Оптимизационные исследования электроэнергетической системы с гидро- и теплоэлектростанциями
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-5-74-85Ключевые слова:
электроэнергетические системы, ТЭС, ГЭС, математическое моделирование, оптимизация режимов работы ЭЭСАннотация
Статья посвящена разработке методического подхода к моделированию и оптимизации режимов работы электроэнергетической системы с источниками энергии различных типов. Предложен двухуровневый подход: на нижнем уровне минимизируются часовые топливные издержки с учетом состава работающего оборудования, на верхнем оптимизируется годовой цикл работы энергосистемы с балансировкой гидро- и теплоэлектростанций (ГЭС и ТЭС). Основные результаты – определение годовых топливных издержек, оптимальное распределение мощностей ТЭС и ГЭС по месяцам, а также состава включенного в работу энергооборудования. Для достижения необходимой точности определения минимума топливных издержек с учетом функционирования ГЭС организован итерационный процесс, который продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто малое изменение мощности ГЭС по месяцам на соседних итерациях. Апробация выполнена на модели энергосистемы, в состав которой входят ГЭС с водохранилищами многолетнего и сезонного регулирования, а также газовые и угольные ТЭС. Предложенный методический подход может быть использован при планировании развития энергосистем, оценке инвестиционных проектов и создании адаптивных алгоритмов управления в условиях изменяющихся нагрузок и климатических факторов.
Библиографические ссылки
1. Веселов Ф. и др. Развитие электроэнергетики – на распутье стратегических решений. – Энергетическая политика, 2024, № 2 (193), с. 90–105.
2. Подковальников С.В. и др. Технологические и интеллектуально-цифровые инновации – основа трансформации электроэнергетических систем. – Электричество, 2025, № 9, с. 4–21.
3. Подковальников С.В., Хамисов О.В., Семёнов К.А. Концептуально-методологические и прикладные вопросы обоснования развития электроэнергетических систем в современных условиях. – Известия РАН. Энергетика, 2022, № 5, с. 3–21.
4. Weinand J.M., Scheller F., McKenna R. Reviewing Energy System Modelling of Decentralized Energy Autonomy. – Energy, 2020, vol. 203, DOI: 10.1016/j.energy.2020.117817.
5. Петров Н.А. и др. Присоединение изолированных энергорайонов Центральной и Западной Якутии к ЕЭС России: предпосылки, этапы, эффекты. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2021, № 5 (68), с. 28–35.
6. Белей В.Ф., Коцарь Г.В. Энергетика Калининградской области: переход к изолированному режиму работы и оценка перспектив развития. – Электричество, 2025, № 5, с. 16–27.
7. Wanxing Zh. et al. Ultra High Voltage Direct Current Line Application for Energy Systems with High Share of Renewable Energy Sources – Current Trends in Multidisciplinary Research–2025: Materials of V Int. Student Scientific and Practical Conf., 2025, pp. 169–173.
8. Иерархическое моделирование систем энергетики / под ред. Н.И. Воропая, В.А. Стенникова. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2020, 314 с.
9. Wiebrow E. The Effects of Shutting Down the Last Nuclear Power Plants in Germany: A Model-Based Analysis of Network Flows and Redispatch. – Energy Strategy Reviews, 2026, vol. 64, DOI: 10.1016/j.esr.2026.102068.
10. Sivakumar S. et al. Multi-Objective Hybrid Grasshopper Optimization and Differential Evolution Algorithm for Wind-Integrated Power System Expansion with Energy Storage Solutions. – Results in Engineering, 2026, vol. 29, DOI: 10.1016/j.rineng.2026.109392.
11. Гашимов А.М., Рахманов Н.Р. Оптимизация режима электроэнергетической системы в условиях аварийных отказов ЛЭП и при пиковых нагрузках с использованием FACTS и программ реагирования на спрос. – Электричество, 2024, № 6, с. 4–15.
12. Беляев Н.А., Коровкин Н.В. Оптимизация перспективной структуры энергосистемы на основе алгоритма роя частиц. – Электричество, 2026, № 2, с. 40–50.
13. Yin W. et al. Quantifying the Energy Imbalance in Hydrogen Energy Storage-Assisted Power Systems Under Heat Waves. – International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2025, vol. 164, DOI: 10.1016/j.ijepes.2024.110434
14. Wang C. et al. Annual Capacity Analysis and Multi-Objective Optimization of a Nuclear-Renewable Integrated Energy System. – Energy, 2026, vol. 345, DOI: 10.1016/j.energy.2026.140002
15. Ren X. et al. Optimization Design of Nuclear-Renewable Integrated Energy System in Industrial Parks Considering Carbon-Emissions Trading and Green-Certificate Trading. – Energy, 2025, vol. 337, DOI: 10.1016/j.energy.2025.138694.
16. Wang Y., Wang J., Song J. Data-Centric Optimization: An End-to-End Strategy for Power Systems. – Engineering, 2025, DOI: 10.1016/j.eng.2025.09.028.
17. Chen K. et al. Optimization of Multi-Temporal Generation Scheduling in Power System Under Elevated Renewable Penetrations: A Review. – Frontiers in Energy Research, 2023, vol. 11, DOI: 10.3389/fenrg.2022.1054597.
18. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / под ред. С.С. Рокотяна, Н.М. Шапиро. М.: Энергоатомиздат, 1985, 352 с.
19. Методические указания по проектированию развития энергосистем (Утв. приказом Минэнерго России от 6.12.2022 № 1286).
20. Клер А.М., Деканова Н.П., Степанова Е.Л. Оптимизация режимных параметров и состава работающего оборудования крупных энергоисточников. – Известия РАН. Энергетика, 2004, № 6, с. 43–52.
21. Степанова Е.Л., Клер А.М., Жарков П.В. Методика создания математических моделей ТЭЦ, предназначенных для проведения оптимизационных исследований режимов работы электроэнергетической системы. – Известия РАН. Энергетика, 2025, № 2, с. 81–94.
22. Kler. A.M., Zharkov P.V., Epishkin N.O. Parametric Optimization of Supercritical Power Plants Using Gradient Methods. – Energy, 2019, vol. 189, DOI: 10.1016/j.energy.2019.116230.
23. Hierarchical Modeling of Energy Systems / Ed. by N.I. Voropai, V.A. Stennikov. – Elsevier, 2023, Chapter 7, pp. 457–502, DOI: 10.1016/C2022-0-02475-2.
24. Клер А.М. и др. Определение наилучших режимов электроэнергетической системы, имеющей в составе ТЭЦ и ГЭС методом ступенчатой оптимизации. – Известия РАН. Энергетика, 2024, № 3, с. 46–63.
---
Работа выполнена в рамках Проекта государственного задания № FWEU-2026-0010 программы фундаментальных исследований РФ на 2026–2030 гг.
#
1. Veselov F. et al. Energeticheskaya politika – in Russ. (Energy Policy), 2024, No. 2 (193), pp. 90–105.
2. Podkoval’nikov S.V. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electrici-ty), 2025, No. 9, pp. 4–21.
3. Podkoval’nikov S.V., Hamisov O.V., Semyonov K.A. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2022, No. 5, pp. 3–21.
4. Weinand J.M., Scheller F., McKenna R. Reviewing Energy System Modelling of Decentralized Energy Autonomy. – Energy, 2020, vol. 203, DOI: 10.1016/j.energy.2020.117817.
5. Petrov N.A. et al. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electricity. Transmission and Distribution), 2021, No. 5 (68), pp. 28–35.
6. Beley V.F., Kotsar’ G.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2025, No. 5, pp. 16–27.
7. Wanxing Zh. et al. Ultra High Voltage Direct Current Line Application for Energy Systems with High Share of Renewable Energy Sources – Current Trends in Multidisciplinary Research–2025: Materials of V Int. Student Scientific and Practical Conf., 2025, pp. 169–173.
8. Ierarhicheskoe modelirovanie sistem energetiki (Hierarchical Modeling of Energy Systems) / Ed. by N.I. Voropay, V.A. Stennikov. Novosibirsk: Akademicheskoe izd-vo «Geo», 2020, 314 p.
9. Wiebrow E. The Effects of Shutting Down the Last Nuclear Power Plants in Germany: A Model-Based Analysis of Network Flows and Redispatch. – Energy Strategy Reviews, 2026, vol. 64, DOI: 10.1016/j.esr.2026.102068.
10. Sivakumar S. et al. Multi-Objective Hybrid Grasshopper Optimization and Differential Evolution Algorithm for Wind-Integrated Power System Expansion with Energy Storage Solutions. – Results in Engineering, 2026, vol. 29, DOI: 10.1016/j.rineng.2026.109392.
11. Gashimov A.M., Rahmanov N.R. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 6, pp. 4–15.
12. Belyaev N.A., Korovkin N.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2026, No. 2, pp. 40–50.
13. Yin W. et al. Quantifying the Energy Imbalance in Hydrogen Energy Storage-Assisted Power Systems Under Heat Waves. – International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2025, vol. 164, DOI: 10.1016/j.ijepes.2024.110434
14. Wang C. et al. Annual Capacity Analysis and Multi-Objective Optimization of a Nuclear-Renewable Integrated Energy System. – Energy, 2026, vol. 345, DOI: 10.1016/j.energy.2026.140002
15. Ren X. et al. Optimization Design of Nuclear-Renewable Integrated Energy System in Industrial Parks Considering Carbon-Emissions Trading and Green-Certificate Trading. – Energy, 2025, vol. 337, DOI: 10.1016/j.energy.2025.138694.
16. Wang Y., Wang J., Song J. Data-Centric Optimization: An End-to-End Strategy for Power Systems. – Engineering, 2025, DOI: 10.1016/j.eng.2025.09.028.
17. Chen K. et al. Optimization of Multi-Temporal Generation Scheduling in Power System Under Elevated Renewable Penetrations: A Review. – Frontiers in Energy Research, 2023, vol. 11, DOI: 10.3389/fenrg.2022.1054597.
18. Spravochnik po proektirovaniyu elektroenergeticheskih sistem (Handbook on the Design of Electric Power Systems) / Ed. by S.S. Rokotyan, N.M. Shapiro. M.: Energoatomizdat, 1985, 352 p.
19. Metodicheskie ukazaniya po proektirovaniyu razvitiya energosistem (Utv. prikazom Minenergo Rossii ot 6.12.2022 No. 1286) (Methodological Guidelines for the Design of Energy System Development (Approved by the Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation dated 6.12.2022 No. 1286)).
20. Kler A.M., Dekanova N.P., Stepanova E.L. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2004, No. 6, pp. 43–52.
21. Stepanova E.L., Kler A.M., Zharkov P.V. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2025, No. 2, pp. 81–94.
22. Kler. A.M., Zharkov P.V., Epishkin N.O. Parametric Optimi-zation of Supercritical Power Plants Using Gradient Methods. – Energy, 2019, vol. 189, DOI: 10.1016/j.energy.2019.116230.
23. Hierarchical Modeling of Energy Systems / Ed. by N.I. Voropai, V.A. Stennikov. – Elsevier, 2023, Chapter 7, pp. 457–502, DOI: 10.1016/C2022-0-02475-2.
24. Kler A.M. et al. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2024, No. 3, pp. 46–63
---
The work was carried out within the framework of the Project of state assignment no. FWEU-2026-0010 of the Fundamental Research Program of the Russian Federation for 2026–2030.
