кореляції множин температури та мінімальної потужності Рис. 4. Графіки температури навколишнього повітря та мінімальної потужності ОЕС тим, що середні температури навколишнього повітря в ці дні були більше нуля (5,6 – 7,8 °С). В літні місяці коефіцієнт кореляції позитивний (чим вища температура, тим біль- ше електроенергії використовується система- ми кондиціювання та охолодження продуктів харчування). Для визначення аналітичної залежності мінімальної потужності ОЕС України від температури в опалювальний та неопалювальний періоди були побудовані графіки в координатах – температура, міні- мальна потужність, які показані на рис. 6 та 7. У першому наближенні залежність міні- мальної потужності від температури навко- лишнього повітря можна виразити такими формулами. Для опалювального сезону 57ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) Дослідження графіків електричних навантажень енергосистеми для визначення можливостей їх ущільнення шляхом використання електричних теплогенераторів Рис. 6. Залежності мінімальної потужності ОЕС України від температури повітря в опалювальний сезон Рис. 7. Залежності мінімальної потужності ОЕС України від температури повітря в неопалювальний сезон Pоп.мін = –209,46t + 15493, (2) а для неопалювального сезону Pно.мін = 92,026t + 10351, (3) де Pоп.мін, Pно.мін – мінімальна потужність під час нічного провалу в опалювальний та неопалювальний сезони; t – температура навколишнього повітря. Величина достовірності апроксимації гра- фіка на рис. 5 лінійною функцією становить R2 = 0,8793, а графіка на рис. 6 – R2 = 0,3931. Вплив тривалості світлового дня на величину мінімальної потужності ОЕС України під час нічного провалу ГЕН видно із графіка на рис. 8. Аналогічно температурі були визначені аналітичні залежності мінімальної потужно- сті від тривалості світлового дня для періодів його зростання та спаду. В період зростання тривалості світлового дня від 8 годин до 16 годин залежність мінімальної потужності Pмін від тривалості світлового дня можна виразити такою формулою: Pмін = –38,397τ + 17143, (4) де τ – тривалість світлового дня. Величина достовірності апроксимації при цьому становить R2 = 0,8254. Аналогічно в період спадання тривалості світлового дня від 16 годи до 8 годин, Pмін буде дорівнювати Pмін = 30,354τ + 11458. (5) Величина достовірності апроксимації ста- новить R2 = 0,7529. У процесі виконання роботи досліджува- лися також швидкості зміни потужності ГЕН під час нічного провалу та впливу на неї тем- ператури навколишнього повітря і тривалості світлового дня. Як відомо, швидкість зміни параболи описується лінійною функцією, яка переходить через нуль в координатах її вер- шини. Тому максимальні значення швидкості будуть на кінцях інтервалу (нічного провалу ГЕН), який розглядається. В нашому випадку це періоди 2300 – 2400 та 600 – 700. Числове диференціювання зібраних даних показало, що в 2016 р. максимальна швидкість зміни потужності ОЕС України під час нічного про- валу в проміжку часу 600 – 700 була 09.02.2016 р. і становила 1816 МВт·год, а 58 ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) .О. ДЕРІЙ, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ Рис. 8. Залежність мінімальної потужності ОЕС України та тривалості світлового дня середня її величина за 2016 р. – 1278 МВт·год. Вплив тривалості світлового дня та темпера- тури навколишнього повітря на швидкість зміни потужності показано на рис. 9 та 10. Дослідження показали, що найбільший вплив даних факторів спостерігається в період від 3-х до 5-ти годин ранку, коли абсо- лютне значення швидкості зростання потуж- ності близьке до мінімуму. Коефіцієнт кореля- ції при цьому від’ємний і його величина ста- новить для впливу тривалості світлового дня –0,55, а для впливу температури –0,59. При збільшенні швидкості зростання потужності в період від 500 до 700 коефіцієнти кореляції зменшуються до величин –0,3 та –0,41 відпо- відно. Це свідчить про те, що на швидкість 59ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) Дослідження графіків електричних навантажень енергосистеми для визначення можливостей їх ущільнення шляхом використання електричних теплогенераторів Рис. 9. Графік швидкості зміни потужності ОЕС України та тривалості світлового дня Рис. 10. Графіки швидкості зміни потужності ОЕС України та температури повітря зміни потужності починають сильніше впли- вати інші фактори (зміна навантаження спо- живачів). ВИСНОВКИ Доведено, що нічний провал ГЕН можна апроксимувати параболічною функцією. Для кожного місяця 2016 р. визначені коефіцієнти функції апроксимації та їх відносні серед- ньоквадратичні відхилення. Мінімум потужності ОЕС України в пере- важній більшості спостерігався близько чет- вертої години ночі. Основними впливовими факторами на величину мінімальної потужно- сті є температура повітря та тривалість світ- лового дня. Запропоновано аналітичні вира- зи, які дозволяють в першому наближенні враховувати цей вплив. У результаті проведеного аналізу було встановлено, що максимальний дефіцит маневреної потужності під час нічного прова- лу (глибина нічного провалу) у 2016 р. стано- вив 3825 МВт, а середня його величина була 2591 МВт. Встановлено, що вплив температу- ри та тривалості світлового дня на глибину нічного провалу незначний. Максимальна швидкість зміни потужності навантаження ОЕС України під час нічних провалів у 2016 р. становила 1816 МВт·год, а середня її величина за 2016 р. – 1278 МВт·год. Встановлено, що вплив температури зов- нішнього повітря та тривалості світлового дня на швидкість зміни потужності незначний і спостерігається при невеликій її величині (впродовж часу між 300 та 500). Отримані результати дозволять диспетче- рам енергосистеми спрогнозувати необхідні величини потужності електричних теплогене- раторів під час нічних провалів електричних навантажень та швидкість їх змін, а диспетче- рам систем централізованого теплопостачан- ня зміну теплових потужностей котлів відпо- відно. 1. Кулик М.М. Співставний аналіз техніко- економічних характеристик Канівської ГАЕС та комплексу споживачів-регуляторів для покриття графіків електричних навантажень. Проблеми загальної енергетики. 2014. Вип. 4(39). С. 5—10. 2. Кулик М.М. Техніко-економічні аспекти використання споживачів-регуляторів у систе- мах автоматичного регулювання частотою і потужністю. Проблеми загальної енергетики. 2015. Вип. 1(40). С. 20—28. https://doi.org/ 10.15407/pge2015.01.020. 3. Кулик М.М., Дубовський С.В., Кобрін П.П. . Прогнозування графіків електричних навантажень Об'єднаної енергосистеми на довгострокову перспективу. Проблеми загаль- ної енергетики. 2004. Вип. 1(10). С. 7—11. 4. Кобрін П.П. Дослідження та аналіз про- гнозних графіків електричного навантаження Об'єднаної енергосистеми України та показни- ків їх форми. Проблеми загальної енергетики. 2007. Вип. 1(15). С. 41—46. 5. Маляренко В.А., Щербак И. Е. Анализ производства и потребления электроэнергии в объединенной энергосистеме Украины. URL: http://elib.altstu.ru/elib/books/Files/pv2013_04_2 /pdf/125malarenko.pdf. Надійшла до редколегії 05.10.2017. 60 ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2017, issue 4(51) .О. ДЕРІЙ, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ
id systemreorg-article-643
institution System Research in Energy
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-07-19T01:19:41Z
publishDate 2017
publisher General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv systemreorg/df/262dcd948a7a620d3270187307373fdf.pdf
spelling systemreorg-article-6432026-07-18T12:57:43Z Investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators Дослідження графіків електричних навантажень енергосистеми для визначення можливостей їх ущільнення шляхом використання електричних теплогенераторів Derii V.O. Zgurovets O.V. UPS of Ukraine, schedule of electrical loads, night failure, power, temperature, electric energy. ОЕС України, графік електричних навантажень, нічний провал, потужність, температура, електроенергія We perform a detailed analysis of "night failures" of the schedules of electrical loads during different periods of 2016 in order to determine the main dependences and factors that will affect the possibility of equalizing consumption with the help of electric heat generators. It is proposed to approximate this part of the schedule by a polynomial of the second degree. For each month of 2016, we determined the average coefficients of approximation function and their relative deviations.  We also study the influence of temperature of external air and duration of the light day on night failure of the load of UPS.  We determined correlation coefficients and propose analytical expressions, which enable one to take into account this influence in the first approximation. We find the maximal rates of power changes in the UPS of Ukraine during the night failure and the factors of influence on them.The results obtained will enable the power system dispatchers to predict the required power of electric heat-generators and the rate of its changes during night failures and the controllers of DHS – to change the heat output of boilers. Проведено детальний аналіз «нічних провалів» ГЕН в різні періоди 2016 р. Запропоновано апроксимувати цю частину графіка поліномом другого ступеня. Для кожного місяця 2016 р. визначені середні коефіцієнти функції апроксимації та їх відносні відхилення. Досліджено вплив температури зовнішнього повітря та тривалості світлового дня на нічний провал ГЕН. Визначено коефіцієнти кореляції та запропоновано аналітичні вирази, які дозволяють в першому наближенні враховувати  цей вплив.   Визначено максимальні швидкості зміни потужності в ОЕС України під час нічного провалу та фактори впливу на них.Отримані результати дозволять диспетчерам енергосистеми спрогнозувати необхідні величини потужності електричних теплогенераторів та швидкість їх змін під час нічних провалів ГЕН, а диспетчерам СЦТ – зміну теплопродуктивності котлів. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2017-12-21 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/643 10.15407/pge2017.04.052 System Research in Energy; No. 4 (51) (2017): The Problems of General Energy; 52-60 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (51) (2017): Проблеми загальної енергетики; 52-60 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/643/559 Copyright (c) 2017 Derii V.O., Zgurovets O.V. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle UPS of Ukraine
schedule of electrical loads
night failure
power
temperature
electric energy.
Derii V.O.
Zgurovets O.V.
Investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators
title Investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators
title_alt Дослідження графіків електричних навантажень енергосистеми для визначення можливостей їх ущільнення шляхом використання електричних теплогенераторів
title_full Investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators
title_fullStr Investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators
title_full_unstemmed Investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators
title_short Investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators
title_sort investigation of the schedules of electrical loads of power system for determining the possibilities of their improvement by using electric heat-generators
topic UPS of Ukraine
schedule of electrical loads
night failure
power
temperature
electric energy.
topic_facet UPS of Ukraine
schedule of electrical loads
night failure
power
temperature
electric energy.
ОЕС України
графік електричних навантажень
нічний провал
потужність
температура
електроенергія
url https://systemre.org/index.php/journal/article/view/643
work_keys_str_mv AT deriivo investigationoftheschedulesofelectricalloadsofpowersystemfordeterminingthepossibilitiesoftheirimprovementbyusingelectricheatgenerators
AT zgurovetsov investigationoftheschedulesofelectricalloadsofpowersystemfordeterminingthepossibilitiesoftheirimprovementbyusingelectricheatgenerators
AT deriivo doslídžennâgrafíkívelektričnihnavantaženʹenergosistemidlâviznačennâmožlivostejíhuŝílʹnennâšlâhomvikoristannâelektričnihteplogeneratorív
AT zgurovetsov doslídžennâgrafíkívelektričnihnavantaženʹenergosistemidlâviznačennâmožlivostejíhuŝílʹnennâšlâhomvikoristannâelektričnihteplogeneratorív