Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов решения задач оптимизации развития СЭС 10
1.1 Анализ предметной области исследования 10
1.2 Ценологический подход в исследовании сложных технических систем 16
1.3 Обзор и сравнительный анализ методов оптимизации СЭС .23
1.4 Нечеткие множества в задачах развития СЭС 32
Глава 2. Техноценологический подход к исследованию СЭС района города 40
2.1 Эвристическое обоснование принадлежности СЭС района города к техноценозу 40
2.2 Аналитическое обоснование принадлежности СЭС района города к техноценозу 46
2.3 Прогнозирование электропотребления и определение коэффициента роста нагрузки на основе Н- распределений 59
Глава 3. Структурная и номенклатурно-параметрическая оптимизация СЭС района города 66
3.1 Методики обработки экспертных оценок в выборе стратегии развития СЭС района города 66
3.2 Топологическая схема системы электроснабжения района города 74
3.3 Обоснование и выбор частных критериев 80
3.3.1 Экономические критерии. Дисконтированные затраты 82
3.3.2 Технические критерии 90
3.3.2.1 Потери электроэнергии 90
3.3.2.2 Недоотпуск электроэнергии потребителям 97
3.3.3 Архитектурно-градостроительные и экологические критерии. Протяженность трасс кабельных линий 107
3.3.4 Критерий построения оптимальной структуры СЭС района города 109
3.4 Решение задач выбора варианта развития СЭС района города методами теории нечетких множеств 115
3.4.1 Формирование функции принадлежности электрической нагрузки 115
3.4.2 Математический аппарат нечетких множеств в выборе номенклатурных параметров стратегии развития СЭС района города 117
Глава 4. Методика принятия решения по развитию СЭС и ее программная реализация 130
4.1 Методика принятия решения по развитию СЭС района города в условиях неопределенности 130
4.2 Разработка архитектуры программного комплекса и алгоритма его приложения 138
4.3 Тестирование программного комплекса 143
Выводы 149
Заключение 150
Список литературы 153
Приложения 175
Перечень введенных сокращений 187
- Ценологический подход в исследовании сложных технических систем
- Аналитическое обоснование принадлежности СЭС района города к техноценозу
- Топологическая схема системы электроснабжения района города
- Разработка архитектуры программного комплекса и алгоритма его приложения
Введение к работе
Актуальность темы. Современные условия характеризуются возрастанием сложности процессов, происходящих в социально-экономических, организационно-технических системах, в том числе и в электроэнергетике, что приводит к изменению и усложнению условий функционирования и управления электроэнергетическими системами. Учет изменяющихся условий функционирования таких систем и возрастающих требований к ним, приводят к актуальности принятия решений по развитию систем электроснабжения (СЭС) в современных условиях с учетом ряда неопределенностей.
Система электроснабжения — динамично развивающаяся система. Для нее характерен непрерывный рост нагрузок, обусловленный появлением новых потребителей, увеличением степени электрификации, повышением требований к социально-культурному уровню жизни и другими факторами. Это приводит к необходимости выработки нескольких альтернатив (вариантов) и выбору наилучшего решения по ее развитию и функционированию. В качестве основного (доминирующего) критерия при выборе вариантов развития системы электроснабжения до последнего времени использовался критерий минимума приведенных затрат. В сегодняшних условиях ввиду многообразия субъектов отношений (энергокомпании, инвесторы, потребители, органы власти и т.д.) и их интересов, требуется полный учет и согласование мнений заинтересованных сторон в выборе наилучшего варианта развития и функционирования СЭС с учетом экономических, технических, социальных, экологических и других критериев. Кроме того, выбор решений по развитию СЭС осложняется неопределенностью ситуаций, когда полностью или частично отсутствует информация о возможных состояниях системы и/или внешней среды.
Применяемые математические методы, основанные на детерминированном или стохастическом описании подобных задач, их анализ и выработка на этой основе механизма управления и принятия решения в современных
изменяющихся условиях, не обеспечивают требуемую достоверность и точность. Так как СЭС является сложной технической системой, для которой характерны множество целей функционирования и неопределенность части исходной информации, то принятие решения по ее развитию и оптимизации технологических параметров, соответствующих выбранному решению, должно основываться на многокритериальной модели с учетом неопределенных факторов, которые необходимо выявить, исследовать и реализовать в разработке математической модели функционирования СЭС (Л. Л. Богатырев, Н. И. Воропай, Т. Б. Лещинская и др.). В работах Л. Заде, Е. Мамдани, В. Д. Ариона, А. Н. Борисова, Н. Г. Ярушкиной, отмечено, что если в задачах принятия решения присутствует неопределенность, то для их решения целесообразно применять методы теории нечетких множеств.
Проведенный сравнительный анализ методов оптимизации системы электроснабжения показал, что принятие решений по ее развитию, основанных на теории нечетких множеств, не учитывают ценологических свойств и ограничений (ограничений самоорганизации) сложных систем, что приводит к не всегда рациональному выбору. Это связано с тем, что СЭС образует сложную техническую систему — техноценоз (ТЦ), структура которого характеризуется наличием разных (сильных, средних и большого числа преимущественно слабых) связей между объектами, а также определенными закономерностями в соотношении крупных и мелких, часто встречающихся и уникальных объектов.
В настоящее время, применение техноценологического подхода (ТЦП) в электроэнергетике, разработанного учеными научной школы профессора Б. И. Кудрина, способствует решению следующих практических задач: оптимизации структуры техноценозов (В. И. Гнатюк); исследования динамики показателей и структуры техноценозов (В. В. Фуфаев); прогнозирования параметров техноценозов (О. Е. Лагуткин, м. Г. Ошурков); анализа закономерности параметров разнообразия ценозов (Б. В. Жилин). В то же время автору
неизвестны работы, посвященные применению ТЦП в задачах принятия решений по развитию СЭС.
Таким образом, проведенный анализ научно-технической литературы и научных публикаций выявил, что вопросы методики принятия решения по развитию СЭС по многокритериальной модели на основе интеграции техноценологического подхода с теорией нечетких множеств не рассматривались, что обуславливает актуальность темы исследования.
Цель работы. Разработка и программная реализация методики принятия решения по развитию систем электроснабжения на основе многокритериальной модели в условиях неопределенности части исходных данных путем интеграции техноценологического подхода и теории нечетких множеств на примере СЭС района города.
В соответствии с целью сформулированы задачи исследования:
Выполнить анализ существующих методов решения задач оптимизации СЭС.
Исследовать СЭС и потребителей электроэнергии района города на основе техноценологического подхода.
Выбрать и обосновать альтернативы развития системы электроснабжения района города и частные критерии их оценки в зависимости от типа СЭС.
Разработать новые математические модели частных критериев принятия решения.
Реализовать математический аппарат теории нечетких множеств для проведения параметрической оптимизации СЭС района города.
Обосновать и предложить новую методику принятия решения по развитию СЭС районов города, интеграцией техноценологического подхода и теории нечетких множеств.
Разработать функциональную схему, алгоритм, комплекс программного обеспечения по предложенной методике и выполнить его тестирование.
Методология исследований, представленных в диссертационной работе, основывается на системном и техноценологическом подходах к исследованию сложных технических систем, теории принятия решений, теории нечетких множеств, методах экспертного оценивания.
Научная новизна работы.
Разработана новая методика принятия решения по развитию СЭС района города, интегрирующая техноценологический подход и теорию нечетких множеств.
На основе техноценологического подхода к исследованию СЭС района города предложен и обоснован новый частный критерий - критерий построения оптимальной структуры.
Разработаны для возможных альтернатив развития СЭС района города математические модели частных критериев: дисконтированных затрат, потерь электроэнергии, недоотпуска электроэнергии потребителям, протяженности трасс кабельных линий, построения оптимальной структуры.
Программно реализована методика принятия решения по развитию СЭС на основе разработанных моделей частных критериев и математического аппарата обработок экспертных оценок и нечетких множеств.
Достоверность разработанной методики, полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием математического аппарата, работоспособностью программы, реализующей предложенную методику принятия решения по развитию СЭС и тестированием программного комплекса в среде MathCad.
Практическая значимость работы. Разработанные в диссертации теоретические положения, методические подходы и модели частных критериев принятия решения реализованы в программном комплексе «ПК ЭС-МОС», позволяют осуществить обоснованный выбор варианта развития и номенклатурных параметров СЭС района города по многокритериальной модели с учетом неопределенности прогнозируемых (перспективных) электрических нагрузок. Разработанный программный комплекс и его компоненты
зарегистрированы в Университетском фонде алгоритмов и программ ГОУ ОГУ № 437, 2009, г. Оренбург и в Федеральном институте промышленной собственности (Роспатент) № 2009615732, 2009, г. Москва.
Полученные результаты могут применяться: в компьютерных системах поддержки принятия управленческих решений в электроэнергетике, при проектировании СЭС и формировании соответствующих нормативных документов.
Реализация результатов работы. Разработанная в диссертационном исследовании методика принятия решения по развитию СЭС района города в условиях неопределенности исходных данных, а также полученные результаты и сформулированные предложения по их применению:
- реализованы в НИР «Разработка и внедрение математического и про
граммного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных сис
тем», № госрегистрации 01960005784, инвен. № 02201001067 от 19.03.10;
апробированы на стадии технической реализации и тестирования в Экспериментально-производственном комбинате (ЭПК) — УТТУ-УПИ;
компоненты программного комплекса внедрены в Учебном центре «Энергетик — Оренбург» для обеспечения курсов повышения квалификации и переподготовки специалистов в области электроэнергетики;
- внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО «Уральский государственный
технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ель
цина» на кафедре «Теоретическая электротехника и технологии электро
снабжения».
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные разделы докладывались и обсуждались на научно-технических и научно-практических конференциях Международного и Всероссийского уровнях: «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (Оренбург, 2006, 2008, 2009); «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» (Оренбург, 2007); «XIV отчетная конференция молодых ученых УГТУ - УПИ» (Екатеринбург, 2008); «Энергосистема: управление, конку-
ренция, образование» (Екатеринбург, 2008); «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2009); «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2009); «Повышение эффективности электрического хозяйства потребителей в условиях ресурсных ограничений» (Москва, 2009); «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе две статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Получены два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Весь материал работы изложен на 187 страницах, включает 20 рисунков, 27 таблиц и 2 приложения. Список использованной литературы состоит из 195 наименований.
Ценологический подход в исследовании сложных технических систем
Одной из характерных тенденций современных научных исследований является разработка новых методов (методологий), позволяющих их применять в различных областях научного знания.
К одному из таких методов принадлежат ценологические методы исследования, относящиеся к проблемам изучения систем-ценозов (cenosis, coenose — сообщество). Самоорганизация в ценозы (био-, эко-, техно-, бизнес-, социо-, этно- и др.) больших сложных систем различной природы, делает актуальными исследования таких структур. В целях наиболее эффективного воздействия на ценозы различной природы, а также поиска общего и особенного таких объектов, развиваются общеценологические методы [Кудрин, 2002; Фуфаев, 2007 и др.].
В методологическом плане речь идет о применении определений и понятий, являющихся результатом развития естествознания и философии, для описания систем различной природы (в том числе и технических) в рамках общей теории систем. В частности, применяются подход и модели, получившие распространение в биологии, науковедении, математической лингвистике.
Прежде чем перейти к изложению применения ценологического подхода к исследованию сложных технических систем [Кудрин, 1981] и их оптимизации [Гнатюк, 2005] представляется целесообразным сделать теоретическое пояснение.
В исследованиях систем различного класса используют гиперболические распределения, которые часто называют «ципфовскими»1. Это распределения (или законы) Ципфа, Парето, Лотки, Уиллиса, Фишера, Мандельбро-та, Брэдфорда и др . Формы соответствующих распределений несколько варьируются, но их общая черта — резкая асимметричность в отличие от «гауссовых», позволяет судить, что речь идет о некотором едином типе распределений. Системы, описываемые такими распределениями нельзя характеризовать средними величинами (математическим ожиданием) и дисперсией. Схожесть математической формы описаний (законов) указывает на тождественность механизма формирования структурного разнообразия таких систем, называемых ценозами.
Структура ценозов характеризуется наличием разных (сильных, средних и большого числа преимущественно слабых) связей между элементами, а также определенными закономерностями в соотношении крупного и мелкого, часто встречающегося и уникального. Учет этих закономерностей позволяет использовать максимум имеющейся информации о структуре системы, невостребованной другими методами.
На основе анализа многочисленных исследований автором установлено, что ценологический подход используется в следующих областях научного знания: - биологии [Левин, 1980; Песенко, 1982; Трубников, 1993; Fisher, 1943; Williams, 1964; Willis, 1992]; - социологии [Казачков, 1973; Bruce, 1970; Hill, 1970; Zipf, 1949]; - лингвистике [Арапов, 1975; Арапов, 1981; Шрейдер, 1967; Miller, 1958; Rousseau, 1992]; - теории передачи информации [Мандельброт, 1973; Li, 1992; Ronald, 1981]; - библиометрии [Fairthorne, 1969; Linus Ikpaahindi, 1985]; -экономике [Кузьминов, 2003; Ланге, 1964; Петере, 2000; Taming large events ..., 1998; Mandelbrot, 1963; Zipfs plots ..., 1995]; - физике [Jaynes, 1957; Zipfs law ..., 1996]; - геофизике [Бялко, 1993; Rank-ordering statistics ..., 1996]; - наукометрии [Яблонский, 1986; Хайтун, 1983; Bertalanfy, 1957]; - педагогике [Гурина, 2006] и др.
За рубежом сейчас широко применяют законы Ципфа для моделирования частот обращения к сайтам и серверам Интернета [Crovella, 1997; Glass-man, 1994; Harchol-Balter, 1998; On the self-similar ...., 1994; Resnick, 2000]. С 1997 года выходит электронный журнал «Cybermetrics» (International Journal of Scientometrics, Informetrics and Bibfiometrics), посвященный изучению количественного анализа науки, информации, библиометрии, в том числе в Интернете. Ярким примером разнообразия применения ценологического подхода у нас в стране служат материалы конференций и сборников «Ценологиче-ские исследования».
Описывать технические системы, и электроэнергетические в частности, на основе ценологических понятий предложил профессор Б. И. Кудрин в 70-х годах XX века. Основная идея его обширных исследований заключалась в использовании достижений биологии и системы понятий этой области при рассмотрении систем - ценозов любой природы, чем и объясняется биологическая терминология, применяемая в его работах [Кудрин, 1978; 1981; 1993; 2002; 2004; 2007; 2009 и др.].
По аналогии с понятием «биоценоз», введенным Клаусом Фердинандом Мебиусом (1877 г.) для исследования систем живых организмов (биологических систем), Б. И. Кудрин применительно к ценозам, создаваемым человеком, ввел фундаментальное понятие технический ценоз {техноценоз).
«Назовем техноценозом ограниченное в пространстве и времени любое выделенное единство, включающее сообщество изделий» [Кудрин, 1981, с. 236]. Под изделием понимается предмет или совокупность предметов производства той или иной технологии. Каждое техническое изделие является индивидуальностью, особью, которую можно отнести к определенному виду. В технике изделия одного вида изготавливаются по одной проектно-конструкторской документации, отличаются от других видов количественными и качественными характеристиками. Часто понятие «вид» совпадает с понятием модели, марки, типа изделия. Группа изделий одного вида образуют популяцию. Виды, каждый из которых представлен равным количеством особей, образуют касты. Каста — множество, образованное популяциями одинаковой численности. Изучение техноценозов возможно при выделении семейств изделий (таксономическая категория в систематике), например, электрические машины, трансформаторы, низковольтные аппараты и т.д., которые могут быть разбиты на конечное число видов.
Как отмечалось выше, структура ценоза может быть математически описана негауссовыми распределениями. Такие распределения Б. И. Кудрин, обобщая [Кудрин, 1981; 1993; 2002 и др.], назвал //-распределениями как более общую форму законов Ципфа-Мандельброта, Лотки-Парето и др., основанных на предельных законах безгранично делимых распределений П. Леви, Б. В. Гнеденко, А. Н. Колмогорова, А. Я. Хинчина. Такое название связано с геометрической формой кривой распределения, т.к. для моделирования ценозов применяется степенная двухконстантная функция — гипербола.
Аналитическое обоснование принадлежности СЭС района города к техноценозу
Прежде чем исследовать любой объект, его необходимо математически описать, для чего используется так называемые модели //-распределения [Кудрин, 1993; Кудрин, 2002]. Структура ценозов может описываться как дискретными (численность популяции), так и непрерывными величинами (параметры режима, системы) [Лагуткин, 2008; Фуфаев, 2007; Ценологиче-ское определение ..., 1994].
Проанализировав и обобщив, предложенные в работах [Гнатюк, 2005; Кудрин, 2002; Кудрин, 2004; Ценологическое определение ..., 1994] основные процедуры математического описания и исследования ТЦ, нами выделены следующие этапы [Бердин, 2008; Семенова, 20091]: информационный и аналитический, состоящие из нижеприведенных процедур. I. Информационный этап: 1) выделение системы-техноценоза; 2) описание техноценоза и формирование базы данных. II. Аналитический этап: 1) построение табулированного рангового распределения; 2) графическое построение ранговых распределений (ранговых по параметру, ранговидовых, видовых); 3) аппроксимация ранговых распределений; 4) проверка соответствия данных критериям //-распределения. Последовательное выполнение этапов и процедур рассмотрим на примере.
Информационный этап предполагает выделение техноценоза и формирование базы данных. Первая процедура — выделение системы-техпоценоза, трудно формализуется из-за проблем, которые в техноценоло-гической теории называют конвенционностью выделения, заключающейся в невозможности четкого определения границ, и ценологической фрактал ьно-стью, проявляющейся во вложенности ценозов [Гнатюк, 2005; Ценологиче-ское определение ..., 1994].
Невозможно рассмотреть ценоз целиком, само его выделение связано с конвенционными представлениями границ, каждый специалист определяет их по-своему в зависимости от решаемых задач (граница техноценоза, определяемая с точки зрения электроснабженца, отличается от границ для водо-снабженцев, теплоснабженцев и т.д.) [Кудрин, 1978]. Рассмотрение и описание ценоза дают «слепок» с действительности: техноценоз становится элементом, неделимым объектом, который рассматривают по какому-либо одному параметру в ряду других объектов этого семейства (множество параметров ведет к выделению кластеров, нейронным сетям, дающим возможность сравнивать объекты) [Кудрин, 2002]. Выстраивание объектов по параметру означает, что рассматривается некоторый ценоз, в который включен элементарный ценоз, являющейся его частью. Возможно вложение как вверх, так и дробление ценоза. Например, потребители электроэнергии района города, рассматриваемого как ценоз, являются одновременно объектами иерархически старшего ценоза, существующего в тех же пространственно-временных координатах и в той же инфраструктуре - городе, так и ценоза более низкого уровня - квартала района города. Лишь абстрагируясь и увязывая выделение и описание техноценоза с понятиями технических «особи», «вида», «семейства», возможно его исследование.
В рамках выполнения первой процедуры выполняются следующие действия: — ценоз выделяется в пространстве и времени как некоторая система (целостность); — из ценоза выделяется семейство элементарных объектов (особей), далее неделимых; — вводится понятие вид и выбираются параметры исследования, характеризующие лишь какую-то часть реального ценоза.
В процессе исследования техноценоза рекомендуется задавать несколько принципиально значимых для него, физически измеряемых и доступных параметров. Желательно, чтобы они были комплексными и в совокупности представляли группу, достаточно полную для качественного описания техноценоза с точки зрения его конечной цели функционирования. Такими параметрами могут выступать стоимость жизненного цикла, энергопотребление, сложность структуры (если ее можно описать), надежность, численность обслуживающего персонала, массогабаритные показатели, топливная экономичность и др. [Гнатюк, 2005; Кудрин, 1993].
Итак, с учетом одной из поставленных в диссертации задачи (исследование СЭС и потребителей электроэнергии района города на основе техноце-нологического подхода) предполагаем, что рассматриваемый район «УПИ» г. Екатеринбурга - техноценоз, который обладает структурной устойчивостью и описывается ранговым распределением. Данное предположение требует экспериментальной проверки. Обоснование принадлежности района «УПИ» к системам ценологического типа позволит применять в дальнейшей работе положения теории техноценозов. Выделим семейства и особей. В данной работе рассматриваются семейства потребителей электроэнергии и установленного электротехнического оборудования, из которых выделены особи — конкретный потребитель электроэнергии и трансформатор, установленный на ТП 6/0,4 кВ. Количественной характеристикой особей для рассматриваемой задачи является месячное электропотребление и установленная мощность трансформатора соответственно. За вид принят трансформатор мощностью S, кВА. Применительно к величине электропотребления такое понятие не вводится, так как для непрерывных величин, таких как электропотребление, в отличие от дискретных, понятие «вид» не имеет большой информативной нагрузки [Кудрин, 2002].
Топологическая схема системы электроснабжения района города
Под топологической моделью города или его районов понимается схематическое изображение этих территорий с указанием расположения, формы, и размеров зон различного назначения, жилых районов и т.п. Топологическая модель СЭС городов или его зон, районов представляет собой схематическое изображение расположения источников питания электроснабжения, основных узлов (глубоких вводов, распределительных пунктов, трансформаторных подстанций и т.п.) и участков электрических линий, нанесенных на топологическую модель территории города.
Основной технической информацией, которую можно получить из топологической модели СЭС города, являются характеристики: — расположение источников питания; — расположение всех потребителей электроэнергии и электроприемников; — протяженность питающих и распределительных линий и сетей в целом.
Указанные технические характеристики определяют капиталовложения в узлы и участки линий, требования к надежности и качеству электроснабжения, потери электроэнергии и т.д., поэтому они существенно влияют на выбор оптимальных параметров системы электроснабжения городов. Вместе с тем реальные топологические модели городов и их системы электроснабжения обычно не могут быть непосредственно применены в обобщенных исследованиях рационального построения СЭС с применением математических моделей. Это связано с тем, что неправильные геометрические формы территорий не позволяют сформировать аналитические модели систем электроснабжения. Данные обстоятельства приводят к необходимости создания идеализированных топологических моделей территорий городов и их систем электроснабжения.
При переходе от реальной топологической модели к идеализированной должны соблюдаться условия: — равенство суммарных электрических нагрузок реальной и идеальной топологической моделей; — одинаковая протяженность линий сетей высшего, среднего и низшего напряжения.
При построении идеализированной топологической модели электроснабжения города за первичную ячейку принимается район электроснабжения одной подстанции. Форма и размеры идеализированной модели устанавливаются в соответствии с оригиналом и топологическим эквивалентирова-нием. Во многих исследованиях топологическая модель района электроснабжения одной подстанции принималась в форме квадрата, как наиболее простой геометрической фигурой [Лещинская, 2004; Метельков, 2004 и др.], реже в форме прямоугольника или круга [Глазунов, 1983].
Учет всех элементов в топологической модели существенно усложняет задачу оптимизации. Как было отмечено в п. 1.1 в исследованиях, связанных с комплексной оптимизацией параметров СЭС, целесообразно воспользоваться декомпозицией поставленной задачи [Воропай, 2003]. Согласно данному принципу система электроснабжения разделяется на отдельные независимые подсистемы, чем и обеспечивается возможность оптимизации.
При построении идеализированной топологической схемы электроснабжения примем следующие допущения и положения: 1. Подстанция (ПС) питает район города, площадью S [км"], имеющего форму квадрата и находится на расстоянии около 30 % длины района от ближайшей к источнику питания стороны района. Сам же источник питания находится на некотором удалении L0, [км] от границы района.2. На основе принципа декомпозиции в топологической модели выделены: сеть высшего напряжения Uв (от источника питания до подстанции).
В работе это сеть 35 кВ; — непосредственно сама подстанция; — сеть среднего напряжения Uc (от подстанции до трансформаторных подстанций). В работе это сеть 6 кВ.
Согласно принципу декомпозиции необходимо зафиксировать оптимальные параметры сети среднего напряжения (6-10/0,4 кВ). По [РД 34.20.185-94]: оптимальная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции 6-10/0,4 кВ в крупнейших городах РФ при плотности нагрузки 8 МВт/км" и более, составляет 2х 630 кВА. Оптимальное сечение кабелей, питающих трансформаторные подстанции (ТП) 6-10/0,4 кВ от ПС составляет 185 мм2 с подключением к каждой двухцепной линии шести ТП 6-10/0,4 кВ. 3. Распределение электроэнергии от подстанции производится магист ральными кабельными линиями среднего напряжения (Uc), причем каждая линия питает одно и то же число трансформаторных подстанций (ТП) 6 10/0,4 кВ, которые в свою очередь имеют одинаковые мощности и также рав номерно распределены по территории района. Сеть низкого напряжения так же выполняется однородной.
Разработка архитектуры программного комплекса и алгоритма его приложения
Реализация предложенной методики потребовала разработки программного комплекса (ПК), который должен представлять собой систему поддержки принятия решений по выбору стратегий развития систем электроснабжения районов города и определения оптимальных номенклатурных параметров по таким критериям как суммарные дисконтированные затраты, потери электроэнергии, недоотпуск электроэнергии потребителям, протяженность трасс кабельных линий и оптимальная структура СЭС. Проанализировав рынок наиболее распространенных сред программирования и доступных СУБД (П.2), был сделан вывод, что наиболее приемлемыми для разработки ПК являются: среда Borland Delphi Developer Studio 2006, поддерживающая язык программирования Object Pascal, и СУБД MySQL. С целью упрощения разработки программного комплекса произведена его Модуль Main является главным модулем, предназначен для взаимодействия других модулей, подключения к базе данных (БД), предоставления главного меню. Модуль Matrix реализует основной набор операций с матрицами. Модуль DBase реализует основной набор операций для работы с БД. Модуль Kompetent реализует алгоритм получения коэффициентов компетентности экспертов и формирования экспертной группы. Модули ParnyhSr, Rang, NepOcenka реализуют соответственно алгоритмы парных сравнений, обобщенного ранжирования, непосредственного оценивания для определения стратегии развития СЭС; Модули Discontir, Energy, NeOtpusk, DILiniy, Structur реализуют соответственно алгоритмы расчета дисконтированных затрат, потерь электрической энергии, недоотпуска электроэнергии потребителям, протяженности трасс кабельных линий, оптимальной структуры СЭС. Модуль SelStrateg реализует интерфейс пользователя для определения оптимальных параметров стратегии. На рисунке 4.3 представлена функциональная схема программного комплекса, в которой в соответствии с предложенной методикой можно выделить два этапа. Первый этап соответствует структурной оптимизации СЭС, цель которого заключается в выборе стратегии развития системы электроснабжения района города на основе методов экспертных оценок. Второй этап алгоритма расчета ПК соответствует номенклатурно-параметрической оптимизации, целью которого является определение номенклатурных параметров выбранной на первом этапе стратегии на основе математического аппарата нечетких множеств. Укрупненная схема алгоритма работы программы представлена на рисунке 4.4.
Разработанный программный комплекс названный «Экспертная система многокритериальной оценки системы электроснабжения» (ПК «ЭС-МОС»), и его компоненты зарегистрированы в Университетском фонде алгоритмов и программ ГОУ ОГУ [Св-во № 437] и в Федеральном институте промышленной собственности (Роспатент) [Св-во № 2009616955]. 0,15], 2. Выбор стратегии развития СЭС района города. В ПК «ЭСМОС» реализованы три метода экспертного оценивания: — метод парных сравнений; — метод обобщенных ранжировок; — метод непосредственного оценивания. На рисунке 4.7 представлена оконная форма с результатом выбора стратегии развития методом парных сравнений. Все альтернативы развития, число которых возможно как увеличивать, так и уменьшать, представлены в поле «Стратегии». Щ Программны Системі Экспертного Оценивания Параметры t ід обобщенных Справка Выход I Непосредственной а База Данных Экспертное Оцен. Расчет параметров ; Анализ компетентности экпертон Метод парных cf Рисунок 4.7 — Оконная форма с результатами расчета методом парных сравнений. Анализ результатов показывает, что при заданной точности (є = 0,001) итерационная процедура уже на третьем шаге сходится к значениям: К =[0,4205 0,2462 0,3333]. Вектор коэффициентов относительной важности стратегий К свидетельствует о предпочтительности стратегии реконструкции электросетевых объектов перед остальными. Результат выбора стратегии 144 развития СЭС района города, полученный методом парных сравнений (рисунок 4.7) не расходится с результатами, полученными с помощью методов обобщенных ранжировок и непосредственной оценки [Бердин, 20102]. 3. Выбор номенклатурных параметров стратегии развития СЭС РГ. Анализ альтернативных вариантов мощности трансформаторов, устанавливаемых на подстанции осуществляется с помощью математического аппарата теории нечетких множеств, изложенного в п.3.4 на основе полученных в п.3.3 выражений для расчета значений частных критериев. В ПК предоставляется возможность проводить вариационные расчеты, путем изменения значений коэффициентов и параметров, входящих в выражения (3.38), (3.66), (3.99), (3.100) с дальнейшей возможностью сохранения их в БД. Также реализована возможность редактирования значений коэффициентов роста нагрузки и соответствующих функций принадлежности. Оконные формы для изменения этих величин представлены на рисунках 4.8, 4.9, соответственно. 3 Постоянные вел ч »1Ы системы [ о iBbrf imj Постоянная чаете стоимости ПС и crpt 2586 Постоянней коэффициент 181,5 Стомносьт ячейки выключателя 2100 Постоянная составляющая стойкости .919,6 Постоянный коэффициент 8,2В Капиталовложения в линию среднего і і LOG Норны отчисления на капитальный per 0,029 Норны отчисления на капитальный pet0,03 Норны отчислений на капитальный per O.0Q3 Норны отчислений на капитальный per 0,02 Удельная стоимость потерь злектроэн 0,022 Расчетный срок 25 Постоянная составляющая потерь пои 7 ПОСТОЯННЫЙ коэффициент потерь нощі 0,8 Вреия работы трансформатора в году 8760 Постоянная составляющая потерь нон 33,5 Коэффициент загрузки трансформатор 0,3 Ю-шЯюшЮЛС 3 1 Сохранить в БД 3 «" Рисунок 4.8 - Оконная форма редактирования констант в выражениях
