автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Методика выбора оптимального варианта повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей

На правах рукописи

МАГАДЕЕВ Эльдар Владимирович

МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 6 НОЯ 2008

Москва 2008

003451600

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Лещинская Тамара Борисовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кудрин Борис Иванович

кандидат технических наук, профессор Азаров Владислав Сергеевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Рязанский государственный

агротехнологический университет им. Костычёва».

Защита состоится 24 ноября 2008 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.02 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»., 127550, Москва, ул. Тимирязевская, д.58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан и размещен на сайте www.msau.ru 23 октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

В.И. Загинайлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность исследований определяется низким уровнем надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, необходимостью обеспечить требуемый уровень надежности для них и оптимальный выбор набора средств и мероприятий, повышающих надежность электроснабжения.

Распределительные сети 0,38-110 кВ сельских районов имеют протяженность 2,3 млн км, в том числе 290 тыс. км. напряжением 35-110 kB, 1184 тыс. км. линий напряжением 10(6) кВ, 826 тыс. км линий напряжением 0,38 кВ и около 500 тыс. трансформаторных пунктов 35-6/0,4 кВ. Для сравнения, протяженность BJI220-750 кВ составляет около 300 тыс. км.

Около 75% районных электрических сетей в России отработали свой ресурс. Дальнейшая эксплуатация более 650 тыс. км. воздушных линий и 150 тыс. трансформаторных подстанций небезопасна.

В 90-ые годы прошлого столетия из-за недостаточного финансирования сократились темпы реконструкции, восстановления, технического перевооружения и нового строительства питающих и распределительных линий. Сегодня процесс старения оборудования продолжается. В результате фактическое время перерывов в электроснабжении потребителей составляет 70-140 ч/год, в то время как в аналогичных сетях в Европе это время составляет 7-10 ч/год.

В распределительных сетях практически не применяются средства (СПН) и мероприятия повышающие надежность электроснабжения, которые могли бы не только обеспечивать требуемый уровень надежности, но и снизить затраты на возмещение ущерба от недоотпуска электроэнергии.

Естественно внедрение и эксплуатация СПН требует больших капиталовложений однако решать задачу оптимального выбора оснащения сети СПН только по принципу минимальных дисконтированных затрат неправильно, т.к. помимо экономических критериев при выборе лучшего варианта должны рассматриваться и технические критерии, то есть задача из однокритериальной становится многокритериальной.

Начиная с 80 годов постепенно осуществляется многокритериальный подход к решению оптимизационных задач. Такой подход обусловлен наличием ПЭВМ и возможностью создания программного обеспечения для решения сложных технических задач и проведения имитационного моделирования, а также появлением теории принятия решений и новой методики оценки технико-экономической эффективности, в которой решение выбирается не по единственному критерию дисконтированных затрат, а по нескольким, причем в условиях неопределенности исходной информации.

Указанные соображения определяют актуальность разработки методики выбора оптимального варианта повышения надежности сельскохозяйственных потребителей по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации и создание на ее основе экспертной системы.

Объектом исследования является система электроснабжения сельскохозяйственных потребителей 0,38-110 кВ.

Предмет исследования. Методика выбора оптимального варианта при выборе средств надежности.

С учетом вышеизложенного, целью диссертационной работы является разработка методики выбора оптимального варианта повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Для достижения цели исследований в работе решены следующие задачи:

- проведены анализ и оценка существующего состояния параметров распределительных сетей 0,38-110 кВ;

- оценены современные средства и мероприятия повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей;

- Для расчета эффекта от внедрения средств и мероприятий повышения надежности электроснабжения собраны и обработаны статистические данные об аварийных отказах элементов электрических сетей за 2007 год и причины отказов;

- разработана методика выбора оптимального и экономически обоснованного варианта оснащения СЭС средствами повышения надежности по многокритериальной модели в условиях неопределенности исходной информации;

- проведено имитационное моделирования СЭС 0,38-110 кВ с помощью разработанной в диссертации экспертной системы оценки надежности (ЭСОН), осуществляющей выбор оптимальной схемы электроснабжения и набора средств повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, по многокритериальной модели с учетом неопределенности.

Методы исследования. Исследования диссертации и разработка методики выбора оптимального варианта повышения надежности электроснабжения базируются на теории электроснабжения, системных исследований в энергетике, теории надежности, математической статистики, методов математического моделирования, теории вероятности, теории решений и исследований операций. Численные результаты получены с использованием разработанной экспертной системы определения надежности.

Научная новизна состоит в разработанной методике выбора мероприятий и средств повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей с учетом неопределенности исходной информации, реализованной в экспертной системе.

Методика включает:

•выбор частных критериев;

•анализ исходной информации;

•методы обработки и учета дополнительной информации об отказах элементов схемы;

•экспертную систему оценки надежности, реализующую разработанную методику многокритериального выбора мероприятий и средств, повышающих надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Достоверность разработанных научных положений, методик, сделанных выводов и рекомендаций обеспечивается корректным применением современных методов исследования; использованием методов математической статисти-

ки, представительным объемом статистического материала; совпадением результатов, полученных для моделей и реальных сетей ФСК ЕЭС.

Практическую значимость представляют методика многокритериального выбора мероприятий и средств повышения надежности, реализованная в экспертной системе ЭСОН, позволяющая предприятиям электрических сетей (ПЭС) и районным электрическим сетям (РЭС) обеспечивать нормируемый уровень надежности электроснабжения у потребителей за счет многокритериальной модели выбора и учета фактической частоты отказов элементов схемы.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы приняты к реализации:

- на ПС «Михайловская» Приокского ПМЭС МЭС Центра при реконструкции ОРУ 110 кВ и выборе набора средств повышения надежности, на основе методики многокритериальной оптимизации с учетом неопределенности электрической нагрузки, что подтверждается актом внедрения от 07.11.2007;

- на ПС «Ногинская» Московского ПМЭС МЭС Центра при модернизации ОРУ 110 кВ, что подтверждается актом внедрения 03.05.2008.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина (2008 г.), на семинарах по повышению квалификации и обучению оперативного персонала подстанций и электрических сетей в ОАО «ФСК ЕЭС» (2005,2006, 2007 гг.).

Публикации. Научные положения, полученные автором, опубликованы в монографии и 4 статьях, из них 3 в изданиях по перечню ВАК.

Структура диссертации и ее объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы 151 страницы. Основная часть 140 страниц, 63 таблицы, 6 рисунков. Библиография включает 89 наименований. Приложение содержит 2 страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования и обозначены подходы к их решению, приведены структура и содержание диссертации и указаны работы, в которых отражены основные результаты.

В первой главе обоснована необходимость разработки методики многокритериального подхода к решению оптимизационных задач в условиях неопределенности исходной информации. Многокритериальность предусматривает оценку качества функционирования системы по нескольким частным критериям. Выбор частных критериев оценки лучшего решения - неопределенность первого рода, снять которую возлагается на лицо принимающее решение. Такой подход субъективен, однако известны общие требования к их набору. Набор частных критериев по возможности должен быть не избыточным и минимальным, способствующим уменьшению размерности задачи, и в то же время достаточным и действенным для принятия однозначного решения.

В общем случае при составлении набора частных критериев для задач оптимизации систем электроснабжения следует опираться на понятия результативность и полезность. Результативность обычно определяется отношением полученного эффекта к затраченному ресурсу, критерием результативности может служить величина суммарных дисконтированных затрат, чистый дисконтированный доход, время окупаемости, внутренняя норма доходности и другие экономические критерии.

Полезность системы электроснабжения определяется двумя основными характеристиками - надежностью электроснабжения и качеством электроэнергии. Чем ниже уровень надежности, тем менее полезным становится использование электроэнергии сельскохозяйственными потребителями. Если надежность снижается ниже некоторого порогового уровня полезность использования электроэнергией сельским населением вообще становится сомнительной.

К качеству электроэнергии применим вывод о том, что при его снижении ниже определенного уровня обеспечение электроэнергией от систем электроснабжения становится не столь привлекательным и начинается поиск других источников энергии.

Итак, подводя итог, в качестве частных критериев оценки лучшего решения (оптимального набора СПН электроснабжения сельскохозяйственных потребителей по многокритериальной модели) выбраны следующие критерии;

Чистый дисконтированный доход, тыс. руб.:

■ЧДД=£Э,(1+Е)-\ (1)

рю

где Э, = Ор, - И,- - Kt + Клкк - чистый доход за год t; Ор t - объем реализованной электроэнергии за год t; И, - издержки на мероприятия, повышающие надежность электроснабжения, без амортизации и финансовых издержек за год t; К,- -капитальные вложения в средства и мероприятия, повышающие надежность электроснабжения в год t; Клик — ликвидационная стоимость мероприятий, повышающих надежность в год t; Е - норма дисконта, доя энергосистем принятая равной 0,1.

Дисконтированные затраты на внедрение и эксплуатацию СПН, тыс. руб.:

Т

Зд = + И, X1 + Е)~* —► min. (2)

t=0

Фактическое время перерыва в электроснабжении, ч/год:

Тсум = т + yt, (3)

где т - суммарный показатель среднего времени восстановления элементов электроснабжения, год/отказ; t - суммарный показатель средней продолжительности плановых ремонтов, год/отключение; у - коэффициент, равный 0,33 и учитывающий меньшую тяжесть плановых отключений.

Дисконтированный недоотпуск электроэнергии для каждого потребителя, кВт/ч: Т

W„.a = W„ (i) (I + E)4, (4)

где W„(<) = Pmax TCVM - годовой недоотпуск электроэнергии потребителю, Pmax -максимальная нагрузка головного участка BJI 10 кВ, Тсум - фактическое время перерыва в электроснабжении, t - номер шага (t = 0,1,2...Т), Т - расчетный период.

Дисконтированный ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс. руб.

ун.д=Еусх1+Е)"> (5)

t=0

где У (г) = Y0WH - годовой ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс.руб; У0 -удельный ущерб от недоотпуска электроэнергии конкретных потребителей, руб/кВтч.

Неодинаковость напряжения у сельскохозяйственных потребителей 10 кВ

Н= 16,5 +0,077 ди2гаах(0, (6)

где AUmax(0 - максимальная потеря напряжения в распределительных сетях, %.

Величина неодинаковости напряжения характеризует ущерб потребителей от ухудшения качества электроэнергии по напряжению. Ущерб от ухудшения напряжения у потребителей сети равен:

max.r,

О)

где У0к - удельный ущерб от отклонения напряжения, руб/(%) кВ A; ^THS^ r -показатель качества электроэнергии, представленный произведением неодинаковости напряжения на максимальную мощность головного участка BJI 10 кВ, (%)2кВ А.

В качестве неопределенных факторов среды приняты электрическая нагрузка, значение удельного ущерба, табличные показатели надежности электроснабжения (параметры потока отказов элементов электроснабжения, среднее время восстановления элементов энергоснабжения, средняя частота плановых простоев, средняя продолжительность плановых ремонтов) и метод определения показателей надежности электроснабжения.

Электрическая нагрузка на перспективу - объективно неопределенная величина, которую можно определить только приближенно и в довольно большом диапазоне. Так, например, нагрузка на вводе в дом колеблется в пределах от 1,8 до 8,5 кВт/дом, а электрическая нагрузка одного фермерского хозяйства предположительно составляет от 35 кВт до 140 кВт для хозяйств различных направлений.

На сегодняшний день нет обоснованных величин удельного ущерба для потребителей сельского хозяйства, а имеющиеся данные позволяют предположить неопределенный характер удельного ущерба от недоотпуска электроэнергии из-за вероятных отказов электрооборудования, интервал которой составляет от или 25-150 руб/кВтч.

Анализ существующих методов расчета показателей надежности электроснабжения потребителей показал, что при расчете уровня надежности одной и той же электрической схемы различными методами, получаются различные значения времени перерыва электроснабжения потребителей и если в одном случае нормируемый уровень надежности для сельскохозяйственных потребителей обеспечивается, то в другом нет. Это еще раз подтверждает неопределенность информации об отказах и зависимость выбора лучшего варианта от нее, поэтому методы определения показателей надежности отнесены к неопределенным факторам состояния среды.

Во второй главе приведен анализ существующих сетей 0,38-110 кВ, показавший, что они не удовлетворяют требованиям потребителей по надежности электроснабжения и качеству электроэнергии.

Поддержание надежности отечественного оборудования и сетей 0,38110 кВ на должном уровне возможно только при организации его сервисного обслуживания - внедрении СПН, выполнении мероприятий, повышающих надежность электроснабжения, диагностировании, капитальном ремонте и пр.

На основе изучения опыта эксплуатации наиболее ответственных элементов электрических сетей - воздушных линий, трансформаторов и выключателей, предложены мероприятия по повышению надежности указанных элементов. При выборе мероприятий учитывались рекомендации положения технической политики ОАО «ФСК ЕЭС», а также мнения экспертов филиала ОАО «ФСК ЮС» Электросетьсервис.

Для анализа статистики аварийных отключений рассматривалась Калужские РЭС. В таблице 1 представлены сведения о воздушных линиях и подстанциях по ОАО «КалугаЭнерго», на рисунках 1-3 показаны причины отказов оборудования.

Таблица 1 - Сведения о ВЛ и ПС по ОАО «КалугаЭнерго» на 2007 год

Протяженность ВЛ, тыс. км Количество ТП 10(б)/0,4кВ, шт. Количество ПС 35 кВ и выше, шт.

110 кВ 35 кВ 6-20 кВ 0,4 кВ

2.408 2.357 13.464 10.39 6586 148

Проанализировав статистику аварийных отключений основного оборудования по ОАО «КалугаЭнерго» за 2007 год и причины, вызвавшие эти повреждения, при помощи экспертной системой ЭСОН можно рассчитать надежность электроснабжения с учетом мероприятий, повышающих надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. Сопоставление статистики аварийных отключений оборудования с мероприятиями, позволяющими избежать таких отключений указаны в таблицах 2-4.

Выявлены основные причины отказов и наиболее уязвимые элементы электрооборудования и предложены мероприятия, позволяющие снизить количество аварийных отключений и повысить надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Лесной пожэр 35%

Рисунок I - Статистика отказов ВЛ 10-110 кВ по ОАО «КалугаЭнерго» за 2007 г.

X 2 3 4

Рисунок 2 - Статистика отказов масляных и воздушных выключателей 10-110 кВ по ОАО «КалугаЭнерго» за 2007 год

Недостатки конструкции 51%

Недостатки эксплуатации 23%

Дефекты ремой гз ¿0%

Естественный износ 11%

Недостатки Дефекты

Рисунок 3 - Статистика отказов трансформаторов 10-110 кВ по ОАО «КалугаЭнерго» за 2007 год

Таблица 2 - Мероприятия, повышающие надежность ВЛ 10-110 кВ

Причина Кол-во % Мероприятие

Гроза 329 27 Использование длиниоискровых разрядников РДИ в качестве грозозащиты В Л 110 и 10 кВ и одновременной защиты проводов от пережога*

Установка одного или нескольких ОПН параллельно изоляторам*

Повреждение изоляторов 141 12 Замена стеклянных тарельчатых и длинностерж-невых фарфоровых изоляторов на полимерные с кремнийорганическим защитным покрытием*

Применение полиспектрального метода контроля технического состояния опорно-подвесной изоляции высоковольтных линий на рабочем напряжении

Повреждения посторонними лицами 80 6 Замена стеклянных тарельчатых и длинностерж-невых фарфоровых изоляторов на полимерные с кремнийорганическим защитным покрытием

Применение проводов с термостойким алюминиевым сплавом

Лесной пожар 430 35 Вырубка леса вблизи ВЛ*

Продолжение таблицы 2

Повреждение опор 62 5 Применение опор на основе железобетонных цен-трофутированных конструкций

Птицы 38 3 Замена стеклянных тарельчатых и длинностерж-невых фарфоровых изоляторов на полимерные с кремнийорганическим защитным покрытием.

Тепловизионнное обследование для обнаружения дефектов контактных соединений на линиях, а также дефекты, возникшие на опорной изоляции.

Стихия 140 12 Использование многорезонансных гасителей вибрации Использование устройств, предотвращающих го-лоледообразование на проводах, грузограничите-ли закручивания проводов и устройства для защиты проводов от налипания мокрого снега

Итого 1220 100

Таблица 3 - Мероприятия, повышающие надежность масляных и воздушных выключателей 10-110 кВ

Причина Кол-во % Мероприятие

Недостатки конструкции и изготовления Применение колонковых и баковых элегазовых выключателей со встроенными трансформаторами тока, преимущественно с пружинным приводом взамен устаревших масляных и воздушных выключателей*

54 51 Внедрение прогрессивных методов и средств мониторинга для получения оперативной информации о состоянии выключателя*

Повышение номинального тока отключения и коммутационного ресурса путем модернизации контактной системы выключателей

Недостатки эксплуатации 30 28 Внедрение прогрессивных методов и средств мониторинга для получения оперативной информации о состоянии выключателя

Использование быстродействующих устройств релейной защиты для снижения времени отключения коротких замыканий.

Дефекты ремонта 11 10 Внедрение прогрессивных методов и средств мониторинга для получения оперативной информации о состоянии выключателя

Естественный износ 12 11 Применение колонковых и баковых элегазовых выключателей со встроенными трансформаторами тока, преимущественно с пружинным приводом взамен устаревших масляных и воздушных выключателей

Итого 107 100

Таблица 4 - Мероприятия, повышающие надежность _ трансформаторов 10-110 кВ_

Причина Кол-во % Мероприятие

Недостатки конструкции и изготовления 12 27 Изменение конструкции трансформаторов, использовать магнитопровод с косым стыком или без стыка вообще (возможно ленточный), применять для магнитопровода металл с повышенной коэрцитивной силой*

Применение силовых трансформаторов, не требующих подпрессовки обмоток в течении всего срока службы, с вводами с твердой изоляцией или герметичными маслонаполненными вводами.*

Недостатки эксплуатации 4 9 Использование более эффективных систем охлаждения путем принудительной или естественной циркуляции масла

Дефекты ремонта 12 27 Оснащение трансформаторов системами мониторинга и диагностики, встраивание в конструкцию внутренних и внешних дискретных датчиков для контроля за усилием подпрессовки обмотки, температурой нагретой точки и т.д.*

Посторонние воздействия 8 18 Оснащение трансформаторов системами мониторинга и диагностики, встраивание в конструкцию внутренних и внешних дискретных датчиков для контроля за усилием подпрессовки обмотки, температурой нагретой точки и т.д.

Внедрение новых систем пожаротушения, предотвращения от взрывов и возгораний, повышающих их пожаростойкость и пожаробезопасность.

Повреждение обмоток и изоляции 6 13 Применение силовых трансформаторов, не требующих подпрессовки обмоток в течении всего срока службы, с вводами с твердой изоляцией или герметичными маслонаполненными вводами.

Оснащение трансформаторов системами мониторинга и диагностики, встраивание в конструкцию внутренних и внешних дискретных датчиков для контроля за усилием подпрессовки обмотки, температурой нагретой точки и т.д.

Ненормальные и аварийные режимы сети 3 6 Внедрение новых систем пожаротушения, предотвращения от взрывов и возгораний, повышающих их пожаростойкость и пожаробезопасность

Итого 45 100

Используя статистику об отказах основного оборудования и зная причину, приведшую к повреждению, можно предположить, степень уменьшения пара-

метра потока отказов оборудования при выполнении указанных выше мероприятий.

В третьей главе рассмотрен алгоритм определения финансово-экономическая эффективности инвестиций в средства и мероприятия, повышающие надежность электроснабжения.

Методы оценки финансово-экономической эффективности инвестиционных проектов без учета фактора времени предполагают использование упрощенной схемы расчета следующих показателей. Главный недостаток простых методов оценки эффективности проектов, связанных с вложением инвестиций в СПН заключается в игнорировании факта неравноценности одинаковых сумм поступлений, относящихся к разным периодам и в определении того, насколько будущие поступления оправдывают сегодняшние затраты на внедрение СПН.

Методы оценки финансово-экономической эффективности инвестиционного проекта с учетом фактора времени предполагают приведение расходов и доходов, разнесенных во времени, к базовому моменту времени, например к дате начала использования мероприятий, повышающих надежность. Процедура приведения разновременных денежных вложений к базовому периоду называется дисконтированием, а получаемая оценка - дисконтированной стоимостью денежного потока. Расчет коэффициентов приведения производится на основании нормы дисконта Е, смысл которого заключается в оценке снижения стоимости денежных ресурсов с течением времени.

В четвертой главе приводятся сведения о построении экспертных систем, структура таких систем и задачи, стоящие перед ними. Для оптимизационной задачи выбора средств и мероприятий по повышению надежности электроснабжения разработана экспертная система ЭСОН, в основу которой положен алгоритм выбора оптимального варианта по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации:

1. Разработка стратегий (вариантов) Разрабатываемые стратегии рассматриваются как различные пуги достижения целей функционирования системы. Для задачи принятия решения необходимо иметь по крайней мере две стратегии. После этого в распоряжении ЛПР, оказывается матрица множества взаимоисключающих решений <р = (ср!.. ,<рт), из которых ему нужно выбрать одно.

2. Обоснование и выбор частных критериев оценивающих степень достижения целей функционирования СЭС 0,38-110 кВ. Процедура обоснования частных критериев носит творческий характер и является одним из этапов решения. Набор критериев неодинаков для разных задач.

3. Создание программного обеспечения, позволяющего производить имитационное моделирование СЭС 0,38-110 кВ. Для выбора средств и мероприятий по повышению надежности электроснабжения разработана экспертная система определения надежности ЭСОН

4. Анализ состояния среды. Системы электроснабжения функционируют в человеческом обществе и испытывают на себе различные изменения технической, экономической и социальной политики. Все вместе это называется средой, в которой функционирует система. Как правило, среда носит неопределенный характер. В качестве неопределенных факторов приняты значения

электрической нагрузки, удельного ущерба от недоотпуска электроэнергии сельскохозяйственным потребителям и методы определения показателей надежности.

5. Получение дополнительной информации. Дополнительная информация в диссертации получена в виде статистической об отказах элементот СЭС 0,38-110 кВ и в результате экспертного опроса с последующей обработкой ответов экспертов о возможном росте нагрузок.

6. Обработка дополнительной информации и получение распределения вероятностей ее состояния. В результате обработки и анализа дополнительной информации получают распределение вероятностей р = (р1...рп), по которым в дальнейшем принимались решения.

7. Расчет матриц значений частных критериев. При помощи ЭСОН проводится имитационное моделирование СЭС 0,38—110 кВ, в результате получают матрицы значений частных критериев, характеризующих выигрыш (проигрыш) по той или иной стратегии в различных состояниях среды.

8. Выбор способа свертки частных критериев оценки в единый оценочный функционал. Результатом этого этапа является матрица оценочного функционала рассматриваемых стратегий в различных состояниях среды.

9. Выбор критерия принятия решения и нахождения оптимального решения по единому оценочному функционалу. Среди критериев выбора лучшего решения наиболее устойчивым является критерий Байеса, когда лучшее решение соответствует минимуму математического ожидания оценочного функционала.

Для обработки дополнительной информации о неопределенности среды проведен экспертный опрос специалистов филиала ОАО «ФСК ЕЭС» Электро-сетьсервис и обработаны статистические данные об отказах оборудования.

В таблице 5 даны ответы экспертов, указавших границы интервала и среднее значение ежегодного роста нагрузок в России на перспективу 20 лет.

_Таблица 5 - Ежегодный рост нагрузок в СЭС 0,38-110 кВ__

№ эксперта

1 2 3 [4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Интервал значений ежегодного роста нагрузок, % год

4-6 2-3 4,5-5 | 9-10 | 5-7 3-3,5 11,5-213-511,5-3,5 7-9 6-7 15,5-6,517,5-8,5

Средний ежегодный рост нагрузок, % год

5 2,5 4 9,5 | 6 3 1,7 4 2,5 8 6,5 6 8

По данным таблицы 5 построена кривая плотности распределения коэффициента роста нагрузок КР20лет, функция принадлежности роста нагрузок и затем переведена в распределение вероятностей состояния среды р (таблица 6).

Таблица 6 - Вероятности состояния среды (рост нагрузки)

Кр 20 лет 1,53 1,61 1,81 2,19 3,1 4,66

ФП Рост нагрузок. % год 1,5 2,4 3 4 6

Р 0,1 0,2 0,5 од 0,6 0,04

Аналогично получены ответы экспертов, указавших границы интервала удельного ущерба от недоотпуска электроэнергии сельскохозяйственному потребителю, а также их предпочтения в выборе метода определения показателей надежности.

Таблица 7 - Интервал значений удельного ущерба

№ эксперта

1 2 3 4 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13

Инте рвал предполагаемого значения удельного ущерба, руб/кВтч

3040 90100 75-85 2030 60- 110- 90- 40-50 70-80 70 120 100 150160 80-90 65-75 5565

Среднее значение удельного ущерба руб/кВтч

35 95 80 25 | 65 | 115 | 95 | 45 | 75 | 155 85 | 70 | 60

Таблица 8 - Вероятность состояния среды (значение удельного ущерба)

Значение удельного ущерба, руб/кВтч 25 50 75 100 125 150

Р 0,04 0,06 0,35 0,25 0.2 0,1

На сегодняшний день наибольшее применение нашли следующие методы определения показателей надежности электроснабжения: структурный метод (1); метод с использованием справочных данных Б.Н. Неклепаева (2); метод с использованием справочных данных ОАО «РОСЭП» (3); метод, с учетом реальной статистики (4).

Таблица 9 - Ранжирование методов определения показателей надежности по ___точности и применимости.__

№ эксперта

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 7 | 8 | 9 | 10 11 12 | 13

Предпочтение в выборе метода определения показателей надежности элек-

троснабжения

(1) | (3) | (1) | (4) (2) 1 (1) 1 (3) (2) (4) 0) (1) (2) I (4)

Таблица 10 - Вероятность состояния среды (ранжирование методов определе-_ния показателей надежности) ___

Метод определения показателей надежности 0) (2) (3) (4)

Р 0,39 0,23 0,15 0,23

В пятой главе приведен пример выбора оптимального варианта повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей для схем питания представленных соответственно на рисунках 4-5.

иины 110 кВ

РТП 110/10 кВ

01^

В/1 110 кВ

ТП 10/0,4 кВ 10 кВ,

50 км

В/ 0.38 кВ

Рисунок 4 - Схема электроснабжения 110/10/0,38 с одной питающей ВЛ 110 кВ и одним трансформатором на РТП 110/10 кВ

иины 110 кВ РТП 110/10 кВ

-■В/1 НО кВ

ТП 10/0,4 кВ

В/1 0.38 кВ

0 о50

В/1 10 кВ -=>-

потребители

Рисунок 5 - Схема электроснабжения 110/10/0,38 с двумя питающими ВЛ 110 кВ и двумя трансформаторами на РТП 110/10 кВ

При определении оптимального варианта набора СПН рассмотрены следующие (стратегии) — СЭС 0,38-110 кВ не оснащена СПН; <р2 - выполнение автоматического секционирования ВЛ 10 кВ; ф3 - применение дистанционного измерителя (ДИ) расстояния до места КЗ на В Л 10 кВ; <р4- использование сетевого указателя КЗ (СУ) на ВЛ 10 кВ; <р5 - наличие диспетчера на РТП 110/10 кВ; ф6- совместное использование ДИ и диспетчера на РТП 10/10 кВ; <р7 - совместное использование ДИ, СУ и диспетчера на РТП 10/10 кВ; <р8- совместная установка секционирующих выключателей и схем автоматического включения резерва (АВР) на ВЛ 10 кВ; ср9 - выполнение мероприятий, повышающих надежность основного оборудования СЭС 0,38-110 кВ (отмеченные индексом «*» в таблицах 2-4); <рю - одновременная совместная установка секционирующих выключателей и схем АВР и выполнение мероприятий, повышающих надежность оборудования.

Для свертки частных критериев в единый оценочный функционал рассмотрены мультипликативный и аддитивный способы свертки.

Выбор оптимального варианта по матрицам оценочного функционала осуществлен по критерию Байеса, как наиболее обоснованному и дающему устойчивое решение, по которому лучшее решение соответствует минимуму математического ожидания оценочного функционала.

Минимум математического ожидания оценочного функционала как при мультипликативной, так и при аддитивной свертке для трех выбранных состояний среды получен у стратегии ф,0 Схема электроснабжения на рисунке 5 обладает более высокими показателями надежности в сравнении с схемой на рисунке 4, что подтверждают расчеты математических ожиданий оценочных

функционалов. При свертке частных критериев как мультипликативным, так и аддитивным способом для любой стратегии оснащения СПН СЭС 0,38-110 кВ оценочный функционал схемы с двумя питающими ВЛ меньше оценочного функционала схемы с одной питающей ВЛ. При использовании средств и мероприятий, повышающих надежность возрастают дисконтированные затраты на сооружение сети, но при этом уменьшается суммарная продолжительность перерывов электроснабжения и ущерб от недоотпуска электроэнергии, что повышает чистый дисконтированный доход и делает использование указанных средств и мероприятий обоснованными как технически, так и экономически. Это объясняет полученные результаты расчета.

В заключении приводятся основные результаты, полученные в диссертации.

В приложении представлены акты применения и внедрения результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Система электроснабжения 0,38-110 кВ является большой сложной системой, обладающей характерными свойствами, а также множеством целей функционирования и неопределенной информацией об электрических нагрузках, величине удельного ущерба от недоотпуска электроэнергии, методе определения показателей надежности электроснабжения. Задачи оптимизации таких систем решаются многокритериальными методами.

2. Анализ существующих сетей 0,38-110 кВ показал, что они не удовлетворяют требованиям потребителей по надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. Поддержание характеристик надежности распределительных сетей 0,38-110 кВ на должном уровне возможно только при рациональной организации сервисного обслуживания и внедрении СПН, поскольку быстрая замена на новое оборудование требует больших затрат.

3. На основе изучения опыта эксплуатации наиболее ответственных элементов электрических сетей предложены мероприятия по повышению их надежности. При выборе мероприятий учитывались рекомендации технической политики компании ОАО « ФСК ЕЭС», а также мнения экспертов ее филиалов.

4. Разработана методика выбора мероприятий и оптимального набора средств повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации, реализованная в экспертной системе.

5. В качестве частных критериев оптимального набора СПН выбраны чистый дисконтированный доход от использования СПН, дисконтированные затраты на внедрение и эксплуатацию СПН, суммарная продолжительность перерывов электроснабжения, величина недоотпуска электроэнергии, величина ущерба от недоотпуска и величина неодинаковости напряжения.

6. Для снижения неопределенности информации о значениях электрических нагрузок, величины удельного ущерба и методе определения показателей надежности проведена обработка дополнительной экспертной информации, что позволило перейти от неопределенной информации к вероятностной.

7. Обосновано, что рациональным способом решения поставленной задачи является применение критерия Байеса в сочетании с мультипликативным и аддитивным способами свертки частных критериев в оценочный функционал.

8. Пример выбора оптимального варианта повышения надежности показал, что оптимальным комплексом средств обеспечения требуемого уровня надежности является одновременная совместная установка секционирующих выключателей и схем АВР и выполнение мероприятий, повышающих надежность основного оборудования за счет высокой надежности, снижения суммарной продолжительности перерывов электроснабжения и ущерба от недоотпуска электроэнергии, что повышает чистый дисконтированный доход и делает использование СПН обоснованными как технически, так и экономически.

Основные положения работы отражены в следующих публикациях:

1. Магадеев, Э.В. Оценка надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в экспертной системе оценки надежности (ЭСОН) [текст] / Лещинская Т.Е., Магадеев Э.В. // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агро-инженерия. - 2007. - № 1.-С. 19-24.-ISBN 978-5-86785-194-1.

2. Магадеев, Э.В. Анализ уровня надежности с учетом неопределенности об отказах элементов системы электроснабжения в экспертной системе оценки надежности [текст] / Магадеев Э.В. // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинже-нерия. - 2007. - № 3. - С. 12-17. - ISBN 978-5-86785-209-2.

3. Магадеев, Э.В. Анализ надежности электроснабжения с учетом модернизации оборудования подстанций [текст] / Магадеев Э.В. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - №1. - С. 24-26. ISSN 0206-572х.

4. Магадеев, Э.В. Оценка надежности сельскохозяйственных потребителей в экспертной системе оценки надежности [текст] / Лещинская Т.Б., Магадеев Э.В. // Электрика. - 2008. №4. - С. 30-36. ISSN 1684-2472.

5. Магадеев, Э.В. Методика выбоа оптимального варианта повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей / Лещинская Т.Б., Магадеев Э.В.//. Монография. - М. МГАУ, 2008. - С. 110 ISBN 978-586785-233-7.

Подписано к печати 20.10.08 Формат 60x84/16 Печать трафаретная Бумага офсетная Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 346

Отпечатано в издательском центре

ФГОУ ВПО МГАУ

127550, Москва, ул. Тимирязевская, 58

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОСТЬ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

1.1. Системный подход оценки функционирования системы электроснабжения 0,38-110 кВ.И

1.2. Неопределенность исходной информации и состояния среды в задачах оптимизации параметров систем электроснабжения и способы ее снятия.

1.3. Анализ существующих методов расчета надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

1.4. Качество электроэнергии — частный критерий оценки технико-экономического состояния распределительных сетей.

1.5. Общие требования к частным критериям оценки надежности электроснабжения.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 0,38-110 кВ, КОМПЛЕКС МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.

2.1. Современный уровень надежности систем электроснабжения 0,38-110 кВ.

2.2. Надежность питающих и распределительных воздушных линий системы электроснабжения 0,38-110 кВ.

2.3. Надежность силовых выключателей системы электроснабжения 0,38-110 кВ.

2.4. Надежность трансформаторов системы электроснабжения 0,38-110 кВ.

2.5. Мероприятия, повышающие надежность электроснабжения, анализ статистики аварийных отключений оборудования электрических сетей за последние годы и определение эффекта от применения средств и мероприятий, повышающих надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНВЕСТИЦИЙ В СРЕДСТВА И МЕРОПРИЯТИЯ, ПОВЫШАЮЩИЕ НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ЧАСТНОГО КРИТЕРИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ.

3.1. Понятие инвестиций. Основные этапы инвестиционного проекта.

3.2. Методы оценки финансово-экономической эффективности инвестиционного проекта без учета фактора времени.

3.3. Методы оценки финансово-экономической эффективности инвестиционного проекта с учетом фактора времени.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СРЕДСТВ И МЕРОПРИЯТИЙ, ПОВЫШАЮЩИХ НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В СЕТЯХ 0,38-110 кВ ПО МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ МОДЕЛИ С УЧЕТОМ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ.

4.1. Экспертная система имитационного моделирования и оценки средств и мероприятий повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей ЭСОН.

4.2. Алгоритм выбора оптимального варианта набора средств и мероприятий, повышающих надежность электроснабжения по многокритериальной методике.

4.3. Способы получения и обработки дополнительной информации для снятия неопределенности.

4.4. Назначение, возможности и описание структуры экспертной системы определения надежности ЭСОН.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ПРИМЕР ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО НАБОРА СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПО МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ МОДЕЛИ С УЧЕТОМ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИСХОДНОЙ

ИНФОРМАЦИИ.

5.1. Применение экспертной системы ЭСОН при оптимизации параметров СЭС 0,38-110 кВ с одной питающей ВЛ 110 кВ и одним трансформатором на

РТП110/10 кВ.

5.2 Применение экспертной системы ЭСОН при оптимизации параметров СЭС 0,38-110 кВ с двумя питающими В Л 110 кВ и двумя трансформаторами на РТП

110/10 кВ.

Выводы по главе 5.

Актуальность темы диссертации. Актуальность исследований определяется низким уровнем надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, необходимостью обеспечить требуемый уровень надежности для них и оптимальный выбор набора средств и мероприятий, повышающих надежность электроснабжения.

Распределительные сети 0,38-110 кВ районов имеют протяженность 2,3 млн. км, в том числе 290 тыс. км. напряжением 35-110 кВ, 1184 тыс. км. линий напряжением 10(6) кВ, 826 тыс.км. линий напряжением 0,38 кВ и около 500 тыс. трансформаторных пунктов 35-6/0,4 кВ. Для сравнения, протяженность BJI 110-220 кВ составляет около 300 тыс. км. [1].

Около 75% районных электрических сетей в России отработали свой ресурс. Дальнейшая эксплуатация более 650 тыс. км. воздушных линий (BJI) и 150 тыс. трансформаторных подстанций (ТП) небезопасна [2]. Существующая до 1990 г. практика проектирования и строительства сетевых объектов 10 кВ на нагрузку 57-го годов привела к тому, что через 7-10 лет пропускная способность сетей и надежность электроснабжения становилась недостаточной и сеть нуждалась в реконструкции. За последние 10 лет системы электроснабжения (СЭС) сельскохозяйственных потребителей практически не обновлялись.

Современное состояние СЭС характеризуется высоким процентом износа и значительным снижением технико-экономических показателей: не выдержаны расчетные требования по климатическим условиям — по ветру и гололеду, применяются провода с алюминиевыми жилами малых сечений 25.35 мм2, что противоречит концепции реконструкции и технического перевооружения СЭС районов, разработанной ОАО «РОСЭП» под руководством к.т.н. В.И. Шевляковым и др. [3,4].

Непрерывный рост нагрузок СЭС районов, связанный с ростом коммунальных нагрузок потребителей является причиной увеличения потерь электроэнергии в распределительных сетях среднего и низшего напряжений. На сегодняшний день потери электроэнергии в распределительных сетях чрезмерно велики и составляют 15-30% [5,6].

В 90-е гг. прошлого столетия из-за недостатка финансирования сократились темпы восстановления, реконструкции, технического перевооружения и нового строительства питающих и распределительных линий. Сегодня процесс старения оборудования и линий продолжается из-за недостаточных объемов реконструкции и перевооружения. В результате надежность электроснабжения не повышается и составляет в сетях 0,38-110 кВ 120 устойчивых отключений в год в расчете на 100 км воздушных линий. Низкий уровень надежности отечественных сельских сетей виден из сопоставления с зарубежными данными, относящимся к таким же сетям. Так во Франции [7] в сетях 0,38-110 кВ - 15 устойчивых отключений на 100 км линии в год, в Польше [7] - 40 устойчивых отключений.

В распределительных сетях практически не применяются средства и мероприятия повышающие надежность электроснабжения, которые могли бы не только обеспечивать требуемый уровень надежности, но и снизить затраты на возмещение ущерба от недоотпуска электроэнергии.

Контрольные замеры электрических нагрузок в В Л 10 (6) кВ проводятся только на головном участке два раза в год - зимой и летом. В результате возникает неопределенность информации об электрических нагрузках на участках и в целом на ВЛ, что не позволяет достаточно точно проводить расчеты недоотпуска электроэнергии и оценивать мероприятия по его снижению.

Основным направлением развития распределительных сетей на период до 2015г. в соответствии с Энергетической стратегией России [8] является комплексное решение задач, направленных на обеспечение надежности и экономичности электроснабжения потребителей. Вопросы электроснабжения распределительных сетей должны решаться на более оснащенном технически уровне с использованием новых принципов, технических решений и средств для распределительных сетей. Существенное влияние на уровень надежности электроснабжения в СЭС оказывает набор средств и мероприятий, повышающих надежность электроснабжения.

На протяжении многих лет технические задачи по выбору оптимального варианта комплекса средств для обеспечения требуемого уровня надежности электроснабжения, как правило, решались на основе одного критерия - минимума приведенных затрат при соблюдении определенных ограничений по надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. При сравнении, например, разных« схем электроснабжения по единственному критерию приведенных затрат предполагалось, что эти схемы равноценны с точки зрения надежности электроснабжения и качества электроэнергии.

Однако считать на этом задачу выбора оптимального решения законченной нельзя. Во многих случаях оценка рассматриваемых вариантов оснащения средствами повышения надежности (СПН) усложняется и не ограничивается требованиями к надежности. Это происходит, в основном, по двум причинам. Во-первых, электрическая система всегда характеризуется множеством параметров и оценка вариантов по каждому из них может быть различной. Во-вторых, последствия от принимаемых решений зависят от будущих состояний рассматриваемой системы, значений нагрузки и темпов развития, которые, как правило, точно неизвестны.

Поэтому для строгого соблюдения условия сопоставимости вариантов по значению затрат в целевой функции в той или иной форме необходимо учитывать показатели надежности электроснабжения, т.е. при рассмотрении оптимизационных задач обеспечения нормируемого уровня надежности эффективность принимаемых решений нельзя достаточно полно охарактеризовать с помощью только одного критерия. Таким образом, оптимизационные задачи следует считать многокритериальными [9]. При этом необходимость оценки решений по нескольким критериям обычно связывают с неопределенностью предпочтений лица, принимающего решение (ЛПР).

Начиная с 80 годов постепенно осуществляется многокритериальный подход к решению оптимизационных задач [9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19] с учетом неопределенности исходной информации. Такой подход обусловлен наличием ПЭВМ и возможностью создания программного обеспечения для решения сложных технических задач и проведения имитационного моделирования, а также появлением теории принятия решений [20,21,22,23,24,25 и др.] и новой методики оценки технико-экономической эффективности, в которой решение выбирается не по единственному критерию дисконтированных затрат, а по нескольким, причем в условиях неопределенности исходной информации.

Указанные соображения определяют актуальность разработки методики выбора оптимального набора средств повышения надежности сельскохозяйственных потребителей по многокритериальной модели с учетом неопределенности части информации и создание на ее основе экспертной системы.

С учетом вышеизложенного, целью диссертационной работы является разработка методики оценки и выбора оптимального варианта комплекса средств обеспечения требуемого уровня надежности для сельскохозяйственных потребителей по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации.

Для достижения цели исследований в работе решены следующие задачи:

- проведены анализ и оценка существующего состояния параметров распределительных сетей 0,3 8-110 кВ;

- разработана методика построения моделей электрической сети 0,38-110 кВ;

- оценены современные средства и мероприятия по повышению надежности наиболее ответственных элементов электрической сети. В результате с учетом статистики аварийных отключений оборудования электрических сетей определена степень влияния таких средств и мероприятий на показатели надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей;

- обработана статистика аварийных отключений оборудования электрических сетей за последние годы, а также причин, вызвавших эти повреждения для определения эффекта от применения средств и мероприятий повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей;

- разработана методика выбора оптимального и экономически обоснованного варианта оснащения СЭС средствами повышения надежности по многокритериальной модели в условиях неопределенности исходной информации. Выбор оптимального экономически обоснованного варианта произведен как с учетом, так и без учета фактора времени;

- проведено имитационное моделирования СЭС 0,38-110 кВ с помощью разработанной экспертной системы оценки надежности (ЭСОН), осуществляющей выбор оптимальной схемы электроснабжения и набора средств обеспечения надежного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, по многокритериальной модели с учетом неопределенности.

Методы исследования. Исследования диссертации и разработка методики выбора оптимального варианта комплекса средств обеспечения требуемого уровня надежности электроснабжения базируются на теории электроснабжения, системных исследованиях в энергетике, теории надежности, математической статистики, методов математического моделирования, теории вероятности, теории решений и исследования операций. Численные результаты получены с использованием разработанной экспертной системы определения надежности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработана методика выбора мероприятий и оптимального набора средств повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации, реализованная в экспертной системе.

Методика включает:

- обоснование и выбор частных критериев оценки уровня надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей

- анализ исходной информации при выборе оптимального варианта средств и мероприятий повышения надежности электроснабжения

- способы обработки и учета дополнительной информации об отказах элементов схемы и электрической нагрузки (статистической и экспертной)

- обоснование критерия выбора лучшего варианта средств повышения надежности электроснабжения

- алгоритм выбора оптимального набора средств повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации экспертную систему выбора средств повышения надежности сельскохозяйственных потребителей, реализующую методику многокритериального выбора с учетом неопределенности информации и позволяющую проводить имитационное моделирование систем электроснабжения с различными вариантами обеспечения СЭС 0,38-110 кВ средствами повышения надежности с учетом дополнительной информации в виде статистической и экспертной.

Практическая значимость работы

Методика многокритериального выбора средств повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, разработанная в диссертации и реализованная в экспертной системе ЭСОН, позволяет предприятиям электрических сетей (ПЭС) и районным электрическим сетям (РЭС) выбрать лучший вариант оснащения распределительных сетей 10 кВ средствами повышения надежности и обеспечить нормируемый уровень надежности электроснабжения у потребителей. При расчетах с помощью ЭСОН можно учесть фактические частоты отказов элементов схемы и их продолжительность в данной энергосистеме.

ЭСОН также полезна при проектировании внешнего электроснабжения крупных сельскохозяйственных предприятий по производству и переработке сельскохозяйственной продукции. ЭСОН позволяет пользователю проанализировать уровень надежности потребителей, рассчитанный различными методами. В случае превышения нормируемой продолжительности перерыва в электроснабжении ЭСОН сообщает об этом и предлагает набор средств и мероприятий для повышения надежности электроснабжения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина (2008 г.), на семинарах по повышению квалификации и обучению оперативного персонала подстанций и электрических сетей в ОАО «ФСК ЕЭС» (2005, 2006, 2007 г.г.).

Публикации. Научные положения, полученные автором, опубликованы в монографии и 4 статьях, из них 3 в изданиях по перечню ВАК. и

Основные выводы и результаты

1. Система электроснабжения 0,38-110 кВ является большой сложной системой, обладающей характерными свойствами, а также множеством целей функционирования и неопределенной информацией об электрических нагрузках, величине удельного ущерба от недоотпуска электроэнергии, методе определения показателей надежности электроснабжения. Задачи оптимизации больших сложных систем решаются многокритериальными методами с учетом неопределенной информации.

2. Анализ существующих сетей 0,38-110 кВ показал, что они не удовлетворяют требованиям потребителей по надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. Поддержание характеристик надежности отечественного оборудования и сетей 0,38-110! кВ на должном уровне возможно только при рациональной организации его сервисного обслуживания - внедрении СПН, выполнении мероприятий, повышающих надежность электроснабжения, диагностировании, текущем и капитальном ремонте, модернизации отдельных частей и пр. - поскольку быстрая его замена на новое оборудование требует больших капиталовложений

3. На основе изучения опыта эксплуатации наиболее ответственных элементов электрических сетей (воздушных линий, трансформаторов и выключателей), предложены основные мероприятия по повышению надежности указанных элементов. При выборе мероприятий учитывались рекомендации, указанные в положении о технической политике ОАО « ФСК ЕЭС», а также сведения экспертов филиала ОАО «ФСК ЕЭС» Электросетьсервис в области воздушных линий и трансформаторного оборудования.

4. Разработана методика выбора мероприятий и оптимального набора средств повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей по многокритериальной модели с учетом неопределенности исходной информации, реализованная в экспертной системе.

5. Сформирована и обоснована система частных критериев выбора оптимального набора СПН и мероприятий, повышающих надежность электроснабжения: в качестве частных критериев целесообразно выбрать чистый дисконтированный доход от использования СПН, дисконтированные затраты на их внедрение и эксплуатацию, суммарную продолжительность перерывов электроснабжения, дисконтированную величину недоотпуска электроэнергии из-за вероятных отказов электрооборудования СЭС 0,38-110 кВ, дисконтированную величину ущерба от недоотпуска и дисконтированную величину неодинаковости напряжения. Выбранные частные критерии считаются равнозначными.

6. Для уменьшения степени неопределенности информации при увеличении электрических нагрузок, изменении величины удельного ущерба и методе определения показателей надежности проведен анализ и обработка дополнительной экспертной информации, в результате которых построены функции распределения вероятностей, что позволило перейти от неопределенной информации к вероятностной.

7. Обосновано, что рациональным способом решения поставленной задачи является применение критерия Байеса в сочетании с мультипликативным и аддитивным способами свертки частных критериев в единый оценочный функционал. Значения частных критериев рассматриваемых стратегий при различных состояниях среды получены на основе имитационного моделирования с помощью разработанной в диссертации экспертной системой определения надежности ЭСОН.

8. Пример выбора оптимального набора СПН и мероприятий, повышающих надежность СЭС 0,38-110 кВ по многокритериальной модели с учетом неопределенности состояния среды показал, что оптимальным комплексом средств обеспечения требуемого уровня надежности является одновременная совместная установка секционирующих выключателей и схем автоматического включения резерва (АВР) и выполнение мероприятий, повышающих надежность основного оборудования СЭС 0,38-110 кВ (воздушных линий, трансформаторов и выключателей) за счет высокой надежности и снижения суммарной продолжительности перерывов электроснабжения и ущерба от недоотпуска электроэнергии, что повышает чистый дисконтированный доход и делает использование указанных средств и мероприятий обоснованными как технически, так и экономически.

1. Губанов М.В., Лещинская Т.Б. Состояние сельской электрофикации и ее преспективы. // Механизация и электрофикация сельского хозяйства. — 2000. -№3.

2. Будзко. И.А., Левин М.С. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Агропромиздат, 1985 г-320 с.

3. Шевляков В.И. Концептуальные подходы к реконструкции и техническому перевооружению распределительных сетей сельских территорий. // Сб. науч. Трудов М.: ВИЭСХ, 2001

4. Шевляков В.И. Разработка концепции развития распределительных электрических сетей сельских территорий. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., 2001

5. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электрической энергии. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 224 с.

6. В.Б. Христенко. Положение о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС». — М.: ООО «ДиалогЭлектро», 2006 -128 с.

7. Прусс В.Л., Тисленко В.В. повышение надежности сельских электрических сетей. Л.: Энергоатомиздат, 1989 -208 с.

8. Разработка стратегий развития распределительных электрических сетей до 2015 года / научный отчет ВИЭСХ. Под науч. рук. В.В. Князева. М.: Издательство ОАО «РОСЭП», 2004

9. Левин М.С. Лещинская Т.Б Методы теории решений в задачах оптимизациисистем электроснабжения: Учебное пособие/ Под.ред. акад. ВАСХНИЛ И.А.

10. Будзко. М.: ВИПКэнерго, 1989 г. -130 с.

11. Арсеньев Ю.Д. Инженерно-экономические расчеты в обобщенныхпеременных. М.: Высшая школа, 1979

12. Будзко И.А., Левин М.С., Эбина Г.Л. Оценка экономического эффекта в задачах по сельскому электроснабжению с неопределенными исходными данными // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1985.- № 1.

13. Веников В. А. и др. О методах решения многокритериальных оптимизационных задач электроэнергетики с неопределенными величинами // Электричество. — 1987. №2.

14. Зорин В.В., Крушельницкий А.З., Федосенко H.H., Влияние неопределенной информации о сети 0,38 кВ на оценку качества напряжения // Проблемы технической электродинамики

15. Лещинская Т.Б. Улучшение технико-экономических показателей систем электроснабжения сельских районов // Электричество.-1989.-№2.

16. Лещинская Т.Б. Многокритериальная оценка мероприятий по снижению потерь электрической энергии в системах электроснабжения сельских районов // Сб. науч. тр. МИИСП.-М.: Изд-во МИИСП, 1989

17. Лещинская Т.Б. Применение методов многокритериального выбора при оптимизации систем электроснабжения сельских районов. // Электричество.-2003.-№1.

18. Лещинская Т.Б. Оптимизация систем электроснабжения (в примерах и иллюстрациях). М.: Изд-во МЭИ, 2002

19. Экель П.Я., Попов В.А. Применение теории нечетких множеств для решения задач моделирования и оптимизации распределительных сетей // Методы и системы принятия решений. Рига: Изд-во РПИ, 1985

20. Экель П.Я., Попов В.А. Моделирование и оптимизация параметров и режимов распределительных сетей в условиях неопределенности исходной информации // Энергетика и электрофикация. 1983. - №4.

21. Акоф Р.Л., Сасиени М. Основы исследований операций: Пер. с англ. — М.: Мир, 1971

22. Беллман Р., Заде JI. Принятие решений в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений: Пер. с англ. — М.: Мир, 1976

23. Беляев Л.А. и др. Системный подход при управлении развитием электроэнергетики. Новосибирск: Наука, 1980

24. Вентцель Е.С. Исследование операций, задачи, принципы, методология. — М.: Наука, 1988

25. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследования операций. М.: Наука, 1971

26. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981. - 208 с.

27. Файбисович Д.Л. Справочник по проектированию электрических систем. — Москва: ЭНАС, 2006 г. 320 с.

28. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций; Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат. 1986 г. - 640 с.

29. Н.Д. Рогалев, А.Г. Зубкова, И.В. Мастеркова и др. Экономика энергетики — М.: Издательство МЭИ, 2005. 208 с.

30. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1984.

31. Меленьтьев Л.А. Системные исследования в энергетике. М.: Наука, 1983.

32. Глушков В.М. О системной оптимизации // Кибернетика. 1980. №5

33. Денисов A.A., Комсников Д.Н. Теория больших систем управления. Л.: Энергоатомиздат, 1982

34. Меленьтьев Л.А. Оптимизация развития управления больших систем энергетики. — М. : Высшая школа

35. Лещинская Т.Б. Методы многокритериальной оптимизации систем электроснабжения сельских районов в условиях неопределенности исходной информации. -М.: Изд-во Агроконсалт, 1998.

36. Герасимов В.Г. Электротехнический справочник в 4 т. Т.2 М.: Издательство МЭИ, 2003 г.-518 с.

37. Лещинская Т.Б. Методы выбора стратегий развития систем электроснабжения сельских районов Автореф. дисс. докт. техн. наук. — М. : ВИЭСХ, 1990. - 25 с.

38. Backes, J Network planning under economic aspects with special regards to reliability Текст. // [Электронный ресурс] / J. Backes, H.-J. Koglin, L. Klei // CIRED, Conference Publication/ 1997.- № 438. - P.6.2.1 - 6.2.5.

39. Шабад M.A. Автоматизация распределительных электрических сетей с использованием цифровых реле Текст. // М.А. Шабад. Спб.: Петербургский энергетический институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов Минэнерго РФ, 2003. - 56с.

40. Ефентьев С.Н. Развитие методики технико-экономического анализа при выборе основных параметров электрических сетей с учетом неопределенности исходной информации. Автореф. дисс. . на соиск. Уч. Степ. К.т.н. М.: МЭИ, 2004.

41. Методическим указаниям по обеспечению при проектировании нормативных уровней надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. М.: Изд-во Сельэнергопроект, 1986

42. Т.Б. Лещинская, Магадеев Э.В. Оценка надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в экспертной системе оценки надежности

43. ЭСОН): Вестник ФГОУ ВПО "Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина". Выпуск 1. М.: МГАУ, 2007. - С. 20

44. Аберсон М.Л. Оптимизация регулирования напряжения. М.: Энергия. 1975

45. Карпов Ф.Ф., Солдаткина Л.А. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий; Под ред. H.A. Мельникова. М.: Энергия, 1970. -224 с.

46. Качество электроэнергии в сетях сельских районов. Левин М.С., Мурадянf

47. А.Е., Сырых H.H., Под ред. акад. ВАСХНИЛ H.A. Будзко. М.: Энергия, 1975. -224 с .

48. Маркушевич Н.С., Солдаткина Л.А. Качество напряжения в городских электрических сетях. М.: Энергия, 1975

49. Лещинская Т.Б. Полянина И.Н. Повышение эффективности функционирования распределительных сетей районов с малой плотностью нагрузок с учетом неопределенности исходной информации. М.: Изд-во Агроконсалт, 2003

50. Лещинская Т.Б., Метельков A.A. Разработка методики планирования систем электроснабжения районов с малой плотностью нагрузок с учетом неопределенности исходной информации. М.: Изд-во Агроконсалт, 2003

51. Будзко И.А., Левин М.С., Терешко O.A., Переверзев П.С. Комплексная оценка показателей технического состояния сельских сетей 10 и 0,38 кВ // Электрические станции. 1987. - № 12.

52. Переверзев П.С. Методы оценки технического состояния сельских электрических сетей и выбора мероприятий по его улучшению: Автореф. дисс. . к.т.н.-М., 1986

53. Кини P.JL, Райфа X. принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения // Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1981.

54. Тисленко В.В. Модели и методы управления надежностью систем электроснабжения сельскохозяйственного назначения: Автореф. дисс. . д.т.н. — Киев: Изд-во ИЭД HAH, 1991.

55. Трухаев Р.И. Модели принятия решений в условиях неопределенности. — М. Наука, 1981.

56. Айзерман М.А., Малишевский A.B. Проблемы логического обоснования общей теории выбора: Критерии классической рациональности и их приложение к анализу выбра. М.: Изд-во ИПУ, 1980. - 4.2.

57. Блэкуэлл Д., Гришик М.А. Теория игр и статистических решений. М.: Иностранная литература, 1958.

58. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике. — М.: Радио и связь, 1984

59. Фишберн П. Теория полезности для принятия решений. М.:, Наука, 1978.

60. Фишберн П., Кини P.JI. Обобщенная независимость по полезности и некоторые смежные вопросы// Статистика, 1979.

61. Фон Нейман, Моргенштерн О. Теория игр и экономическое поведение. — М.: Наука, 1979

62. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника. М.: Радио и связь, 1985

63. Борухман В.А., Кудрявцев A.A., Кузнецов А.П. Устройство для определения мест повреждений на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергия, 1980

64. Служба передового опыта ОРГРЭС. Пути повышения надежности электроснабжения потребителей (каталог тематической выставки). М.: СПО ОРГРЭС, 1996

65. Кукеков Г.А. Выключатели переменного тока высокого напряжения. Изд. 2-е, перераб. JL: Энергия, 1972

66. Акимов Е.Г. Манухин М.М. Трансформаторы силовые и измерительные. Справочник. Том 2. Киев.: Изд-во ИЭД HAH, 2004.

67. Т.Б. Лещинская, С.И. Белов Определение показателей надежности электроснабжения сельскохозяйственного производства. М.: Агроконсалт, 2004. — 152 с.

68. Астахов С.М. Совместное использование секционирования и резервирования в сельских распределительных сетях 6-10 кВ: Вестник ФГОУ ВПО "Орловский государственный агроинженерный университет". Выпуск 2 — Орел.: ОГАУ, 2005

69. Магадеев Э.В. Анализ надежности электроснабжения с учетом модернизации оборудования подстанций. М.: Механизация и электрофикация сельского хозяйства. - 2008. - №1.

70. Подпоркин Г.В., Калакутский Е.С., Система защиты В Л с защищенными проводами от грозовых перенапряжений и их пережога. Ежемесячный производственно-массовый журнал «Энергетик». Выпуск 10. — М.: НТФ «Энергопрогресс», 2006 48 с.

71. В.Г. Аракелян. Физическая химия элегазового электротехнического оборудования. М.: Издательство МЭИ, 2002. - 296 с.

72. Сборник директивных материалов /выключатели и привода/ -1961г.

73. Лещинская Т.Б., Магадеев Э.В. Оценка надежности сельскохозяйственных потребителей в экспертной системе оценки надежности (ЭСОН). — М.: Электрика. — 2008. №4.

74. Гранатуров В.М. Экономический риск: сущность, методы измерения, пути снижения: Учеб. пособие. — 2-е изд. М.: Изд-во «Дело и Сервис», 2002

75. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Молодюк В.В. Рынок электрической энергии в России: состояние и проблемы развития: Учеб. пособие / Под ред. А.Ф. Дьякова, М.: Издательство МЭИ, 2000. 138 с.

76. Виленский П.П. Лившиц В.Н., Смоляк С.А. Оценка эффективности инвестиционных проектов. Теория и практика. М.: Дело, 2001. 832 с.

77. Зуль Н.М. Повышение надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей средствами автоматизации сетей. Дисс. на соиск. Ученой степени д.т.н. М.: МИИСП, 1969 - 407 с.

78. Ларичев О.И. Наука и искусство принятия решений. — М.: Наука, 1988

79. Методические указания по расчету электрических нагрузок в сетях 0,38 -110 кВ сельскохозяйственного назначения. -М.: Изд-во Сельэнергопроект, 1981

80. Алексеев А.В. Интерпретация и определения функции принадлежности нечетких множеств. В кн.: Методы и системы принятия решений. - Рига: РТП, 1979

81. Алексеев А.В. Принятие нечеткой математики в задачах принятия решений . -В кн.: Методы и системы принятия решений.-: РТП, 1979

82. Математико-статистические методы экспертных оценок. — М.: Статистика, 1980

83. Шер А.П. Согласование неточечных экспертных оценок и функция принадлежности в методе размытых множеств. — В сб.: Моделирование и исследование систем автоматического управления. Владивосток: Изд-во АН СССР, 1978

84. Магадеев Э.В. Выступление на международной конференции, посвященной 140-летию со дня рождения В.П. Горячкина Москва, МГАУ им. В.П. Горячкина, февраль 2008 г.;

85. Будзко И.А., Лещинская Т.Б., Сукманов В.И. Электроснабжение сельского хозяйства. — М., Колос, 2000. — 536 с. (Учебники и учеб. Пособия для студентов высш. учеб. заведений).

86. Начальника службы но ремонту оборудования РУ1. Воронин В.И.1. Мастер по ремонту РУ1. Мастер но ремонту РУ1. Блеклов В.В.1. Платонов Б.Н.

87. Начальника службы по ремонту оборудования РУ1. Бсрсзнп В.М1. Васильев В.В.