повышение эффективности компенсации реактивной мощности

На правах рукописи
ЕВСТИФЕЕВ Иван Викторович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫМИ
И КОММУНАЛЬНЫМИ ПОТРЕБИТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Специальность 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Самара – 2009
2
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет» на кафедре «Электроснабжение».
Научный руководитель:
–
доктор технических наук, старший
научный сотрудник
Кузнецов Анатолий Викторович,
Ульяновский государственный
технический университет,
г. Ульяновск
Официальные оппоненты:
–
доктор технических наук, профессор
Гольдштейн Валерий Геннадьевич
Самарский государственный
технический университет,
г. Самара
–
кандидат технических наук
Горбачевский Николай Иванович
ОАО «Нижнекамскшина», завод грузовых шин, главный энергетик,
г. Нижнекамск
–
ООО «Нижегородский Инвестиционный Центр Энергоэффективности –
НН» (НИЦЭ-НН),
г. Нижний Новгород
Ведущее предприятие:
Защита состоится «15» сентября 2009 г. в 10 час. 00 мин. на заседании
диссертационного совета Д 212.217.04 при ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» (СамГТУ) по адресу: г. Самара, ул. Первомайская, д. 18, 1-й корпус, ауд. 4.
Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим
направлять по адресу: Россия, 443100, г. Самара, Молодогвардейская ул. 244,
Главный корпус, ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.04.
Тел.: (846) 278-44-96, факс (846) 278-44-00. E-mail: aees@samgtu.ru.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СамГТУ, а с авторефератом – на официальном Интернет-сайте СамГТУ: http://postgrad.samgtu.ru
Автореферат разослан «___» _________ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета Д 212.217.04, кандидат
технических наук, доцент
Е. А. Кротков
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
Основным показателем эффективности компенсации реактивной мощности
(КРМ) является величина интегральных дисконтированных затрат, связанных с
передачей реактивной мощности (РМ) по электрическим сетям всех классов
напряжений – от генераторов электрических станций до мест установки компенсирующих устройств (КУ). С точки зрения минимизации этих затрат КУ
должны устанавливаться как можно ближе к электроприемникам, т.е. в системах электроснабжения потребителей электроэнергии. В таком случае, потери
электроэнергии снижаются как в сетях потребителей, так и в сетях энергоснабжающих организаций (ЭСО).
Величина снижения потерь зависит от многих факторов. Такие из них, как
уровень технического совершенства КУ, их технико-экономические характеристики и технологии применения в системах электроснабжения потребителей
достаточно хорошо изучены. Объем проведенных научно-исследователь-ских
работ, в нашей стране и за рубежом, позволил разработать множество различных модификаций КУ, а также современные технологии их использования в
системах электроснабжения, которые могут обеспечить достаточно высокий
уровень эффективности КРМ. Однако реализация имеющихся технических и
технологических решений сдерживается тем, что потребители, как субъекты
рыночных отношений, не заинтересованы приобретать, устанавливать и эксплуатировать в своих системах электроснабжения КУ для того, чтобы снижать
издержки на передачу электроэнергии в сетях ЭСО.
В результате творческий и производственный потенциал, работы научных
и трудовых коллективов, направленные на совершенствование КУ и технологий их применения, не востребуются. В целом эффективность КРМ в системах
электроснабжения потребителей остается на низком уровне. Проблема ее повышения есть и будет одной из самых значимых и актуальных до тех пор, пока
не будет создан и внедрен механизм управления принимаемыми потребителями
решениями, обеспечивающий их заинтересованность в снижении издержек на
передачу электроэнергии в сетях ЭСО. Критериям, которыми руководствуются
потребители в процессе принятия решений относительно установки КУ, а также способам воздействия на значения их критериальных функций до настоящего времени не уделялось должного внимания.
Попытка в 1991 году внедрить механизм скидок и надбавок к тарифам для
того, чтобы заинтересовать промышленных и коммунальных потребителей со
среднемесячным потреблением электроэнергии свыше 30 тыс. кВтч в установке
КУ, потерпела неудачу. Внедренный механизм вызвал большое сопротивление
со стороны потребителей, и, при поддержке Антимонопольной службы и Минюста РФ, был отменен как нарушающий принципы государственного регулирования тарифов в условиях естественно-монопольного положения ЭСО. В
настоящее время находится на стадии согласования новый механизм воздействия на промышленных и коммунальных потребителей электроэнергии мощностью свыше 150 кВт посредством установления повышающих (понижающих)
4
коэффициентов к тарифам на услуги по передаче электроэнергии. По нашему
мнению, этот механизм, так же как и предыдущий, не учитывает всех особенностей оценки решений, принимаемых потребителями относительно установки
КУ, которая производится на основании определенной совокупности критериев
и также вызовет активное неприятие со стороны потребителей.
Целью работы является обоснование совокупности критериев оценки
принимаемых решений, которыми руководствуются промышленные и коммунальные потребители электроэнергии относительно установки КУ, и разработка
управляющих факторов, стимулирующих потребителей к участию в КРМ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Анализ организационной структуры управления электрохозяйством
потребителя, критериев оценки решений, принимаемых потребителями электроэнергии относительно установки КУ, и управляющих факторов, воздействующих на значения их критериальных функций.
2. Разработка структурной схемы и математической модели системы
управления значениями критериальных функций для исследования их зависимости от управляющих факторов.
3. Разработка практических рекомендаций по использованию управляющих (воздействующих) факторов на критериальные функции, включая предложения проектов изменений в нормативно-правовые документы, определяющие
порядок оплаты потребителями услуг по передаче электроэнергии.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
1. Совокупность трех критериев, необходимых и достаточных для оценки
решений, принимаемых потребителями относительно установки КУ необходимой мощности в эксплуатируемых системах электроснабжения – минимум срока окупаемости КУ, максимум дохода от снижения оплаты за электроэнергию,
минимум необоснованных доходов ЭСО от оказания услуг по передаче электроэнергии.
2. Совокупность новых управляющих факторов – стимулирующей и зависимой от нее корректирующей поправок к стимулирующей и базовой ставкам абонентского тарифа соответственно, обеспечивающие эффективное воздействие на значения критериальных функций срока окупаемости КУ, дохода
от снижения оплаты за электроэнергию, коэффициента экономической обоснованности доходов ЭСО и, следовательно, на решения, принимаемые потребителями относительно установки КУ.
3. Математическая модель системы управления значениями критериальных функций и результаты факторного анализа, подтверждающие эффективность воздействия предложенных управляющих факторов на принятие потребителями решений относительно установки КУ.
4. Практические рекомендации по использованию новых управляющих
факторов, включающие в себя предложения проектов изменений в действующие нормативно-правовые документы, определяющие порядок оплаты потребителями услуг по передаче электроэнергии.
5
Научная новизна выполненных автором работ состоит в следующем:
1. Выявлена и обоснована совокупность критериев оценки принимаемых
решений, которыми руководствуются потребители электроэнергии относительно установки КУ в эксплуатируемых системах электроснабжения, включающая
в себя критерий минимума срока окупаемости КУ, максимума дохода от снижения оплаты за электроэнергию, минимума необоснованных доходов ЭСО от
оказания услуг по передаче электроэнергии.
2. Обоснована необходимость применения новых управляющих факторов
– стимулирующей и корректирующей поправок к абонентскому тарифу на передачу электроэнергии, обеспечивающих эффективное управление значениями
критериальных функций и повышающих вероятность принятия потребителями
решений относительно установки КУ.
3. Разработана математическая модель, посредством которой исследованы детерминированные связи между значениями критериальных функций и,
воздействующими на них, управляющими факторами, включая новые: поправки к базовой и стимулирующей ставкам абонентского тарифа.
Практическая ценность работы:
1. Разработана программная модель расчета значений критериальных
функций, которая может быть использована потребителями электроэнергии для
принятия квалифицированных решений относительно установки КУ, а также
ЭСО в процессе выбора значений управляющих факторов (стимулирующей и
корректирующей поправок) для групп потребителей, подключенных к сетям
различных уровней напряжения.
2. Разработаны инженерные методики расчета значений новых управляющих факторов – стимулирующей и корректирующей поправок к абонентскому тарифу.
3. Предложены практические рекомендации по использованию новых
управляющих факторов с учетом внесения изменений в действующие нормативно-правовые документы, определяющие порядок оплаты потребителями
услуг по передаче электроэнергии.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным
применением основных положений системного подхода и анализа, основ теории управления, методов многофакторного планирования эксперимента, статистического анализа значимости коэффициентов регрессионных уравнений.
Апробация результатов работы. Основные результаты, полученные в ходе диссертационных исследований, были представлены и обсуждались на следующих конференциях:
 Всероссийская научно-техническая конференция «Энергетика: экология, надёжность, безопасность» (Томск, 2007).
 Всероссийское совещание «Энергоэффективность и использование
возобновляемых источников энергии – основные резервы энергетической безопасности регионов России» (Томск, 2007).
 Всероссийская конференция «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (Нижний Новгород, 2007).
6
Кроме того, результаты диссертационной работы обсуждались на 42-ой и
43 научно-технических конференциях «Вузовская наука в современных условиях» (УлГТУ, Ульяновск, 2008, 2009 гг.).
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс и используются в лекционных курсах, в курсовом и дипломном проектировании
кафедры «Электроснабжение» ГОУ ВПО УлГТУ, г. Ульяновск.
Практические рекомендации, полученные в рамках диссертационных исследований, реализованы в процессе принятия решений об установке КУ и при
изменении договорных отношений с ЭСО на промышленном предприятии ООО
«Тереньгульский завод керамических изделий», г. Ульяновск.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том
числе одна в издании из перечня, утвержденного ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,
заключения, списка литературы из 104 наименований. Объем диссертации составляет 161 страницу основного текста, включая 27 рисунков, 14 таблиц.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Во введении обоснован выбор темы диссертационной работы, определены
основные цели и задачи, научная новизна и практическая ценность полученных
результатов; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
Отмечен большой вклад в решение различных аспектов проблемы повышения
эффективности КРМ, внесенный такими учеными, как: Веников В. А., Владимиров Ю. В., Гольдштейн В. Г., Железко Ю. С., Зорин В. В., Идельчик В. И.,
Карпов Ф. Ф., Кирилина О. И., Ковалев И. Н., Копытов Ю. В., Кудрин Б. И.,
Кузнецов А. В., Лоскутов А. Б., Маркушевич Н. С., Мельников Н. А., Пекелис
В. Г., Татевосян Г. М. и многими другими.
В первой главе проведен анализ процесса КРМ в ЭСО, отмечена важнейшая роль потребителей электроэнергии в этом процессе. Показано, что КРМ в
сетях потребителей является действенным средством повышения эффективности передачи электроэнергии по сетям ЭСО. Обозначены показатели, характеризующие эффективность КРМ потребителями электроэнергии.
Основным показателем эффективности КРМ в ЭСО является величина интегральных дисконтированных затрат, связанных передачей РМ. Минимуму
этих затрат соответствует нормативный (экономический, предельный) коэффициент РМ tg норм,i , которым при выборе мощности КУ должен руководствоваться каждый i-ый из общего числа N потребителей ЭСО. В настоящее время
на практике, в целях упрощения, принято устанавливать значение этого параметра одинаковым для потребителей, присоединенных к сетям одного уровня
напряжения.
Во второй главе показано, что в условиях реформирования электроэнергетики, при разделении собственности и формировании рыночных отношений
между потребителями и ЭСО, каждый потребитель может приобретать КУ и
7
обеспечивать на границе балансовой принадлежности с ЭСО нормируемое значение коэффициента РМ tg норм,i только при экономической заинтересованности, руководствуясь собственными критериями для оценки принимаемого решения. Основным среди них является минимум срока окупаемости КУ Т ок , КУ ,i .
Величина Т ок , КУ ,i определяется затратами ЗКУ ,i на установку КУ необходимой
мощности и снижением, в результате их использования, издержек dИ пер,i на
передачу электроэнергии.
Т ок ,КУ , i  F ( ЗКУ ,i , dИ пер,i )  min .
(1)
Очевидно, что Т ок , КУ ,i может превышать некоторое критериальное значение Т ок, КУ ,кр , которое будет устраивать потребителя, если при расчете не учтено снижение издержек на передачу электроэнергии в ЭСО. Для того, чтобы эти
издержки были учтены, необходимо при расчетах за отпущенную электроэнергию учитывать услуги каждого i-го потребителя по снижению потерь в сетях
ЭСО. Такой механизм учета услуг предусматривает введение платы за передачу
потребителю РМ. По отношению к одному кВт передаваемой активной мощности эта плата учитывается в тарифе на передаваемую активную и РМ, который
можно назвать абонентским:
cа ,i  cР  сQ ,норм  сQ ,стим,i .
(2)
Тариф (2) представлен составляющими: c Р – на передачу активной мощности, сQ ,норм – РМ до нормативного значения tgнорм,i и сQ ,стим,i – РМ сверх
нормативного значения tgнорм,i . При этом
N
~
cQ ,норм  cQ1  k P ,itgнорм,i  cQ1tg
норм ,
(3)
cQ ,стим,i  сQ 2 (tgфакт ,i  tgнорм,i ) ,
(4)
i 1
где cQ1 , сQ 2 – оценочные значения издержек (или тарифы), связанные с передачей одного квар РМ в ЭСО в интервале до и после нормативного значения
tgнорм,i соответственно; k P ,i – доля потребления активной мощности i-ым потребителем в суммарном потреблении всеми потребителями ЭСО; tgфакт ,i –
~
фактический коэффициент РМ i-го потребителя; tg норм – средневзвешенное
значение нормативного коэффициента РМ для потребителей ЭСО; N – число
потребителей в ЭСО.
8
Учитывая, что сумма двух составляющих cР и cQ ,норм в (2) имеет одинаковое для всех потребителей значение, назовем ее базовой составляющей абонентского тарифа. В таком случае абонентский тариф будет определяться как
cа ,i  сбаз  сQ ,стим,i .
(5)
При этом составляющие абонентского тарифа для удобства могут быть
названы ставками. Одна из них сбаз – базовая ставка абонентского тарифа.
Вторая – cQ ,стим,i – стимулирующая, которая зависит от степени оснащенности
КУ сетей конкретного потребителя. В целом тариф (5) может быть назван стимулирующим.
Стимулирующая ставка cQ ,стим,i является управляющим фактором и влияет
на значение критериальной функции Т ок , КУ ,i , т.е. влияет на принятие потребителем решения относительно установки КУ. Вместе с тем, процесс принятия
решения является достаточно сложным, определяется организационной структурой управления электрохозяйством потребителя и не заканчивается при достижении Т ок , КУ ,i критериального значения. Ее главным звеном, по сложившейся традиции, является должностное лицо, ответственное за электрохозяйство, как правило, это – главный энергетик предприятия. Он готовит предложение об установке КУ, которое в дальнейшем рассматривается на уровне руководства предприятия.
На этом же уровне рассматриваются вопросы управления предприятием в
целом. В частности, вопросы, относящиеся к технологическому процессу, сбыту выпускаемой продукции, закупки сырья, материалов, оборудования и т.п.
Вопросы, требующие выделения финансовых средств, объективно выстраиваются по степени значимости на увеличение прибыли предприятия и
снижение издержек на производство продукции. Предложение о закупке и
установке КУ может быть одобрено руководством предприятия, если получаемый от их использования доход будет существенно влиять на снижение затрат
на выпуск продукции. Поэтому вторым критерием оценки принимаемого решения может являться максимум дохода от использования КУ.
*
Д КУ
,i  F (cQ,стим,i )  max .
(6)
Очевидно, что величина дохода определяется значением стимулирующей
ставки cQ ,стим,i и должна быть больше некоторого критериального значения
*
Д КУ
,кр , которое устраивает потребителя. Величину дохода удобнее всего выра-
зить в относительных единицах по отношению к абонентскому тарифу.
В России механизм воздействия на значения критериальных функций (1),
(6) посредством введения cQ ,стим,i внедряется в практику начиная с 1991 года.
Ряд нормативно-правовых документов определял порядок взимания с потреби-
9
телей платы за услуги по передаче РМ. В то время появление рыночного механизма воздействия на потребителей в части стимулирования к участию в КРМ
было шагом вперед. Однако потребители неоднозначно восприняли такое воздействие. Некоторые из них безоговорочно принимали новые условия оплаты
РМ. Другие же, наоборот, оказывали этому всяческое сопротивление. Основания для этого оказались более чем серьезными.
Повышение тарифа на электроэнергию за счет применения cQ ,стим,i вызывало у потребителей ощущение несправедливости, чувство ущемления их интересов. Это поддерживалось общественным мнением и представлялось как непопулярные методы воздействия на потребителей и произвол ЭСО как субъекта
естественных монополий. Применение стимулирующих ставок сопровождалось
получением ЭСО необоснованных доходов, что противоречит принципам государственного регулирования тарифов.
Юридические аспекты предпринятого шага не были учтены. В результате,
по инициативе потребителей и при поддержке Антимонопольной службы РФ и
Минюста РФ, этот механизм был признан несоответствующим действующему
законодательству и отменен в 2001 г. Рычаги управления КРМ были потеряны.
Новая попытка их восстановить была сделана только в 2007 году в связи с внесением изменений в постановление Правительства РФ № 530 «Об утверждении
Правил функционирования розничных рынков электроэнергии в переходный
период функционирования электроэнергетики». Согласно данному документу,
потребители будут обязаны оплачивать сверхнормативное потребление РМ путем введения повышающих коэффициентов к тарифам на передачу электроэнергии.
Однако в публикациях, экспертной среде высказываются мнения о том, что
применение повышающих коэффициентов также не учитывает юридические
аспекты проблемы КРМ, в силу чего компромиссного решения с потребителями достичь будет невозможно. Налицо проявляется противоречие принципам
государственного регулирования тарифов. Поэтому при реализации стимулирующего воздействия необходимо учитывать интересы и мнение потребителей,
определить тот критерий оценки принимаемых ими решений, в соответствии с
которым оказываемое воздействие не будет ущемлять их права. Таким критерием может быть минимум необоснованных доходов ЭСО от деятельности по
передаче электроэнергии.


*
*
*
Д ЭСО
 F Д ЭСО
, факт  Д ЭСО , об  min ,
(7)
где Д ЭСО ,факт , Д ЭСО ,об – удельные по отношению к единице отпускаемой потребителям активной мощности значения фактического и обоснованного доходов ЭСО соответственно.
*
*
Для удобства вместо величины Д ЭСО можно использовать коэффициент
экономической обоснованности доходов ЭСО.
*
10
*
*
kЭСО  F ( Д ЭСО
, факт , Д ЭСО , об )  kЭСО , кр .
(8)
Очевидно, что в процессе принятия решения об установке КУ потребитель
будет руководствоваться критерием (8) и не станет сопротивляться и игнорировать стимулирующее воздействие только тогда, когда значение k ЭСО будет
равно или близко к критериальному kЭСО , кр  1 . В противном случае необходимо найти возможность воздействия на (8) какими-либо другими управляющими
факторами.
Поставлена задача дальнейших исследований, которая сводится к синтезу и
исследованию функций (1), (6), (8), анализу воздействующих на них факторов,
созданию математической и программной моделей системы управления значениями критериальных функций (СУ ЗКФ).
Выражения для критериальных функций, с учетом обоснованных допущений, представлены в виде системы уравнений (9).

з КРМ ,i
Т

 min
 ок ,КУ ,i
(
c

c
)

з
а ,i
баз
КУ ,об ,i

 *
(cа ,i  cбаз )  з КУ ,об ,i
 max
 Д КУ ,i 
сбаз

*
*
Д ЭСО ,факт  Д ЭСО

,об
1
 k ЭСО  1 
*
Д
ЭСО ,об

(9)
Числитель выражения для расчета Т ок , КУ ,i представляет собой затраты потребителя, необходимые для участия в КРМ, которые включают в себя инвестиции на КУ мощностью, достаточной для снижения фактического коэффициента РМ tg факт ,i до нормативного tg норм,i , а также на дополнительное оборудование, необходимое для эксплуатации КУ. Значение этих затрат определяется величиной з КУ , представляющей собой стоимость единицы мощности КУ.
зКРМ ,i  зКУ (tgфакт ,i  tgнорм,i ).
(10)
Знаменатель выражения Т ок , КУ ,i представляет собой чистый доход (без
учета налогообложения) от снижения оплаты за электроэнергию в связи с использованием КУ. Он зависит от разности абонентских тарифов, один из которых является текущим (действующим на момент принятия решения) – cа ,i , а
другой – ожидаемым, который будет действовать после установки потребителем КУ необходимой мощности. Последний, в случае участия всех потребителей в КРМ, принимает значение равное cбаз . Величина з КУ ,об ,i представляет
собой затраты на обслуживание и эксплуатацию КУ, а также на покрытие в них
11
потерь активной мощности, взятые по отношению к единице потребляемой активной мощности.
Чистый доход, выраженный в относительных единицах, представляет собой выражение для другой критериальной функции – Д КУ ,i – см. (9).
Как показывают исследования, при характерных для настоящего времени
*
значениях сQ 2 и tg норм,i величина Т ок , КУ ,i достигает 8 лет, а доход Д КУ ,i не
превышает 1 %. Такие высокие значения срока окупаемости и низкие уровни
дохода неприемлемы для большинства потребителей, поэтому необходимы дополнительные управляющие воздействия, снижающие Т ок , КУ ,i и повышающие
*
*
Д КУ
,i .
Единственным вариантом такого управляющего воздействия может служить увеличение тарифа на передачу РМ сQ 2 на некоторую величину 1 , которую можно назвать стимулирующей поправкой к тарифу на РМ сQ 2 . Стимулирующая ставка абонентского тарифа с учетом поправки 1 имеет следующее
расчетное выражение:
сQ , стим,i  (cQ 2  1 )(tgфакт ,i  tgнорм,i ) .
(11)
При использовании 1 в качестве управляющего фактора может обеспечиваться заинтересованность потребителя в установке КУ в соответствии с первым и вторым критерием оценки принимаемого решения. Однако как уже говорилось, в процессе принятия решения потребитель учитывает третий критерий
(8). Математической формализацией данного критерия может являться коэффициент экономической обоснованности доходов ЭСО k ЭСО – третье уравнение в системе (9).
В формуле для расчета k ЭСО фактический доход ЭСО Д ЭСО ,факт , взятый
по отношению к единице передаваемой потребителям активной мощности, образуется за счет взимания платежей, связанных с применением абонентских тарифов c а ,i . С учетом введения стимулирующей поправки 1 он может быть
определен следующим образом:
*
Д
*
ЭСО , факт
N
N
i 1
i 1
  k P ,i cа ,i  сбаз   k P ,i cQ ,стим,i  сбаз  c~Q ,стим .
(12)
~
В этом выражении cQ,стим является средневзвешенным значением стимулирующей ставки для всех потребителей ЭСО.
Удельное значение обоснованного дохода Д ЭСО ,об соответствует реальным
затратам ЭСО, связанным с передачей активной и РМ:
*
12
Д
*
ЭСО ,об
N
N
i 1
i 1
 cР  сQ1  k P ,i tgнорм,i  cQ 2  k P ,i (tgфакт ,i  tgнорм,i ) . (13)
N
В (13) величина
k
i 1
P ,i
(tgфакт ,i  tgнорм,i ) является разницей между
~
tg
средневзвешенными значениями фактического
факт
и нормативного
~
~
tg
норм коэффициентов РМ и в дальнейшем обозначаемая как tgфакт .
*
Попытка изменить значения критериальных функций Т ок , КУ ,i , Д КУ ,i в (9)
за счет введения 1 для стимулирования принятия решения приводит к увеличению k ЭСО , поэтому необходимы иные подходы, позволяющие при использовании стимулирующей поправки 1 обеспечивать экономическую обоснованность доходов ЭСО.
В научно-технической литературе проблема правомерности или неправомерности получения ЭСО необоснованных доходов в связи с применением
стимулирующей надбавки сQ , стим,i к тарифу уже рассматривалась. С целью получения ответа на вопросы правомерности применения стимулирующих надбавок в 2002 году д.т.н. Железко Ю. С. выносит их на обсуждение на страницы
журнала «Электрические станции». В результате дискуссии были предложены
некоторые варианты решения. Так, д.т.н. Кузнецов А. В., анализируя ситуацию
с отменой «Правил применения скидок и надбавок к тарифам на электроэнергию за потребление и генерацию реактивной энергии», выносит на обсуждение
несколько вариантов их согласования с действующим законодательством в области государственного регулирования тарифов на электроэнергию.
На основе анализа одного из таких вариантов в работе был предложен новый управляющий фактор – корректирующая поправка к базовой ставке абонентского тарифа.
~
 2  1  tg
факт .
(14)
В работе показано, что при использовании (14) расчетная базовая ставка
абонентского тарифа становится равной
сбаз, рсч  сбаз  2 ,
(15)
а сам абонентский тариф для i-го потребителя
cа,i  сбаз, рсч  сQ,стим,i .
(16)
Очевидно, что при использовании поправки  2 расчетная базовая ставка
тарифа сбаз, рсч , в отличие от сбаз , оказывается зависимой от значения стимулирующей поправки 1 , что требуется учитывать при расчете критериальных
13
функций. При увеличении управляющего воздействия на критериальные функции за счет 1 расчетная базовая ставка сбаз, рсч уменьшается – см. рис. 1. При
этом, средний тариф сср сохраняет постоянное значение, независимое от 1 .
Он равен удельному значению фактического дохода ЭСО Д ЭСО ,факт .
*
Абонентский тариф (16), в отличие от (5), является не только стимулирующим, но и гибким (управляемым) за счет применения поправок 1 ,  2 , что
важно для его использования в условиях государственного регулирования, когда стоит задача обеспечить баланс интересов естественной монополии и потребителей.
Проведенный анализ воздействующих на критериаль- %
ные функции факторов позво- 120 –
сср  сбаз, рсч  с~Q,стим
ляет сделать лишь предварительный вывод о возможно- 100 –
сти управления их значениясбаз, рсч

ми посредством поправок 1
и  2 . Учитывая большое чис- 50 –
ло возможных вариантов сочетания параметров, их взас~Q,стим
1
имное влияние друг на друга,
окончательный вывод можно 0
Рис. 1. Зависимость базовой ставки, средневзвешенсделать только на основании
ного значения стимулирующей ставки, и среднего
анализа результатов более детарифа от величины стимулирующей поправки
тальных исследований. Указанные исследования могут
быть проведены после создания структурной схемы, математической модели
СУ ЗКФ и ее исследования.
Третья глава посвящена разработке и математическому описанию СУ
ЗКФ для произвольно взятого потребителя ЭСО.
Рассмотренные математические выражения (9) можно представить как математическую модель СУ ЗКФ для выделенного (i-го) из общего числа N потребителей ЭСО. Остальные N-1 потребители ЭСО представлены в модели в
виде обобщенного потребителя. Параметры электропотребления (фактический
~
~
tg
факт , об и нормативный tg норм, об коэффициенты РМ, а также доля потребления k Р , об ) этого потребителя можно определить следующим образом.
N 1
N 1
j 1.
j i
j 1.
j i
~
~
tg
факт ,об   k P , j tg факт , j , tg норм,об   k P , j tg норм, j ,
(17)
14
N 1
k P ,об   k P , j  1  k P ,i .
j 1.
j i
(18)
С учетом этого, математические выражения для определения величин, входящих в (9), претерпевают некоторые изменения, которые учтены при разработке математической и программной моделей.
Исследование математической модели будет сводиться к оценке эффекта
воздействия новых управляющих факторов на критериальные функции (9) и
выбору значений 1 ,  2 при фиксированных значениях других факторов, характеризующих параметры состояния СУ ЗКФ. Состояние СУ ЗКФ можно изменять путем изменения ее параметров. Одно из таких состояний характеризуется значением tgфакт ,i . Значение этого параметра может быть достоверно
определено только при наличии у потребителя приборов учета РМ (ПУ РМ) . В
ряде случаев потребители могут не иметь ПУ РМ. Для таких потребителей
должны быть предусмотрены расчетные методы определения tgфакт ,i . Используемые в нашей стране расчетные методы определения объема потребленной РМ довольно просты. Они заключаются в том, что для потребителя с отсутствующими ПУ РМ расчетное значение фактического коэффициента РМ
tgфакт , рсч,i принимается равным значению естественного (натурального) коэффициента РМ tg нат,i . Это состояние СУ ЗКФ должно быть учтено при конструировании математической модели, например, путем введения поправки к
tg  факт ,i в виде дополнительного параметра 1 . В таком случае значение
фактического коэффициента РМ для расчета значений критериальных функций
будет выглядеть следующим образом.
tgфакт , рсч,i  tgфакт ,i  1 ,
(19)
0 , если ПУ РМ установлены,
1  
tgнат,i  tgфакт ,i , если ПУ РМ отсутствуют.
(20)
где
При отсутствии ПУ РМ затраты на участие в КРМ увеличиваются на величину з ПУ РМ , которая представляет собой удельные по отношению к единице
потребляемой активной мощности затраты на установку ПУ РМ.
зКРМ ,i
 зКУ (tgфакт ,i  tgнорм,i )  зПУ РМ , при 1  0,

 зКУ (tgфакт ,i  tgнорм,i ), при 1  0.
(21)
15
Другое состояние СУ ЗКФ характеризуется значением базовой ставки абонентского тарифа. В ее состав должны входить затраты ЭСО по передаче ак~
тивной мощности и РМ в объеме, соответствующем tg норм . Однако обзор литературных источников и анализ нормативно-правовых документов показывает,
что на практике это не так. В реальной ситуации состав базовой ставки отличается от того, который должен быть. Смоделировать такое состояние СУ ЗКФ
необходимо для выяснения возможности принятия потребителями решений в
условиях действующей нормативно-правовой базы. В общем случае расчетная
базовая ставка тарифа будет определяться как
cбаз, рсч  cбаз   2 ,
(22)
где
0,
2  
~
сQ 2 [k P,i tgфакт ,i  (1  k P ,i )tgфакт ,об ].
~
tg
tg
Параметры
факт ,i
и
факт , об
(23)
определяются по выражениям:
tgфакт ,i  tgфакт ,i  tgнорм,i ,
(24)
~
~
~
tg
факт , об  tgфакт , об  tgнорм, об .
(25)
Следующее состояние СУ ЗКФ может характеризоваться присутствием
поправки  2 к базовой ставке тарифа cбаз . В этом случае базовая расчетная
ставка абонентского тарифа будет вычисляться по формуле:
cбаз, рсч  cбаз   2  2 ,
(26)
0,
2  
~
1tgфакт  (сQ 2  1 )1k P,i   2 .
(27)
где
Математическая модель СУ ЗКФ сконструирована таким образом, что
предусматривает возможность изменять параметры, характеризующие ее
начальное состояние. В зависимости от сочетания входных параметров 1 ,  2 ,
1 ,  2 СУ ЗКФ может принимать 15 различных состояний, которые для удобства предлагается обозначать буквами латинского алфавита – «A», «B», «C»,
«D», ….
Перечень возможных состояний СУ ЗКФ, которые могут быть промоделированы на математической модели, представлен в табл. 1.
16
Таблица 1.
Варианты возможных состояний СУ ЗКФ
Состояние
СУ ЗКФ
«A»
«B»
«C»
«D»
«E»
«F»
«G»
«H»
«J»
«K»
«L»
«P»
«O»
«U»
«R»
Воздействующие факторы СУ ЗКФ, определяющие ее состояние
2
1
2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Разработанная на основе математической модели структурная схема СУ
ЗКФ приведена на рис. 2. Как и любая другая система управления, она имеет
объект управления, информационно-управляющую часть, каналы внешних и
обратных связей. Объектом управления СУ ЗКФ являются значения критериальных функций произвольно выделенного в системе потребителя. Управляющими факторами СУ ЗКФ являются тариф на РМ сQ 2 , нормативный коэффициент РМ tgнорм,i , а также стимулирующая и корректирующая поправки 1 ,  2 .
По своему типу СУ ЗКФ относится к классу, так называемых, эргатических
систем, поскольку ее функционирование возможно при активном участии человека – лица, принимающего решения. С одной стороны, это лицо (или группа
лиц) ЛПР1, которое анализирует полученные с помощью модели значения критериальных функций и принимает решение об установке КУ. В качестве такого
лица может выступать руководитель (директор) предприятия. С другой стороны, лицо ЛПР2, которое устанавливает значение стимулирующей поправки и
через каналы обратной связи контролирует принятие потребителем решения
относительно установки КУ по факту изменения потребления РМ. Им может
выступать представитель органов государственного регулирования тарифов на
электроэнергию. Если решение потребителем не принимается, ЛПР2 может изменить значение управляющего фактора 1 и привести значения функций (9) в
соответствии с критериальными. В целом процесс управления происходит как
взаимодействие органа государственной власти и ЭСО (ЛПР2), с одной стороны, и потребителя (ЛПР1), с другой, по каналам внешних и обратных связей.
17
Блок электротехнической
информации
УПРАВЛЕНИЕ ТЕКУЩИМИ ЗНАЧЕНИЯМИ
КРИТЕРИАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ
Параметры
состояния
Математическая модель
Основные
расчета значений криОБЪЕКТ
управляющие
териальных функций
УПРАВЛЕНИЯ
факторы
Дополнительные
управляющие
факторы
Т ок , КУ ,i  f ( x1 ,..., x N )
*
Д КУ
,i  f ( x1 ,..., xN )
kЭСО  f ( x1,..., xN )
Ток,КУ ,i
*
ДКУ
,i
kЭСО
ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ КРИТЕРИЕВ
ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ
Критерии оценки
принимаемого решения
ЛПР 1
Критериальные
(эталонные) значения
Ток,КУ ,i  Ток,КУ ,кр
*
*
ДКУ
,i  ДКУ , кр
kЭСО  kЭСО,кр
*
,
Ток,КУ ,кр , ДКУ
,кр kЭСО, кр
Рис. 2. Структурная схема СУ ЗКФ
Предлагаемая СУ ЗКФ позволяет исследовать управляющее воздействие
поправок 1 ,  2 на значения функций (9) при ее различных состояниях, характеризующих возможные на практике случаи.
В четвертой главе производится исследование математической модели
СУ ЗКФ для выделенного i-того потребителя ЭСО. Сложность математической
модели, большое количество входящих в нее параметров, широкие диапазоны
их варьирования делают затруднительным ее исследование посредством простого однофакторного вычислительного эксперимента, при котором один из
факторов изменяется, а остальные сохраняют фиксированные значения. Избежать проведения множества опытов при этом возможно путем привлечения
определенного математического аппарата. В качестве такого аппарата в работе
использовался метод многофакторных исследований на основе математической
теории планирования эксперимента. В результате его применения критериальные функции (9) представляются в полиномиальном виде.
Анализ полученных уравнений регрессий показал их сходство и подобие. В
частности, подобными явились уравнения для состояний «А» и «С» СУ ЗКФ
независимо от класса напряжения питания потребителя. Коэффициенты при
идентичных факторах отличаются друг от друга в уравнениях регрессий для
18
данных состояний менее чем на 5 %. Аналогичное сходство и подобие уравнений имеет место для состояний «В» и «D».
Анализ вычисленных коэффициентов в уравнениях регрессий для состояний «А» («С») и «В» («D») при различных уровнях напряжения питания потребителей (НН, СН-I, СН-II, ВН) показал, что предложенная поправка 1 является
значимым фактором (по сравнению с другими). Вместе с тем выяснено, что
наряду с управляющим фактором 1 значимым является такой фактор, как
tgфакт ,i .
Дополнительно проведенные однофакторные исследования для состояний
«А» («С») и «В» («D») позволили получить зависимости значений функции
~
Т ок, КУ ,i от величины tgфакт ,i при различных значениях 1 и tg
факт ,об (см.
рис. 3, 4). На этих рисунках, для большей наглядности, в качестве исследуемой
функции используется величина, обратная Т ок, КУ ,i – коэффициент эффективности инвестиций в установку КУ eКУ ,i .
На рис. 3, 4 видно, что минимум функции eКУ ,i наблюдается при
наименьшем из возможных значений tgфакт ,i для состояний «А», «С»
( 1  0 ) и при наибольшем из возможных значений tgфакт ,i для состояний
«В», «D» ( 1  0 ). Повышение при этом значения поправки 1 или снижение
~
величины tg факт ,об увеличивает значение функции eКУ ,i .
В диссертационной работе проведены исследования модели для других состояний СУ ЗКФ, в частности при отсутствии стимулирующей и корректирующей поправок. Они соответствуют состояниям «P», «О», «U», «R». Результаты
исследований показали, что значения функций Т ок , КУ ,i , Д КУ ,i , k ЭСО в этих состояниях не достигают критериальных, т.е. тех, при которых проявляется интерес потребителя к установке КУ. Эффективность управления принятием потребителями решений в этих состояниях значительно ниже, чем в тех, в которых
*
используются стимулирующая и корректирующая поправки 1 ,  2 .
Кроме того исследования показали, что при использовании 1 без  2 (состояния «Е», «F», «G», «Н») коэффициент экономической обоснованности
k ЭСО превышает критериальное значение (равное единице) на 60-120 %.
Устранить дискриминацию потребителей в связи с применением стимулирующих тарифов, по мнению автора, возможно только при использовании предложенных в работе решений.
19
еКУ ,i
0,35
~
tg
факт , об  0,5
~
tg
факт , об  0,6
0,25
~
tg
факт , об  0,7
tg факт ,i
0,15
0,45
0,95
1,45
Рис. 3. Зависимость коэффициента эффективности инвестиций в КУ от величины фактического коэффициента РМ для состояний «А», «С».
e КУ ,i
20
1  10,0 сQ 2
1  5,0 cQ 2
10
1  0,1 cQ 2
tg факт ,i
0
0,45
0,95
1,45
Рис. 4. Зависимость коэффициента эффективности инвестиций в КУ от величины фактического коэффициента РМ для состояний «В», «D».
В пятой главе отмечается, что управление значениями критериальных
функций (9) стало возможным благодаря использованию поправок 1 ,  2 , которые делают абонентский тариф (16) гибким. Реализация на практике такого
тарифа имеет свои особенности. Они связаны с тем, что пересчет и утверждение тарифов на передачу электроэнергии в условиях действующего законодательства осуществляется с определенной периодичностью. В настоящее время
очередное утверждение тарифов на электроэнергию допускается только по истечении периода регулирования продолжительностью один год. Вместе с тем
какие-либо ограничения в сроках пересмотра расчетной базовой ставки cбаз, рсч
не уместны. ЭСО должно быть предоставлено право свободно изменять значе-
20
ния расчетной базовой ставки (в пределах до cбаз ) без согласования с органами
государственного регулирования тарифов.
Показано, что при использовании гибкого управляемого тарифа регулирующий орган должен утвердить для потребителей размер базовой ставки cбаз , а
также тарифы на передачу РМ cQ1 , cQ 2 (или повышающий коэффициент, отражающий эти затраты). Также должна быть установлена стимулирующая поправка 1 (или она должна быть учтена при вычислении повышающего коэффициента). В таком случае возможные претензии потребителей, касающиеся
ущемления их экономических интересов при использовании стимулирующей
ставки cQ,стим,i , будут сняты.
Полученные в диссертационной работе результаты позволили разработать
инженерную методику расчета и выбора значений поправки 1 для использования ЭСО в расчетах с потребителями. В соответствии с предложенной методикой в ЭСО необходимо выделить двух потребителей, получающих электроэнергию на k-ом уровне напряжения, исходя из следующих условий. Первый
~
потребитель должен иметь потребление РМ наиболее близкое к tgфакт по
сравнению с другими потребителями и наличие ПУ РМ. Второй потребитель
должен иметь самое большое потребление РМ при отсутствии ПУ РМ. Далее
для каждого из таких потребителей необходимо рассчитать значения стимулирующих поправок 1 по предложенным выражениям и выбрать большее из полученных значений. Затем, используя выбранное значение 1 произвести расчет корректирующей поправки  2 . После этого можно определить расчетную
базовую ставку абонентского тарифа cбаз, рсч .
Предложенные в работе решения позволят привлечь потребителей к участию в КРМ и снизить тем самым потери электроэнергии в сетях ЭСО до 5 %
от объема отпущенной потребителям электроэнергии. В денежном выражении
это эквивалентно ежегодной экономии до 40 млрд. рублей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты работы:
1. Проведен анализ организационной структуры управления электрохозяйством потребителя, критериев оценки принимаемых им решений, в результате которого показано, что потребитель в процессе принятия решения об установке КУ руководствуется совокупностью трех критериев – сроком окупаемости КУ Т ок , КУ ,i , возможным доходом от их использования Д КУ ,i , коэффициентом экономической обоснованности доходов ЭСО от оказания услуг по передаче электроэнергии k ЭСО .
*
21
2. Разработана структурная схема и математическая модель СУ ЗКФ, исследования которой показали низкую эффективность воздействия на принятие
решения об установке КУ известных управляющих факторов, реализованных в
форме стимулирующей ставки абонентского тарифа. Обоснована необходимость применения нового управляющего фактора – поправки 1 к стимулирующей ставке этого тарифа.
3. Показано, что новый управляющий фактор – стимулирующая поправка
1 оказывает положительное воздействие только на две критериальные функции из трех. Значение третьей критериальной функции k ЭСО при увеличении
поправки 1 , наоборот, уменьшает заинтересованность потребителей в проведении КРМ. Обоснована необходимость применения дополнительно к 1
управляющего фактора  2 – корректирующей поправки к базовой ставке абонентского тарифа.
4. Показано, что использование дополнительных управляющих факторов
1 ,  2 приводит к тому, что абонентский тариф cа ,i становится гибким. Обе
его ставки становятся взаимозависимыми, их соотношение определяется значением стимулирующей поправки 1 . Использование такого тарифа позволяет
оказывать положительное воздействие на все критериальные функции.
5. Предложены инженерные методики расчета и применения новых
управляющих факторов – стимулирующей 1 и корректирующей  2 поправок.
Даны рекомендации для внесения изменений в нормативно-правовые документы, определяющие порядок оплаты потребителями услуг по передаче электрической энергии, обеспечивающие реализацию предложенных решений, направленных на повышение эффективности КРМ потребителями электроэнергии.
ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации по перечню, утвержденному ВАК
1 Евстифеев, И. В. Об экономических рычагах управления процессом
компенсации реактивной мощности [Текст] / А. В. Кузнецов, И. В. Евстифеев //
Промышленная энергетика. – 2008. – № 2. – С. 3-5.
Публикации в прочих изданиях
2. Евстифеев, И. В. О государственном управлении процессом компенсации реактивной мощности [Текст] / А. В. Кузнецов, И. В. Евстифеев // Электрика. – 2008. – № 3. – С. 9-12.
3. Евстифеев, И. В. О применении повышающих коэффициентов к тарифам за потребление реактивной мощности [Текст] / А. В. Кузнецов, И. В. Евстифеев // Электрика. – 2008. – № 8. – C. 3-6.
22
4. Евстифеев, И. В. О повышении эффективности компенсации реактивной мощности [Текст] / А. В. Кузнецов, И. В. Евстифеев // Энергоэффективность : опыт, проблемы, решения. – 3/4 вып. – 2007. – С. 37-40.
5. Евстифеев, И. В. Математическая модель критерия управления компенсацией реактивной мощности [Текст] / И. В. Евстифеев // Вузовская наука в
современных условиях : тез. докл. 42-й научно-технической конференции (20
янв. – 4 февр.), Ульяновск : УлГТУ. – 2008. – С. 41.
6. Евстифеев, И. В. О системе государственного управления процессом
компенсации реактивной мощности [Текст] / А. В. Кузнецов, И. В. Евстифеев //
Энергетика: экология, надёжность, безопасность : Материалы докладов 13-ой
Всерос. научн.-техн. конф. Томск, 5-7 декабря 2007 г. – Томск : ТПУ, 2007. – С.
26-29.
7. Евстифеев, И. В. Проблемы экономического стимулирования потребителей в части компенсации реактивной мощности [Текст] / А. В. Кузнецов, И.
В. Евстифеев // Энергоэффективность и использование возобновляемых источников энергии – основные резервы энергетической безопасности регионов России : Материалы докладов 8-го Всероссийского совещания. Томск, 14-16 ноября 2007. – Томск : ТМДЦ Технопарк, 2007. – С. 146-150.
8. Евстифеев, И. В. Об экономических рычагах управления процессом
компенсации реактивной мощности [Текст] / А. В. Кузнецов, И. В. Евстифеев //
Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2007. – № 10. – С. 10-14.
Личный вклад автора. Из 8 опубликованных научных работ, отражающих результаты исследований, одна работа принадлежит лично автору. В работах, написанных в соавторстве, автором произведена постановка задачи и
обобщение результатов исследований.
23
tgфакт ,об  0,6
24
Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д212.217.04 при
ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»
(протокол № 7 от 1 июля 2009 г.)
Подписано в печать 06.07.2009 Формат 60х84/16. Бумага тип. № 1.
Печать трафаретная. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100. Заказ 824
Отпечатано в типографии ГОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет»
432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32