Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из основных направлений ускорения научно-технического прогресса в топливно-энергетической отрасли народного хозяйства, существенного повышения зе эффективности является широкая автоматизация управления функционированием и развитием объектов электроэнергетики.
Созданные в работах советских и зарубежных учених теория и метода оптимизации и оценивания состояния позеолили заложить основы формирования и успеиного развития автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) применительно к высшим уровням территориальной иерархии управления электроэнергетикой страны.Названные АСДУ обеспечивают высокие тєхнико-зкеномичєские показатели работы объектов электроэнергетики, соответствующих указанным уровням, повышение надежности и качества электроснабжения с учетом Есех временных и ситуативных аспектов управления.
Применительно к вяхчейшему звену электроэнергетических систем (ЗЭС) - системам электроснабжения (СЭ) различного назначения автоматизация управления также позволяет погасить эффективности функционирования и раззития по всему комплексу показателей при решении как традиционных, так и новых задач, порождаемых современными условиями раззития энергетики и связанных с необходимостью проведения активной энергосберегающей политики. Меяду тем переход к автоматизированному в широком плене управлению СЭ представляется сложной проблемой в силу общ^х, структурнюс и режимных их свойств, существенных трудностей информационного обеспечения комплекса задач, подлежащих решению применительно к различным уровням временной иерархии и ситуативным аспектам. 3 связи с этим на сегодняшний'день з составе АСДУ практически решается часть задач управления, как правило,относящихся лить к уровни долгосрочного планирования режимоз СЭ.Многие задачи не рассматривается вовсе или решаются весьма упрощенно, нередко только на интуитивно-эмпирической основе беэ использования методов моделирования и оптимизации,без учета ряда факторов).Учитывая это,существенное расширение круга задач управления СЭ,решаемых б составе АСДУ,в том числе по отношению к различным уровням временной иерархии, представляется ванным к актуальным как с позиций псвшенкя эффективности СЭ, так и снижения трудозатрат на их зкеплуатацию.уменьшения неквалифицированного труда персонала, его интеллектуализации.
В настоящее время появляются технические возможности перехода к автоматизированному в широком плане управлению СЭ.Однако убе-
~ 4 -
дктельная концепция,методические основы такого перехода отсутствует.Так.иепосредственная ориентация на теорию и методы оптимизации и оценивания состояния,разработанные применительно к высшим уровням иерархии АСДУ Единой электроэнергетической системы СГОР, невозможна не только а силу различия характера задач,решаемых для ЗЭСиСЭ,ноив связи с принципиальными различиями в возможностях их информационного обеспечения,что в значительной мере влияет на приемлемую концепцию управления.Основой последней в данном случае мо-гсе? служить оргатическоо оптимальное управление в условиях неполной информации при широком .использовании методов теории принятия решений.Однако полноценная реализация такой концепции сопряжена с необходимостью преодоления моментов методологического характера, связанных с непосредственным включением лица,принимающего решение (ЛОР),в контуп управления,а также несовершенством подходов,применяемых при моделировании и оптимизации параметров к режимов СЭ.
Сложившиеся подхода в общем случае не обеспечивают непосредственный учет в рамках формируемых моделей факторов дискретности переменных управления, вероятностной . рироды режимов СЭ, неопределенности (в различных, характерных для задач энергетического содержания, проявлениях), существенно влияющих на обоснованность, фактическую эффективность получаемых результатов.
Изменение такого положения достижимо на базе разработки принципиально новых подходов к моделированию и оптимизации параметров и режимов СЭ, позволяющих осуществлять непосредственно в рамках 'формируемых моделей учет,в том числе совместный.названных вьше факторов и обеспечивать корректный и эффективный анализ зтих моделей.
Повышение адекватности моделей, создаваемых для целей оптимизации параметров и управления режимами СЭ, в полной мере согласуется с требовав-дали системного подхода и обеспечивает возможность принятия заслуживающих доверия, фактически эффективных решений в результате их анализа. Кроме того, разработка подходов к учету отдельных видов неопределенности может служить но только цзляы повышения адекватности моделей, но и созданию убедительного человеко-ориентированного (в не машинно-ориентированного) интерфейса между ЛПР и ЭВМ, что з условиях автоматизации управления в энергетикеі общей интеллектуализации ЭВМ (выражающейся в широком использовании диалоговых, а в дальнейшем и экспертных систем) представляется важным и актуальным.
Исследования выполнялись в соответствии с общесоюзной комплексной целевой программой 0.Ц.003- "Дальнейшее развитие электро-
энергетической системы (ЕЭЭС) СССР с целью повышения ее эффективности, надежности работы и снижения потерь э электрических сетях" (подпрограмма 0.0І.ІЗД), межвузовской целевой программой "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах''(1981 -1985 гг. и 1986-1990 гг.), координационным;! планами научно-исследовательских работ Научного совета Ш УССР по комплексной проблеме "Научные основы электроэнергетики" (І98І-І985гг. и 1986-1990 гг.), общесоюзной научно-технической программой "Оптимизация развития и функционирования систем электроснабжения агропромышленного комплекса" , целевой научно-технической программой "Энергокомплекс" - РН.Ц.00І. "СовераенствоЕяние технической базы топливно-энергетического комплекса к повышение эффективности использования энергоресурсов (научно-техническое обеспечение энергетической программы)" и др.
Целью диссертации явилось создание теории и практических методов решения проблемы повышения эффективности СЭ по показателям надежности, экономичности и качества электроэнергии на базе строкой автоматизации управления их функционированием и развитием, основанных на разработке принципов и методических основ комплексного и эффективного учета факторов дискретности и неопределенности различной природы при моделировании и оптимизации параметров л режимов СЭ.
Дня достижения этой цели в работе регионы следующие, задачи:
-
Разработка основанных на положениях системного подхода принципов формирования адекзатных моделей оптимизации СЭ, в том числе с функционально-ориентированной структурой, реализующих различные цели управления их функционированием и развитием.
-
Разработка эффективных методов и алгоритмов дискретной оптимизации параметров и режимов СЗ, применимых непосредственно к исходной, естественной формулировке задач управления при различных уровнях их информационного обеспечения.
-
Совершенствование анализа моделей оптимизации СЭ, формируемых на основе вероятностно-определенной исходной информации.
-
Обоснование подходов к учету и раскрытию неопределенности в задачах моделирования и оптимизации СЭ при оценивании состояния, экспресс-анализе и планировании режимов распределительных сетей (PC).
-
Разработка и совершенствование моделей и методов многокритериального принятия решений при управлении функционированием и развитием СЭ, б том числе с учетом неопределенности различной
природы.
-
Обоснование подходов к учету, формализации и эффективному использованию получаемой от ЛПР (индивидуального и группового) информации качественного, семантического характера'при моделировании и оптимизации СЭ.
-
Повьзиение эффективности управления СЭ б нормально-дефицитных режимах за счет постановки и решения задачи распределения дефицита мо[і^:осг-... в рамках модели многокритериальной оптимизации.
-
Создание методов и алгоритмов оптимизации режимов СЭ промышленных предприятий по активной и реактивной мощности, напряжении в реальной масштабе времени.
-
Реализация разработанных принципов, методов л алгоритмов в составе систем автоматизированного управления, информационно-вичпслительных комплексов (ИВК), информационно-измерительных и управляющих систем (ИЙУС).
Аг.тор ващжцает следующие основные положения:
I. Мотодологические принципы формирования адекватных моделзй .оптимизации СЭ и рациональные методы их анализа, обеспечивающие повышение обоснованности, фактической эффективности решений, принимаемых ігри управлении функционированием и развитием СЭ.
Z. Синтез моделей о заданной (функционально-ориентированной) структурой, направленной на-повышение вычислительной эффективности решения задач управления режимами СЭ,
-
Обобщенные методы и алгоритмы дискретной оптимизации, основанные на сочетании формальных и эвристических процедур и ориентированные на эффективное решение широкого круга задач оптимизации параметров и режимов СЭ при различных уровнях их информационного обеспечения.
-
Базирующийся ка единой методической основе комплексный подход к учету фактора неопределенности в различных, в том числе комбинированных, ее проявлениях при управлении функционированием к развитием СЭ.
-
Методы формирования нечетких оценок (функций принадлежности (SID) неопределенных параметров режимов СЭ.
-
Методы моделирования и принятия решений в нечеткой среде применительно к задачам оценивания состояния, экспресс-анализа и планирования режимов PC.
-
Подходы к формированию эквивалзнтных детерминированного и четкого аналогов по отношению к моделям оптимизации СЭ в условиях соответственно вероятностно-определенной и нечеткой исходной
информации и методы их анализа.
-
Принципы, алгоритмы и процедуры интерактивного принятия решений по многокритериальному распределению дефицита мощности.
-
Приложение разработанных алгоритмов дискретной оптимизации к управлению режимами СЭ промышленных предприятий по активной и реактивной мощности.
Методы исследований. В основу исследований положены элементы системного анализа и математическое моделированиа как средство решения поставленных задач. При формировании моделей оптимизации использовались элементы теории вероятностей и математической статистики, теории нечетких множеств (ТНМ), факторное планирование эксперимента, методы экспертных оценок, а также имитационное моделирование и натурные эксперименты как средства проверки их адекватности. Для целей принятия репений в работе применялись метода нелинейного и дискретного программирования, в том числе формально-эвристические, непрямые методы стохастического программирования, элементы теории игр, методы многокритериальной оптимизации и принятия решений, основанные на аппарате ТШ.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что с позиций системного .подхода сформулированы и обобщены задачи моделирования и оптимизации параметров и решагав СЭ с учетом факторов дискретности переменных управления,неопределенности различной природы,информации качественного характера при автоматизированном управлении их функционированием и развитием, обосновано их рациональное математическое описание и разработаны эффективные методы решения, в том числе базирующиеся на использовании неформальных процедур, что может быть отражено следующими конкретными положениями:
-
Разработаны основанные на едином методологическом подхо-ае, связанном с сочетанием формальных и эвристических процедур, методы и реализующие их алгоритмы дискретной оптимизации СЗ, применимые непосредственно к исходной, естественной формулировке за-цач при различных уровнях их информационного обеспечения. Показа-то, что зключение в алгоритмы неформальных процедур направлено на эффективное преодоление проблем дискретности, нелинейности и нестационарно сти элементов моделей оптимизации параметров и управ-іения режимами СЭ.
-
Обоснован базирующийся на аппарате факторного планировали эксперимента способ линеаризации функций с иелыо построения национальных, обеспечивающих преодоление проблемы многомерности
s многорежимности функционирования электрических сетей (ЭС), МО-
дєлей оптимизации, з том числа координированной, применительно к шагувил методам их анализа.
-
Показана возможность корректного и эффективного с вычислительной точки .зрония учета фактора неопределенности в различных, характерных для задач энергетики, проявлениях,в том числе комбинированных, при управлении функционированием и развитием СЭ на основа единого подхода, связанного с использованием аппарата ТНМ.
-
Поставлены и решены задачи моделирования режимов PC в нечеткой среде. Показано, что осуществляемое при формировании и коррекции нечетких оценок параметров режимов PC агрегирование исходной информации, пелучаедюй из различных источников как формального, так к неформального характера, мокет служить средством раскрытия неопределенности при оценивании состояния, окспресс-аналк-зе, планировании рехямов PC. Обоснована целесообразность использования логико-лингвистического описания систем при косвенном формировании ЙЛ неопределенных параметров режимов.
-
Исследованы разноплановые методы принятия решений, в том , числе многокритериального, при управлении функционированием и развитием СЭ с учетом неопределенности исходной информации, моделируемой в рамках ТИМ. Предложен подход к решения задач условной оптимизации СЭ, связанный с аппроксимацией системы учитываемых ограничений, содержащих нечеткие коэффициенты,эквивалентным четким аналогом, размерность которого снижается на рснове использования принципа явного доминирования.
-
Обоснован способ построения адаптивной диалоговой системы принятия решений (ДСПР) по многокритериальному распределении дефицита мощности применительно к различным уровням территориальной и временной иерархии, обеспечивающий на основе понятия лингвистической переменной непосредственный учет поступающей в процессе решения от ЛПР информации качественного, семантического характера. Цредиожена связанная с подходом Т.Саати процедура формирования и коррекции коэффициентов важности учитываемых (ЦФ) по результатам обработки проводимых ЛПР попарных качественных сравнений их важности.
Практическая ценность результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований заключается в следующем:
- реализация основных научных положений диссертации,связанна: с учетом факторов дискретности переменных управления, вероятностной природы режимов СЭ, неопределенности исходной информации v. целей, способствует повышению адекватности формируемых моделей,
и, как следствие, обоснованности и фактической эффективности решений, принимаемых в результате их анализа;
разработанные методы и алгоритмы дискретной оптимизации обеспечивают не только высокую эффективность анализа традиционных задач, но и возможность постановки и решения задач оптимизации СЭ комбинаторного или альтернативного характера, которые ранее на формальном уровне не рассматривались;
решение задачи распределения дефицита мощности в рамк~х модели многокритериальной оптимизации направлено на учет и снижение разноплановых отрицательных последствий (технических, экономических, экологических, социальных) при ограничении электрической нагрузки потребителей;
-\результаты диссертации, связанные с учетом получаемой от ЛПР информации качественного, семантического характера, а также базирующийся на логико-лингвистическом описании систем нечеткий вывод применимы при создании систем автоматизированного проектирования объектов электроэнергети. і, а такие соответствующих проблемно-ориентированных экспертных систем;
- теоретические результаты диссертации реализованы в составе
системы автоматизированного управления, ИВК, ДСПР, отдельных
программ, разработанных для ЭВМ III поколения и персональных ЭВМ,
ИИУС, а также в рамках "Методики многокритериального распределе
ния лимита мощности в энергосистемах".
Реализация работы. Разработанные в диссертации подходы, методы, алгоритмы ц реализующие их программные средства внедрены в Кишиневских электрических сетях "Молдглаээнерго", Смоленских электрических сетях "Смоленскэнерго", Ленинградской кабельной сети "Ленэнерго", Симферопольском предприятии электрических сетей (ПЭС) "Кркмэнерго", Украинском отделении ВГШ и НИИ "Сельэнерго-проект", Управлении Госэнергонадзора Минэнерго УССР, головном предприятии производственного объединения (ПО) им.С.П.Корол-ва (Киев), ПО "Поэистор" (Абовян).
Документально подтвержденный экономический эффект, обусловленный внедрением в народном хозяйстве реаультатов диссертации, составил 1,62 млн. руб., в тем числе приходящийся на доли автора 0,72 млн. руб.
Разработанная ДСПР по распределению дефицита мощности (в соответствии с договором о прямом научно-техническом сотрудничестве между КПИ и ВТШ (Лейпциг) на тему "Экспертные системы для управления объектами электроэнергетики") передана ВТШ для включения в
качестве самостоятельной подсистемы в состав экспертной системы, предназначенной для управлении режимами СЭ.
Основные пс ожения и результаты научных исследований диссер-та'"тонной работы нашли применение в учебном процессе при создании и совершенствовании курсов "АСУ и оптимизация режимов СЭ", "Модели и методы оптимизации СЭ", в курсовом и дипломном проектировании, а тагасе выполнении научно-исследовательских работ студентами скецальдасти 10.04. Программа, реализующая метод выбора сечений проводников в PC при вероятностном задании нагрузок, принята к использованию в учебном процессе МЭИ.
Апробации работы. Основные положения диссертации докладывались и ебсундались на 34 Всесоюзных, республиканских, вузовских и меыдународьых научных и научно-технических конференциях, симпозиумах, совещаниях и семинарах, в том числе: УВІ и IX Всесоюзных научных конференциях "Моделирование электроэнергетических (..істєм" (Баку, 1982г,, Рига, 1987 г.); 5-й сессии Всесоюзного научного семинара "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий" (Донецк, 1983 г.); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Эффективность и качестзо электроснабжение промышленных предприятий" (Кданов, 1983 г.); I иII Всесоюзных научных конференциях "Пути экономии и повышения эффективно ги использования электроэнергии в системах электроснабжения промышленности и транспорта" (Казань, 1983г., Смоленск, 1987 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании ^Снижение потерь и повышение качества электроэнергии в электрических сетях энергосистем" (Алма-Ата, 1984 г.); Межреспубликанской научной конференции "Модели выбора альтернатив в нечеткой среде" (Рига, 1984 г.); Координационном совещании по межвузовской целевой программе "Экономия электроэнергии"(Киев, 1985 г.); УШ Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" (Ленинград, 19 г.); Зоесоюэном семинаре "Информационное обеспечение АСДУ ЗЭС (Паланга, 1983 г.); Всесоюзном научном семинаре "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" (Киев, 1983 г.); II Международном симпозиуме "Электроэнергетические системы - эксплуатация и развитие" (Вроцлав, 1983 г.); 14-й конференции 1FIP "Системное моделирование и оптимизация" (Лейпциг, 1989 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "Совершенствование хозрасчетных отношений с потребителями олек-тричепкой и тепловой онер "и" (Москва, 1989 г.).
Публикации. Результаты диссертации ограженг в 84 публикациях
-li-
lt 8 отчетах по научно-исследовательской работе, зарегистрированных во ВНТЩентре.
Структура и объем работы. Цель и задачи определк .и структуру диссертации, которая состоит из введения, четырех глав заключения, изложенных на 283 стр. и включающих 29 иллюстраций на 20 стр. и 5 таблиц на 3 стр., список литературы из 432 наименований на 4.8 стр. и 12 приложений на 162 стр.
