Энергетические режимы электрических станций и электроэнергетических систем

 

 

 
ÐÅÄÀÊÖÈÎÍÍÀß ÊÎËËÅÃÈß 

СЕРИИ «УЧЕБНИКИ НГТУ» 
 
 
д-р техн. наук, проф. (председатель)  Н.В. Пустовой 
д-р техн. наук, проф. (зам. председателя)  Г.И. Расторгуев 
 
д-р техн. наук, проф. А.А. Батаев 
д-р техн. наук, проф. А.Г. Вострецов 
д-р техн. наук, проф. В.А. Жмудь 
д-р техн. наук, проф. В.А. Гридчин 
д-р техн. наук, проф. В.И. Денисов 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.Г. Дубровский 
д-р экон. наук, проф. К.Т. Джурабаев 
д-р филос. наук, проф. В.И. Игнатьев 
д-р филос. наук, проф. В.В. Крюков 
д-р техн. наук, проф. Х.М. Рахимянов 
д-р филос. наук, проф. М.В. Ромм 
д-р техн. наук, проф. Ю.Г. Соловейчик 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Селезнев 
д-р техн. наук, проф. А.А. Спектор 
д-р юрид. наук, доц. В.Л. Толстых 
д-р техн. наук, проф. А.Г. Фишов 
д-р экон. наук, проф. М.В. Хайруллина 
д-р техн. наук, проф. А.Ф. Шевченко 
д-р техн. наук, проф. Н.И. Щуров 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

УДК  621.311.004.13 (075.8) 
          Ф 534 
 
 
 
 
Рецензенты:  
д-р техн. наук, проф. В.З Манусов, 
д-р техн. наук, проф. А.Г. Фишов 
 
 
 
 
 
 
 
Филиппова Т.А. 
Ф 534    Энергетические режимы электрических станций и электроэнергетических систем : учебник / Т.А. Филиппова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – 294 с. – 
(Серия «Учебники НГТУ»).  
 
ISBN  978-5-7782-2517-6 
 
Изложены режимные свойства и режимные задачи электростанций и энергосистем. 
Показана их важность для составления энергетических балансов мощности и электроэнергии. Специальное внимание уделено взаимосвязи энергетических балансов и коммерческих задач электроэнергетического рынка. Приведены принципы и методы оптимизации энергетических режимов. 
Материал книги ориентирован на подготовку студентов энергетических специальностей по вопросам управления режимами электрических станций и энергосистем, которые включаются в курсы «Режимы энергосистем», «Менеджмент в энергетике», 
«Маркетинг в энергетике» и др. Он может быть также полезен инженерам энергетических предприятий. 
 
УДК  621.311.004.13 (075.8) 
 
 
ISBN 978-5-7782-2517-6 
                                      ©  Филиппова Т.А., 2005, 2007, 2014 

©  Новосибирский государственный 
технический университет, 2005,  
2007, 2014  
 

ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ  

5 
 

ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ 

Энергетика – главная отрасль жизнеобеспечения. От ее состояния зависят 
политическое и экономическое положение государства и социальные условия 
жизни общества, что всегда служило первопричиной интенсивного решения 
большого комплекса задач по развитию и функционированию энергетики. Разработана теория и методы их решения. Одним их разделов теории управления 
является управление режимами. Трудно назвать такую область в энергетике, 
которая прямо или косвенно не связана с режимами. Знание основ управления 
режимами есть важный элемент энергетического образования. 
Режимы энергосистем и электростанций – это очень широкая область 
управления энергетикой. Электрические, теплотехнические, водно-энергетические режимы ГЭС, нестационарные процессы в электрических системах, 
энергетические режимы агрегатов и станций и так далее – все это специфичные вопросы режимов. В настоящем учебнике рассматривается узкая область 
управления энергетическими режимами станций и систем. Только этим вопросам и посвящена книга. 
Энергетика России стала сферой бизнеса. Организован и функционирует 
рынок электроэнергии и мощности. Роль и значение энергетических задач значительно изменились.  
На электроэнергетическом рынке важнейшей продукцией является электроэнергия и мощность. Это режимные параметры, которые зависят от энергетических балансов системы. Эффективность бизнеса существенно связана с 
эффективностью энергетических режимов. Поэтому в учебнике уделяется 
внимание не только технической, но и коммерческой сущности энергетических режимов. 
Все изложение построено по принципу рассмотрения основ управления 
энергетическими режимами, а не теории и методов решения конкретных задач. 
Подробности математического моделирования, детальный учет условий эксплуатации различных объектов, детальные методики решения различных задач 
в книге не приводятся. 
Рассматриваются следующие вопросы: требования потребителей к энергоснабжению; режимные свойства электростанций; режимные свойства энергосистем; энергетические балансы в системах; оптимизация энергетических 
режимов. 
Книга состоит из двух разделов. Первый – «Основы управления энергетическими режимами электрических станций и энергосистем» – включает мате

риал по режимным задачам, основам управления режимами, энергетическим 
балансам мощности и энергии, коммерческой значимости режимных задач. 
Второй раздел – «Оптимизация режимов электрических станций» – посвящен 
моделям и методам оптимизации энергетических режимов. Оптимизация режимов является важнейшим звеном в достижении минимума затрат на энергоснабжение потребителей. 
Последняя литература по энергетическим режимам издана  в нашей 
стране 15 – 20 лет назад. Сейчас этих книг очень мало. Во многом они не потеряли своего значения, так как инженерное содержание задач не изменилось. По существу не изменились математические модели. Но принципы и 
критерии управления режимами определяются уже электроэнергетическим 
рынком. Это потребовало определенной переработки материала книг, изданных до 1990 года.  
В основу книги положен учебник: В.А. Веникова, В.Г. Журавлева, 
Т.А. Филипповой [3]. Он достаточно широко использовался в учебном процессе студентов энергетических специальностей. К сожалению, эта книга по объективным причинам не может быть сейчас переиздана с участием всех авторов. Традиционный материал был переработан с учетом современных условий 
и существенно дополнен. 
Главная цель настоящего учебника – дать в доступной для студентов форме содержание и принципы решения основных энергетических задач по энергоснабжению потребителей в современных условиях функционирования электроэнергетического рынка. 
Книга рассчитана на студентов технических и экономических энергетических специальностей. Она будет также полезна инженерам, занимающимся 
режимами систем и станций. 
Автор будет признателен за замечания об имеющихся недостатках и за советы по изложению рассмотренных вопросов, которые просим направлять по 
адресу:  630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20. 
 

ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ  

7 
 

 
 
 
 
 
 
Ð À Ç Ä Å Ë  1 

 
 
ÎÑÍÎÂÛ ÓÏÐÀÂËÅÍÈß  
ÝÍÅÐÃÅÒÈ×ÅÑÊÈÌÈ ÐÅÆÈÌÀÌÈ 
ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÒÀÍÖÈÉ 
È ÝÍÅÐÃÎÑÈÑÒÅÌ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 áàçîâîé ïîäãîòîâêå ñòóäåíòîâ ýíåðãåòè÷åñêèõ è ýêîíîìè÷åñêèõ 
ñïåöèàëüíîñòåé (äëÿ ýíåðãåòè÷åñêîé îòðàñëè) ïðåäóñìîòðåíî èçó÷åíèå 
òåõíèêè, òåõíîëîãèè è óïðàâëåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèìè îáúåêòàìè. Ðàññìàòðèâàåìûå â ó÷åáíèêå âîïðîñû îòíîñÿòñÿ ê ïîñëåäíåìó èç íàçâàííûõ ðàçäåëîâ – óïðàâëåíèþ ýíåðãåòè÷åñêèìè îáúåêòàìè. 
Âìåñòå ñ òåì ÷èòàòåëü äîëæåí èìåòü çíàíèÿ ïî òåõíèêå è òåõíîëîãèè, 
òàê êàê áåç íèõ íåëüçÿ ïîíÿòü âîïðîñû óïðàâëåíèÿ. Â ïåðâûé ðàçäåë êíèãè 
âêëþ÷åí ìàòåðèàë, êîòîðûé áàçèðóåòñÿ íà ýòèõ äàííûõ. Ìíîãèå âîïðîñû 
èçëîæåíû ôðàãìåíòàðíî, â ìèíèìàëüíîì îáúåìå, íåîáõîäèìîì äëÿ öåëîñòíîé êàðòèíû ïî ýíåðãåòè÷åñêèì ðåæèìàì. Îñíîâíûìè ÿâëÿþòñÿ çíàíèÿ 
ïî îñîáåííîñòÿì è âîçìîæíîñòÿì ýëåêòðîñòàíöèé è ýíåðãîñèñòåì. 
Íà áàçå îáùèõ çíàíèé â ïåðâîì ðàçäåëå íàçâàíû è ðàññìîòðåíû îñíîâíûå çàäà÷è óïðàâëåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèìè ðåæèìàìè ñòàíöèé è ýíåðãîñèñòåì. 
 öåëîì ìàòåðèàë ïåðâîãî ðàçäåëà ïîçâîëèò ÷èòàòåëþ: 
• ïîíÿòü ñìûñë è ñîäåðæàíèå çàäà÷ óïðàâëåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèìè 
ðåæèìàìè; 
• îïðåäåëèòü îñíîâíûå ïóòè óïðàâëåíèÿ ðåæèìàìè â òåõíè÷åñêèõ è 
êîììåð÷åñêèõ öåëÿõ; 
• îöåíèòü âàæíîñòü ðåæèìíûõ çàäà÷ ïðè ôóíêöèîíèðîâàíèè ýíåðãåòèêè. 
 
 
 
 
 

1.1. ÝÍÅÐÃÅÒÈ×ÅÑÊÀß ÑÈÑÒÅÌÀ 

9 
 

Ã Ë À  À 1 

ÝËÅÊÒÐÎÝÍÅÐÃÅÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÈÑÒÅÌÛ 

Энергетическая  система.  ~ Требования к энергоснабжению потребителей. ~ Иерархичность управления. ~  Средства и системы управления 
энергетическими объектами. ~ Автоматизированные системы управления АСУ. ~  Оперативно-диспетчерское  управление. ~ Общее заключение 

1.1. ÝÍÅÐÃÅÒÈ×ÅÑÊÀß ÑÈÑÒÅÌÀ 
 
нергетика является отраслью жизнеобеспечения. Экономика государства, его политика, хозяйственная деятельность, жизнь населения неразрывно связаны с энергетикой. Вместе с тем  это очень сложная отрасль, 
имеющая ряд особенностей. Вот некоторые из них. 
• Энергетика – чрезвычайно капиталоемкая отрасль, и требуются громадные средства на ее развитие. Примерно 10…20 % всех своих средств государства мира тратят на развитие энергетики. 
• Производство и потребление электроэнергии на электронном уровне 
совпадают по времени. Нельзя произвести больше или меньше электроэнергии. Произвести надо ровно столько, сколько ее потребляется.  
• Потребление электрической энергии подвержено множеству случайных 
и неопределенных факторов. Погрешности предвидения потребления электроэнергии с заблаговременностью в несколько минут составляют примерно 2 %, 
а с годовой заблаговременностью до 10 %. 
• Тепловая энергия является неотъемлемой частью современного комфорта, особенно в странах с холодным климатом. Россия – самая холодная 
страна мира, и без тепловой энергии нормальная жизнь невозможна. 
• Все электростанции имеют непрерывное производство. 
• Имеются особенности и коммерческой деятельности. Сначала потребитель-покупатель использует товар (электрическую энергию, тепловую энергию), а затем оплачивает его. 
Все сказанное влияет на развитие и эксплуатацию энергетических объектов. 
 
 

Ý

Ãëàâà 1. ÝËÅÊÒÐÎÝÍÅÐÃÅÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÈÑÒÅÌÛ 

10 
 

Ïîíÿòèÿ îá ýíåðãåòè÷åñêîé ñèñòåìå  

Энергетика является сложнейшим объектом производства. Это большая 
система, в которой функционируют взаимосвязанные подсистемы, обеспечивающие потребности народного хозяйства в топливе, 
электрической и тепловой энергии. Структура большой 
энергетической системы показана на рис. 1.1. Из него 
видно, что в основном большая энергетическая система страны включает три 
вида систем, имеющих самостоятельные цели. Назначение системы ТЭР – 
обеспечение народного хозяйства энергетическими ресурсами: органическим 
топливом (газом, нефтью углем и др.), ядерным топливом, гидроэнергией и др. 
Цель систем электроэнергетики и теплоэнергетики – обеспечение всех потребителей электрической и соответственно тепловой энергией. Все они связаны. 
 

Топливно-энергетические 
ресурсы. 
Система ТЭР 

Энергетика 

Электроэнергетика. 
Электроэнергетическая 
система 

Теплоэнергетика. 
Теплоэнергетическая 
система 

Электрические 
станции 

Электрические 
станции. 
Котельные 

Другие отрасли 
народного хозяйства 

 
 
Рис. 1.1. Отраслевая структура большой энергетической системы 
 
Любые задачи по развитию или эксплуатации систем и их объектов должны решаться с учетом этих связей. В настоящей работе рассматриваются в основном электроэнергетические системы. Электроэнергетическая система 
включает электрическую и энергетическую. Дадим их определения. 
Электроэнергетическая система – это совокупность электрических 
станций, подстанций и потребителей электроэнергии, связанных между собой 
электрическими сетями.  
Энергетическая система – это совокупность электрических станций, 
подстанций, потребителей электрической и тепловой энергии, связанных между собой электрическими и тепловыми сетями.