Введение к работе
Актуальность работы В связи с реформированием рынка энергоресурсов, созданием ФОРЭМ и выхода на этот рынок акционерного общества «Российские железные дороги» не только в качестве потребителя электроэнергии, но и в качестве крупной энергосбытовой организации, перед этой отраслью возник ряд новых задач Одна из них - необходимость прогнозирования величины расхода электроэнергии на каждый следующий месяц
В рамках договора на электроснабжение железная дорога ежегодно, с разбивкой по месяцам, заявляет параметры своего электропотребления, одним из которых является количество требуемой активной электроэнергии За превышение заявленных значений электропотребления взимается штраф в размере 10-кратной стоимости перерасходованной электроэнергии, если же фактическое потребление ниже договорного, то оплата производится по значению, обусловленному договором. За заявленное, но не использованное количество электроэнергии потребитель также платит
Необходимость включения условия о количестве электроэнергии определена тем, что в соответствии с Гражданским Кодексом Российской Федерации договор энергоснабжения отнесен к договорам купли-продажи и должен определять наименование и количество товара, подлежащего передаче покупателю
Общее электропотребление железной дороги складывается из расхода энергии на тягу и на снабжение нетяговых потребителей Договорные величины определяются отдельно для тяговых и нетяговых потребителей К нетяговым потребителям относятся промышленные предприятия, сельскохозяйственные и коммунально-бытовые потребители, железнодорожные станции Их доля в общем электропотреблении железной дороги составляет более 20 % В виду многообразия они представляют собой уникальный класс с большим числом характерных особенностей
Методы прогнозирования расхода электроэнергии нетяговыми потребителями, применяемые на железной дороге, сложились во времена плановой экономики Они опираются на основные показатели развития отрасли в соответствии с планом производства работ и услуг В условиях рыночных отношений существующие методы, как правило, дают завышенные значения договорной величины расхода электроэнергии, что приводит к убыткам Необходима разработка методик прогнозирования, позволяющих повысить точность прогнозирования расхода электроэнергии
Таким образом, существует народно-хозяйственная проблема удовлетворительного по точности прогноза договорной величины расхода электроэнергии нетяговых потребителей, решение которой позволит снизить финансовые потери при заключении договора с энергоснабжающей организацией
Значительный вклад в решение проблем, связанных с прогнозированием электропотребления, внесли ученые Б И Кудрин, В В Фуфаев, В И Гнатюк, Д В Шуралев, В А Дулесов, И В Тышкевич, В К Кистенев, Ю В Матюнина, Е Ю Сизганова, А Е Сошников и другие авторы
Известные работы по прогнозированию не содержат готовых методик, позволяющих учесть многообразие структуры и основные закономерности изменения во времени расхода электроэнергии нетяговыми потребителями
Таким образом, научная задача заключается в выявлении характерных особенностей процесса электропотребления нетяговых потребителей железных дорог и разработке на основе существующих методик математической модели для прогнозирования, учитывающей выявленные особенности
Объектом исследования являются системы электроснабжения нетяговых потребителей электрифицированных железных дорог, предмет исследования составляет процесс расхода электроэнергии нетяговыми потребителями железных дорог
Целью исследования является разработка научно обоснованной методики прогнозирования договорной величины расхода электроэнергии нетяговыми потребителями железных дорог, обеспечивающей удовлетворительную точность и оперативность прогноза
Для реализации поставленной цели требовалось решить следующие задачи
- выполнить анализ существующих методов прогнозирования электро
потребления,
- осуществить математическую постановку задачи прогнозирования
расхода электроэнергии нетяговыми потребителями,
на основании данных по Забайкальской и Красноярской железным дорогам проанализировать электропотребление на нужды нетяговых потребителей для изучения его основных закономерностей и выявления возможности применения аппарата ранговых параметрических Я-распределений,
на основе аппарата ранговых параметрических Я-распределений разработать математическую модель для прогноза расхода электроэнергии нетяговыми потребителями железных дорог,
получить оценки точности прогнозирования расхода электроэнергии нетяговыми потребителями с использованием искусственных нейронных сетей и метода, основанного на ранговых параметрических Я-распределениях,
получить оценку возможного эффекта от практического применения для метода прогнозирования, имеющего более высокую точность
Основная идея диссертации состоит в применении и развитии для решения задачи прогнозирования расхода электроэнергии нетяговыми потребителями железных дорог метода рангового анализа на основе гиперболических Я-распределений, базирующегося на техноценологическом подходе к сложным системам
При выполнении диссертационной работы использовались следующие методы исследований ранговый анализ с использованием параметрических Я-распределений, нейросетевое моделирование для решения задач регрессии, элементы теории вероятностей и математической статистики, в частности, корреляционный анализ, метод наименьших квадратов, оценивание распределений случайной величины Расчеты и математическое моделирование
проводились с использованием программных пакетов Statistica, Statistica Neural Networks, MathCad, MS Exel
Основные новые научные результаты, выносимые на защиту
1 Разработана модификация метода ранговых параметрических Я-
распределений для прогнозирования электропотребления, в которой аппрок
симация ранговых распределений осуществляется методом наименьших
квадратов с минимизацией по методу наискорейшего градиентного спуска, а
прогноз значений параметров гиперболического распределения проводится с
помощью множественной линейной регрессии предшествующих значений
временного ряда, параметры которой определяются с использованием метода
авторегрессии и проинтегрированного скользящего среднего
На основе метода ранговых параметрических Я-распределений получена математическая модель для детального прогнозирования по каждому объекту техноценоза
Разработан алгоритм, позволяющий на основе данных о фактическом и прогнозном значениях электропотребления, определить убытки от неточности заявки договорной величины
Получена математическая модель для коррекции прогнозных оценок, позволяющей минимизировать финансовые потери при заключении договора электроснабжения
На основе модифицированного аппарата ранговых параметрических Я-распределений разработан и апробирован алгоритм определения договорных величин объемов расхода электроэнергии нетяговыми потребителями железных дорог
Значение для теории Полученные теоретические результаты развивают методологию рангового анализа, являющегося частью теории техноце-нозов, и позволяют распространить применение аппарата ранговых гиперболических Я-распределений на краткосрочное прогнозирование параметров техноценоза, содержащих сезонные колебания и нелинейный тренд
Практическая значимость состоит в снижении убытков от несоответствия договорных и фактических значений расхода энергии с помощью применения научно обоснованной методики определения заявленной величины расхода электроэнергии на нужды нетяговых потребителей, которая может быть использована в составе программного комплекса для мониторинга и прогнозирования электропотребления железной дороги
Достоверность полученных результатов работы подтверждается сравнением с результатами, полученными с помощью других методов (ней-росетевого моделирования, линейной экстраполяции, полиномиального сглаживания), а также соответствием результатов моделирования фактическим данным
Использование результатов диссертации Материалы диссертационной работы включены в учебные программы дисциплин «Энергоаудит и энергосбережение», «Оптимизация электроснабжения промышленных предприятий» специальности 140211 65 - «Электроснабжение» и используются в
учебном процессе на кафедре электроснабжения и электрического транспорта Политехнического института Сибирского федерального университета
Разработанные в диссертации методы и алгоритмы использованы при выполнении хоздоговорной научно-исследовательской работы «Расчет и обоснование нормативов потребления электроэнергии населением города Красноярска» по муниципальному контракту № 1115 от 30 июня 2005 г
Работа выполнена по заказу Минобразования России в рамках госбюджетной НИР «Теоретические основы энергосберегающего управления режимами систем электроснабжения», № roc per 0120 0405588
Апробация работы Основные результаты работы представлялись, докладывались и обсуждались на XI и XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г Томск, Томский политехнический университет, 2005, 2007 гг), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (г Красноярск, КФ ИрГУПС, 2005 г), ХП Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика» (г Красноярск, ГУЦМиЗ, 2005 г ), VI и VII Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города» (г Красноярск, 2005, 2006 гг), 5-й региональной научно-практической конференции «Интеллектуальные ресурсы ХТИ-филиала КГТУ - Хакасии - 2005» (г Абакан, ХТИ-филиал КГТУ, 2005 г ), Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука Технологии Инновации» (г Новосибирск, НГТУ, 2006 г)
Публикации По теме диссертации опубликовано 7 работ, из которых 1 статья в периодическом издании по перечню ВАК, 1 статья в сборнике научных трудов, 4 статьи в трудах всероссийских научно- практических конференций, 1 работа в трудах международной научно-практической конференции
Общая характеристика диссертации Количество томов 1, количество страниц 178, приложений 1, источников 127, таблиц 19, иллюстраций 53
Похожие диссертации на Анализ и прогнозирование расхода электроэнергии нетяговыми потребителями железных дорог
