Введение к работе
j Общая характеристика работы
у пи г. і Актуальность проблеми. Системы электроснабжения сельских :2і:й2І9'іОВ (СЭСР) обеспечивают электроэнергией потребителей агропромышленного комплекса и комлунально-бытового сектора, что стимулирует производство продовольствия для страны и социально-экономическое переустройство села.
Отпуск электроэнергии сельскому хозяйству, планируемый на 2000 год, составляет около 300 млрд.кВг.ч, что вдвое превышает уровень 1985 года.
Рост потребления электроэнергии позволит расширить ее эффективное применение в различных технологических процессах сельского хозяйства, повысить степень механизации труда на животноводческих фермах и комплексах, улучлтть битовые условия сельского населения.
Во всех сельскохозяйственных районах сей< гс существуют системы электроснабжения, сложившиеся в основном в течение двух' последних десятилетий. Основные' технико-экономические показатели этих систем соответствуют условиям указанного периода, так как системы сооружены при излишне жесткой экономии капитальных ' вложений и материалов. Подобные тенденции достаточно сильны и в настоящее время. Поэтому во многих районах -страны параметры СЭСР 10—110 кВ часто отличаются от оптимальній значений. Встречаются воздушные линии (ВЛ) 10 кВ большой'протяженности с проведший малых сечениЯ, что не обеспечивает необходимого уровня надежности электроснабжения и качества электроэнергии.
Между тем, особенностью СЭСР'является непрерывный рост электрических нагрузок вследствие более полного использовании электроэнергии в производстве и быту. Кроме того, возможные сдвиги в сложившейся,структуре агропромышленного комплекса, в частности развитие подрядных, арендных и семейных хозяйств, Ьоі-зовут определенные изменения и в системах электроснабжения сельских районов.
СЭСР напряжением 10—НО кВ имеют большой удельчый вес в системе электроснабжения страны. Длина линий напряжением 10-ПО кВ превышает 2 млн.км, в то время как протяженность линии 220-750 кВ составляет менее 200 тыс.км. Число районных трансформаторных подстанций (РТШ в сельских районах - 20 тыс.штук, п число трансформаторных пунктов (ТП) - Зо-Ю/0,4 кВ достигает
850 тыс.штук. На электроснабжение расходуется 70-80% денежных средств, затрачиваемых на сельскую электрификацию, 95 проводникового материала, леса, цемента и других ресурсов. Ежегодные капитальные вложения в развитие СЭСР составляют около 600 млн.руб. Потери электрической энергии в сетях 6—НО кВ достигают до 70 по отношению ко всем потерям энергосистем. Поэтому оптимизация параметров СЭСР 10—НО кВ в масштабах страны приводит к значительному экономическому эффекту.
Вопросам оптимизации параметров СЭСР посвящены работы И.А.Будзко, В.А.Веникова, А.Г.Захарина, Л.Е.Эбина, М.С.Левина, Н.М.Зуля, А.И.Якобса, В.Г.Холмского, В.К.Плюгачева, Ю.Н.Астахова, А.А.Глазунова, В.Г.Журавлева, В.В.Зорина, Ю.И.Акимцева, В.Д.Ариона, А.П.Коршунова, З.П.Кришала, О.Г.Паэгле, В.'А.Дале, Н.С.Канакина, А.Е.Мурадяна, Н.П.Сырыха, В.П.Конечного, Н.А.Броер-ской, Д.В.Холмского и других исследователей.
Дальнейшее совершенствование методов оптимизации требует системного подхода к оценке эффективности функционирования и развития СЭСР.
Применительно к выбору параметров систем электроснабжения системный подход означает прежде всего признание и учет разносторонности качеств доставляемого электроприемникам продукта -электрической энергии, а также объективно существующей неопределенности наших знаний о будущих условиях функционирования системы.
Решению этих проблем и посвячена настоящая работа, которая является частью научно-исследовательских работ, проводившихся по планам научно-исследовательских работ ГКНТ СССР, программы 0.51.21 "Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства на 1906-1990 гг. и комплексной программы "Научно-технический прогресс СССР на период 1986-2006 гг.".
Разработка программных комплексов по оценке и выбору варианта развития СЭСР 10—НО кВ включена в программу важнейших работ Министерства энергетики и электрификации СССР по разработке и внедрению комплексов задач организационно-экономического управления АСУ энергосистем на XI и ХІ1 пятилетки ЦДУ ЕЭС СССР.
Объектом исследования является система электроснабжения сельских районов напряжением 10—110 кВ и ее отдельные элементы.
Предметом исследования является проблема создания методов. многокритериальной оптимизации, позволяющей выбирать оптим^льнп1''
решения в условиях неопределенности части исходной информации в процессе функционирования и развития систем электроснабжения.
Цель работы состоит в разработке методов многокритериальной оптимизации СЭСР І0-П0 кВ с' учетом неопределенности исходной информации и решения на ее основе ряда важных народнохозяйственных задач; определение возможностей и области эффектигчого применения этой методики при проектировании и в процессе эксплуатации систем электроснабжения сельских районов и отдельных ее элементов. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
классифицировать #и провести анализ задач управления СЭСР 10-110 кВ;
обосновать и выбрать набор частных критериев оценки функционирования и развития СЭСР 10-110 кВ, а также способ их свертки;
обосновать принцип и разработать алгоритм выбора оптимальной стратегии развития СЭСР в различных информационных ситуациях;
разработать методику получения и обработки дополнительной информации от различных источников и ее согласование-и уточнение на основе байесовского подхода;
разработать алгоритм многокритериального выбора параметров СЗСР в условиях неопределенности исходной, информации і.л основе использования аппарата теории нечетких,множеств;
разработать программно-вычислительный'комплекс сетевого имитационного моделирования и анализа, предназначенного для многокритериального выбора параметров СЗСР 10-ПОкВ.
Методика исследования включает методы теории принятия решений, в том числе теории нечетких множеств, теории вероятностей и математической статистики, в том числе методы байесовского статистического вывода. При разработке программно-вычислител'-ных комплексов (ЇЇВК) применялось также математическое моделирование СЭСР.
Достоверность разработанных научных положений, методов, алгоритмов, выводов и рекомендаций диссертации подтверждается результатами вычислительных экспериментов, проведении:? на основе имитационного моделирования с помощью разработанных 'программно-вычислительных комплексов для ЕС ЗВМ при решении задач различных иерархических уровней управления СЭСР 10—НО кВ с учетом региональных особенностей.
— Сі —
Научная новизна. На базе положений теории системных исследований в энергетике и теории принятия решений применительно к задачам оптимизации процессов функционирования и развития СЭСР 10—НО кВ разработаны методы многоцелевой оценки, и выбора параметров СЭСР, учитывающие неопределенность части исходной.информации.
Предложена иерархически построенная классификация задач управления параметрами СЭСР 10—ПО кВ.
Обоснованы и выбраны частные критерии оценки функционирования и развития СЭСР и способы их свертки.
Обоснованы принципы выбора оптимальной стратегии развития СЭСР в различных информационных ситуациях.
Разработан алгоритм выбора стратегии развития СЭСР 10—ПО кВ на основе методов теории нечетких множеств. На основе байесовского подхода создана методика получения и обработки дополнительной информации о перспективных электрических нагрузках. '
Разработан ПВК "Оценка и выбор варианта развития сетей 10-110 кВ" (упрощенный вариант ПВК ПРОКСИМА), Для более сложного варианта ПВК сетевого имитационного моделирования и.анализа (ПРОКСИМА) осуществлена постановка задачи, разработаны технические требования и ограничения, создана информационно-справочная база.
Практическая ценность. Разработанные в диссертации методы позволяют осуществлять выбор рациональных параметров СЭСР при их функционировании и развитии на новом методическом уровне -по многокритериальной модели в условиях неопределенности ИСХОДНОЙ информации, что обеспечивает получение дополнительного эффекта в размере от 2,0 до 9,7 тыс.руб. в год на сеть одной РТП.
Разработанные методы получения и обработки дополнительной информации позволяют более обоснованно выбирать стратегию развития СЭСР 10-110 кВ.
Программно-вычислительный комплекс ПРОКСИМА практически реализует методику многокритериального подхода при оценке и выборе стратегии развития СЭСР. Комплекс позволяет решать шрокий диапазон задач, связанных с выбором оптимальных параметров СЭСР, повышением надежности электроснабжения, улучшением качества электроэнергии и снижением ее потерь. Использование ПВК ПРОКСИМА повышает обоснованность и эффективность выбираемьи вариантов развития и позволяет получить значительный экономический эффект.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методики и ПВК ПРОКСИМА приняты и используются во Всесоюзном государственном проектно-изыскательском институте "Сельэнерго-проект" при разработке схем развития электрических сетей 35-110 кВ и оценке объемов работ по развитию электрических сетей 0,4-10 кВ в сельской местности области (края, республики).
Предложенные методики, ГіВК ПРОКСИМА и практические рекомендации по оптимизации параметров СЭСР внедрены в производственно-знергетических объединениях Тамбовэнерго, Астраханьонерго, Костро-маэнерго, Калининэнерго с общим экономическим эффектом свыше I млн.руб.
После промышленной эксплуатации ПЗК ПРОКСИМА в ПЭО Тамбовэнерго ЦЦУ EGC СССР принял комплекс ПРОКСЖА в качестве типового для служб АСУ энергосистем, шШСП им.В.П.Г'орячкина совместно с ЦЦУ S3C СССР провели рабочие совещания по передаче комплекса ПРОКСИМА 24 энергосистемам, ВГПИ и НИИ "Сельэнергопроект".
Личный вклад автора заключается в создании методов многокритериальной оптимизации СЭСР 10-110 кВ с учетом неопределенности исходной информации:
классификации и анализе задач управления СЭСР 10—НО кВ;
в обосновании и выборе набора частных критеркез оценки функционирования и развития СЭСР 10-110 кВ;
- в обосновании принципов и разработке алгоритма выбора-оптимальной стратегии развития СЭСР н различных информационных ситуациях;
в создании методики получения и обработки дополнительной информации на основе байесовского подхода при обработке статистических данных, а также согласования информашш, полученной из различных источников, формального и неформального характера;
в разработке алгоритма выбора параметров СЭСР по многокритериальной модели в условиях неопределенности исходной информации на основе использования аппарата теории нечетких множеств;
в разработке алгоритма ПВК "Оценка и выбор варианта развития сетей 10-110 кВ" (упрощенного варианта ПВІС CP0KCKWA). Для более сложного варианта программно-вычислительного комплекса сетевого имитационного моделирования и анализа (ПВК ПРОКСИМА) осуществлена постановка задачи, разработаны технические требования и ограничения, создана информационно-справочная база;"
х) алгоритм и программа ПВК ПРОКСЖА оазработаны с.н.х.ВИЭСХа Славины;.! А.Р.
- в проведении вычислительных экспериментов, подтверждающих эффективность и практическую ценность разработанных методов и . алгоритмов при выборе стратегии развития СЭСР 10-110 кВ и решении других оптимизационных задач.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях. МШСП (1982-1989 гг.), на Всесоюзном совещании "Вопросы реконструкции сельских электрических сетей (г.Киров, 1977 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Снижение потерь и повышение качества электроэнергии в электрических сетях энергосистем (г.Алма-Ата, 1984 г.), на Всесоюзном научно-практическом совещании "Совершенствование управления и автоматизации сельских электрических сетей" (г.Гродно, 1984 г.), на Всесоюзной конференции по снижению потерь электрической энергии (г.Смоленск, 1987 г.), на совещании координационного совета по научно-технической программе 0.51.21 "Разработать и внедрить-новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства" (г.Кировабад, 1986 г.), на IX Всесоюзной научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (г.Рига, 1987 г.), на Всесоюзном семинаре "Электроснабжение сельского хозяйства" (г.Москва, ВАСЮ МЛ, 1988 г.), на семинаре "Управление развитием и функционированием систем электроснабжения" (г.Киев, 1986 г.), на семинаре в Институте электродинамики АН УССР и КГМ "Критерии экономической эффективности в энергетике" (г.Киев, 1988 г.>, в ПЭО Тамбовэнерго на совещании специалистов РЭС, ПЭС и служб ИЗО в 1986-1987 гг.
На защиту выносятся методы многокритериальной оптимизации параметров при функционировании и развитии СЭСР 10—НО кВ, базирующиеся на следующих основных положениях:
-
Представление СЭСР 10—НО кВ как большой производственной системы позволяет составить иерархически построенную классификацию задач управления ее функционированием и развитием и диктует необходимость многокритериального подхода к решению этих задач с учетом неопределенности части исходной информации.
-
Частными критериями оценки решений по оптимизации СЭСР целесообразно принять показатель эффективности в виде величины приведенных затрат и критерии достижения целей функционирования СЭСР в виде показателей надежности электроснабжения и качества электроэнергии.
- 9 ~
3. Надежность электроснабжения оценивается показателем
в виде недоотпуска электроэнергии потребителям СЭСР из-за вероятных отключений.
Для оценки' качества электроэнергии используется предложенный П.Аире и П.Госсаном интегральный показатель неодинаковости напряжения в виде суммы произведений неодинаковости нпряжения у потребителей, взвешенной по потребленной электроэнергии, на мощность головного участка ВЛ 10 кВ.
При выборе системы электроснабжения отдаленных районов в дополнение к перечисленным частным критериям следует учитывать трудовые ресурсы, трудовые затраты и наличие энергоресурсов в районе.
-
Свертку частных критериев целесообразно осуществлять мультипликативным способом.
-
В задачах оптимизации СЭСР неопределенными в первую очередь являются значения перспективных электрических нагрузок, уточнение которых возможно с помощью дополнительной экспертной
и статистической информации.
Информация, полученная от экспертов и представленная в виде функции принадлежности значений перспективных нагрузок, позволяет выбирать стратегии развития СЭСР и решать другие задачи оптимизации СЭСР на основе аппарата теории нечетких множеств.
, 6. Распределение вероятностей значений перспективных электрических нагрузок целесообразно определять на основе сбора и статистической обработки данных о фактических и проектішх коэффициентах роста нагрузок, уточняя-затем это распределение но результатам режимных измерений на основе байесовского подхода.
-
Выбор решения на основе распределения вероятностей перспективных нагрузок целесообразно осуществлять по критерию Байеса, то есть по минимуму математического ожидания оценочнг-о функционала.
-
При отсутствии дополнительной информации распределение вероятностей перспективной нагрузки можно устанавливать по критерию Лапласа, а при наличии матрицы оценочных функционалов -по максимуму функций неопределенности третьего рода.
-
Программно-вычислительный комплекс ПРОКСИМА,' предназначенный для имитационного моделирования СЭСР 10—НО кВ, расчета их технико-экономических показателей и проведения вычислительных экспериментов обеспечивает решение многокритериальных задач оптимизации СЭСР.
