Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время, в связи с износом систем теплоснабжения, большое внимание уделяется повышению энергетической безопасности теплоснабжения населения. Тепло – это особый товар, который нельзя запасти впрок и, тем более, перебросить на значительные расстояния. Его необходимо реализовать здесь и сейчас. Поэтому проблема энергетической безопасности должна решаться предупредительными профилактическими мероприятиями с целью исключения аварийных ситуаций в отопительный период и связанных с этим больших финансовых и социальных издержек.
В Удмуртской Республике (УР) насчитывается более тысячи теплоисточников (котельных), вырабатывающих тепло на коммунальные и производственные нужды. При этом большинство из них находится на балансе бюджетов различных уровней. В настоящее время задача планирования работ капитального характера решается не на основе принципа оптимальности и надежности, а на основе принципа очередности.
Конечно, проблема энергетической безопасности заключается не только в старении и снижении надежности работы оборудования теплоисточников. Часть решения этой проблемы заключается в их бесперебойном обеспечении топливом, а также в квалификации персонала и состоянии системы теплоснабжения в целом. Для комплексного решения данной проблемы разработана информационно-аналитическая система учета теплоисточников на территории Удмуртской Республики и потребляемых ими ресурсов. С помощью данной системы решаются следующие задачи.
-
Анализ состояния (энергоаудит) топливно-энергетического комплекса Удмуртской Республики.
-
Расчет требуемых ресурсов под заданный объем потребления конечных энергоносителей.
-
Математическое моделирование и оптимизация надежности теплоисточников при заданных ограничениях.
-
Повышение эффективности функционирования топливно-энергетического комплекса.
-
Оптимизация инвестиционного процесса при реновации систем теплоснабжения.
В последнее время все больше внимания уделяется вопросам совершенствования оперативного управления системами жизнеобеспечения, к которым следует отнести и распределенную систему теплоснабжения. Необходимость такого совершенствования определяется усложнением экономических и производственных связей. От науки требуются рекомендации по оптимальному управлению такими процессами.
В этой связи, большое значение приобретает анализ надежности региональной системы теплоснабжения и решение задачи оптимального управления по ее повышению.
Современный подход к анализу систем, основанный на применении ЭВМ и на математическом моделировании, рассматривается в работах Карманова В.Г., Данцига Дж.Б., Зайченко Ю.П., Вагнера Г., Конюховского П.В., Гнеденко В.Б. и др. В работах Ашманова С.А., Дегтярева Ю.И., Канторовича Л.В. подробно и на практическом материале изложены основы теории решения задач оптимизации, способы построения математических моделей оптимальных задач, рассмотрены основные понятия, методологические принципы и математические аспекты теории оптимизации систем.
В данной работе изучается проблема надежности распределенной системы теплоснабжения. В этой связи построены математические модели надежности теплоисточников и всей системы теплоснабжения региона. Задача управления надежностью распределенной системой теплоснабжения рассматривается как оптимальная задача математического программирования с булевыми переменными.
Объектом исследования в настоящей диссертационной работе является распределенная система регионального теплоснабжения.
Предметом исследования является проблемно-ориентированная система управления по критерию надежности и эффективности функционирования топливно-энергетического комплекса региона.
Целью диссертационной работы является разработка информационно-аналитической системы и математических моделей для решения задачи повышения надежности и эффективности региональной системы теплоснабжения.
Задачи исследования:
-
Создание информационно-аналитической системы теплоснабжения, включающей геоинформационную систему региона.
-
Создание базы данных по теплоисточникам, позволяющей решать задачи повышения надежности и эффективности распределенной системы теплоснабжения региона.
-
Визуализация первичного анализа данных по различным характеристикам.
-
Разработка и реализация алгоритма обновления данных.
-
Разработка математических моделей, алгоритмов и программно-вычислительного комплекса для решения задач оптимального управления.
Методы исследования. В работе использовались методы теории надежности сложных систем, методы оптимизации, методы математического программирования; использован аппарат разработки прикладного программного обеспечения, вычислительных алгоритмов и математического компьютерного моделирования.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена использованием обоснованных математических моделей, апробированных алгоритмов решения задач оптимизации, а также использованием полученных решений в практике оперативного планирования и управления системой теплоснабжения региона.
На защиту выносятся:
математические модели описания надежности теплоисточников распределенной системы теплоснабжения;
постановка и алгоритм решения задачи оптимального управления;
программно-вычислительный комплекс оптимального управления региональной системой теплоснабжения;
результаты решения задач оптимального управления надежностью распределенной системы теплоснабжения.
Научная новизна работы:
разработаны новые математические модели повышения эффективности региональной распределенной системы теплоснабжения по критерию надежности;
разработан программно-вычислительный комплекс, позволяющий в интерактивном режиме решать широкий круг задач оперативного планирования и управления распределенной системой теплоснабжения в реальном масштабе времени;
проведены параметрические исследования и выявлены резервы повышения надежности региональной системы теплоснабжения в условиях ограничений.
Практическая ценность работы
Разработанная и реализованная в виде программно-вычислительного комплекса проблемно-ориентированная система управления теплоснабжением региона используется в Министерстве промышленности и энергетики Удмуртской Республики и может быть использована при решении задач управления теплоснабжением в других регионах Российской Федерации.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях:
VI Всероссийской научно-технической конференции “Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения” (Н. Новгород, октябрь, 2002);
Региональном семинаре-совещании “Энергосбережение и развитие ТЭК” (Ижевск, 28-29 ноября 2002);
IV Международной научно-технической конференции “Информационные технологии в инновационных проектах” (Ижевск, 29-30 мая 2003);
Х Международной научно-практической конференции “Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах” (Пенза, 23 апреля 2009);
Всероссийской научной конференции-семинаре “Теория управления и математическое моделирование” (Ижевск, 2006);
Научно-технических конференциях ИжГТУ (2003-2010).
По теме диссертации опубликованы 12 печатных работ, в том числе 1 монография и 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов кандидатских диссертаций. Материалы диссертации вошли в отчеты по Государственному контракту, выполненному в рамках Республиканской целевой программы “Снабжение Удмуртской Республики местными возобновляемыми видами топлива, альтернативными природному газу”.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии на всех этапах исследования, включающих разработку концептуальной модели проблемно-ориентированной системы управления, технической постановки задачи, подходов и методов к решению исследуемой проблемы, моделирование изучаемых характеристик и анализ полученных результатов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 96 наименований. Работа изложена на 128 страницах текста, содержит 67 рисунков и 19 таблиц.
