автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Модель и алгоритмы для информационной системы управления режимами электропотребления промышленных предприятий

Хорошилов Николай Владимирович

МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМЫ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОН11

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ °ОЗОБВ 104 ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность: 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КУРСК-2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет».

Научный руководитель: заслуж. деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук, профессор Захаров И.С.;

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Атакищев О.И.; кандидат технических наук Рындина И.Е.

Ведущая организация: ОКБ «Авиаавтоматика», г. Курск

Защита состоится «27» апреля 2007 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.105.02 при Курском государственном техническом университете .......по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94 (конференц-зал).

Заверенные отзывы на автореферат в двух экземплярах направлять по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94, КГТУ, ученому секретарю диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан «27» марта 2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Е.А. Титенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

Развитие современного энергетического комплекса РФ, обеспечивающего надежное функционирование промышленных предприятий (ГШ), связано с масштабным внедрением энергосберегающих технологий. Важность роли технических, организационных и управленческих мероприятий по энергосбережению, определяющих и контролирующих значительный комплекс управленческих решений в системе электроснабжения промышленного предприятия (СЭСПП), определяется необходимостью учета комплекса производственно-экономических и управленческих требований. С одной стороны, это увеличение энергоемкости в промышленности Ojo 46%): металлургия, машиностроение, станкостроение и другие производства, - расширение номенклатуры продукции, динамическое изменение суточной и годовой нагрузки в работе ПП. С другой стороны, большой износ оборудования СЭСПП обусловливает значительные потери электроэнергии, что является недопустимым для ПП в современных условиях (до 13,5% от объема производства энергоресурсов).

Перспективным подходом активизации внутренних возможностей предприятия является повышение эффективности работы системы унравлещя и СЭСПП, являющейся частью информационной системы управления промышленным предприятием (ИСУПП), реализующей процессы подготовки, принятия и исполнения решений в условиях обоснованного сокращения потребления электроэнергии вследствие ограниченности финансовых ресурсов. Общая задача управления СЭСПП включает в себя задачу сокращения потребления электроэнергии, которое может быть достигнуто путем выбора оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП. Такой подход обеспечит эффективность функционирования СЭСПП в стоимостном, производственном и социальном аспектах. Вместе с тем, снижение уровня напряжения сопровождается проявлением различных отрицательных последствий. В первую очередь, это падение производительности технологического оборудования с последующим уменьшением прибыли предприятия, что может повлечь негативный экономический и социальный эффекты.

Научной проблемой энергосбережения в системах электроснабжения занимались такие ученые как Г.Я. Вагин, С.Д. Волобринский, A.A. Глазунов, Ю.С. Железко, Г.М. Каялов. B.C. Орлов, В.А. Строев, Е.А. Конюхова и др., в работах которых рассматривались вопросы экономии электроэнергии. Разработками автоматизированных информационных систем для энергетической отрасли занимались Н.М. Абдикеев, P.A. Алиев, JI.C. Беляев, В.В. Иванов, Э.А. Киреева, A.A. Макаров, Г.Е. Поспелов и др. Основное назначение этих систем, их моделей и алгоритмов - выработка управляющих решений в энергосистемах и, в том числе, сокращение потерь в них.

Вместе с тем, вопросы выбора оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП с учетом существующего противоречия между обоснованно сэкономленной электроэнергией и уменьшением прибыли предприятия в данных работах рассматривались только косвенно.

Следовательно, объективно возникающая научно-техническая задача разработки модели и алгоритмов управления режимами электропотребления для ИСУПП является актуальной и практически востребованной в управлении СЭСПП.

Диссертационная работа выполнялась в рамках следующих целевых программ: областной целевой про1раммы «Энергосбережение Курской области на период 20022005 гг.», утвержденной постановлением Курской областной Думы № 378-Ш-ОД от 31 января 2002 г, а также целевой программы «Энергосбережение Минобразования России», - которые являются составными частями Федеральной целевой программы «Энер-

госбережение России» (1998-2006 гг.).

Цель исследования - повышение эффективности управления режимами элеюро-потребления для снижения потребления электроэнерг ии на основе разработки модели и алгоритмов для ИСУПП по выбору оптимального уровня снижения напряжения в

сэспп. ;"

Объектом исследования ййяется подсистема управления энергосбережением ПГ1 (режимами электропотребления ПП) как часть ИСУПП.

Предметом исследования являются процессы управления уровнем напряжения в СЭСПП.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих научно-технических задач:

1. Анализ существующих ИСУПП и моделей управления СЭСПП применительно к задаче сокращения потребления электроэнергии, обоснование и выбор направления исследований.

2. Разработка и исследование математической модели определения оптимального значения уровня напряжения, учитывающей сокращение потребления электроэнергии и уменьшение объема выпуска продукции при снижении уровня напряжения в электрической сети СЭСПП.

3. Разработка алгоритма, позволяющего определять узлы в СЭСПП, в которых должны применяться воздействия по управлению уровнем напряжения.

4. Разработка алгоритма определения условий устойчивости принимаемого решения при изменении исходных данных.

5. Экспериментальная проверка эффективности и корректности модели по сокращению потребления электроэнергии.

Научная новизна работы

1. Разработана математическая модель выбора оптимального значения уровня снижения напряжения в электрических сетях СЭСПП, позволяющая обосновать оптимальный уровень напряжения и учесть уменьшение объема выпуска продукции в зависимости от характера и вида потребляемой мощности, вида технологического оборудования и участка технологического процесса.

2. На основе многоуровневого информационного представления СЭСПП разработан алгоритм, позволяющий определять характерные места регулирования напряжения для достижения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и потерями от снижения производственной мощности.

3. Разработан алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых оптимальных решений на основе метода фазовой плоскости для двух переменных, обеспечивающий определение границ изменения исходных данных, при которых найденное решение (значение снижения напряжения) остается оптимальным.

Практическая ценность работы состоит, в первую очередь, в создании научной и инженерно-технической основы для разработки средств и информационных технологий сокращения потребления электроэнергии для существующих и перспективных ИСУПП. При этом получены следующие результаты:

разработана методика для определения снижения производительности технологического оборудования на ПП, позволяющая на основе разработанных схем замещения электрических сетей СЭСПП, статических характеристик (СХ) электроприемников (ЭП), вида технологического оборудования и характера технолог ического процесса определять уровень снижения напряжения под различные типовые структуры СЭСПП (ЭП, группа ЭП, участок, цех и др.);

• создана структурная схема подсистемы управления режимами работы сис-

темы электроснабжения как часть общей системы ИСУПП, обеспечивающей выбор и корректировку оптимальных значений уровней напряжения в характерных точках многоуровневого представления СЭСПП;

• на основе анализа допустимых значений целевой функции с помощью платежной матрицы по критериям Гурвица и Лапласа осуществлен выбор оптимального снижения напряжения на 3% и уточнены СХ электроприемников на основе экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

• математическая модель определения оптимального уровня снижения напряжения в электрической сети СЭСПП, позволяющая учитывать снижение потребления электроэнергии и уменьшение объема выпуска продукции при снижении уровня напряжения в электрической сети СЭСГ1П, экспериментальная проверка ее эффективности и корректности;

алгоритм определения узлов регулирования напряжения в СЭСПП для получения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и снижением производительности промышленного предприятия;

• алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых решений, позволяющий определить границы изменения исходных данных и обеспечивающий сохранение оптимального найденного решения.

Апробация и публикация.

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1. 10-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», (г. Москва, 2004 г.)

2. Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития». (Украина, г. Одесса, 2005 г.)

3. Международная научно-пракгическая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании». (Украина, г. Одесса, 2006 гг.)

4. Международная научно-практическая конференция «Современные направления теоретических и прикладных исследований». (Украина, г. Одесса, 2006 г.)

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 9 статей, из них 2 статьи по перечню центральных рецензируемых журналов и изданий рекомендуемы ВАК Министерства образования и науки РФ.

Личный вклад соискателя в публикациях, выполненных в соавторстве: [1, 2, 8, 9, 10, 12, 13] - расчет потерь электроэнергии, проведение численных экспериментов и анализ результатов, [3, 4, 14] - разработка математической модели процесса принятия решений, ее анализ и решение задачи оптимизации электропотребления, [5, 6, 7] - вывод аналитических зависимостей производительности труда от уровня освещенности и светового потока от уровня напряжения, определение статических характеристик, [11] - вывод статических характеристик асинхронных двигателей.

Реализация и внедрение.

Результаты работы внедрены на ОАО «Электроагрегат», г. Курск. Материалы работы использованы » учебном процессе кафедры «Электроснабжение» КурскГТУ в курсе «Автоматизация проектирования систем электроснабжения».

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованных источников (114 наименований) и 5 приложений. Общее количество машинописных страниц -167, рисунков -45, таблиц - 33.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и частные задачи исследования, научная новизна и практическая ценность, представлены основные результаты работы.

Первый раздел посвящен обзору современного состояния в области информационных систем управления СЭСПП и обоснованию выбора задач исследования.

Показано, что современное положение дел по отношению к энергоресурсам на энерго- и промышленных предприятиях характеризуется противоречивой тенденцией: опережающий рост энергопотребления ПП и недостаточный прирост мощностей .энергопредприятий. Объективно существующий дефицит электроэнергии обусловливает внедрение разнообразных активных энергосберегающих мероприятий и технологий.

Проведенный анализ существующих подходов к энергосбережению выделил в качестве базового подхода оптимизацию электропотребления за счет внедрения новых технических и технологических решений для типовой схемы СЭСПП. Данный подход позволяет на существующем оборудовании получить положительный экономический эффект от обоснованной экономии электроэнергии. Для этого в управлении СЭСПП возникает задача определения оптимального значения снижения уровня напряжения в электрической сети СЭСПП и нахождения в его структуре точек регулирования.

Управление ПП является в основе своей распределенным. Это означает, что единая задача разбивается на множество подзадач с собственными локальными целевыми функциями (подзадача управления стоимостью и объемами ресурсов, подзадача определения удельных капиталовложений на единицу продукции, подзадача оптимизации энергопотребления, сводная задача координации и т.д.). Основой для декомпозиции на подзадачи является формализованное многоуровневое описание структуры ПП в виде концептуального, информационного или структурно-функционального представления. Распределенный характер узлов СЭСПП по структуре ПП позволяет вырабатывать согласованные решения по координации управления ПП в целом. Такая интеграция информационного представления СЭСПП в общую структуру ПП позволит определить места и интенсивность воздействия характерных узлов изменения уровня напряжения.

Показано, что, в первую очередь, решение поставленной задачи осложняется следующими факторами:

1. Большое число уровней и точек регулирования напряжения в четырехуровневой структуре СЭСПП (рис. 1) с нерегулярными связями.

Рис. 1. Многоуровневая структура СЭСПП, где ГПП (ПП) - главная понизительная подстанция (питающая подстанция); КТП (ЦТП) - комплектная (цеховая) трансформаторная подстанция; РП (ШР) - распределительный

пункт (шкаф распределительный), ЭП - электроприемник.

2. Изменение о£ьема выпуска продукции во времени, количество потребляемой электроэнергии.

3. Изменение напряжения питания в течение года из-за неравномерности потребления электроэнергии г различные периоды времени.

4. Временное тиснение себестоимости и цены продукции и ресурсов ПП в условиях рыночной экономней.

Нахождение решения поставленной задачи, кроме перечисленных факторов, усложняется большим объемэм вычислений, нелинейным характером большинства используемых функциональных зависимостей и неопределенностью части исходной информации, что требуег разргботки и применения математических моделей управления уровнем энергопотребления и информационных технологий.

В диссертационной работе был проведен анализ состояния вопроса по применению автоматизированных информационных систем управления (АИСУ) в электроэнергетике. Прежде всего, рассмотрим автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ), отвечающие за гесь цикл производства и потребления электроэнергии, отраслевые системы управления ОАСУ «Энергия» и «ПАРУС» для управления комплексом энергосистем, «Венец НВ ». «НЕВА», являющиеся автоматизированными системами управления технологическим процессом на электростанциях. Данные системы предназначены для обеспечения процесса принятия решений лицом, принимающим решение (ЛПР), на энергетических предприятиях, занимающихся выработкой и передачей электроэнергии. Основное назначение моделей и алгоритмов этих систем - выработка управляющих решений в энергосистемах в процессе их эксплуатации. Вместе с тем, специфика Г1П, заключающаяся в потреблении эцекгроэнерши для выпуска продукции, в АИСУ данного класса практически не учитывается, так как энергосистемы осуществляют производство, передачу и распределение электроэнергии. Основными задачами АИСУ для ПП являются обеспечение производственного цикла выпуска продукции и вопросы оптимизации электроэнергии на уровне ПП.

Приведенный анализ имеющихся АИС («ПАРУС», «ЕкйпСБ ЗИ», «ЕксйчСБ ЛОТ», «ЕЬпа»), применяемых в СЭСПП, показывает, что они направлены на проектирование и эксплуатацию электрооборудования и алекгрических сетей. Их модели и алгоритмы не учитывают отрицательный эффект, связянный с сокращением производительности технологического оборудования при снижении уровня напряжения, что не позволяет управлять энергосберегающими мероприятиями и рассчитывать требуемые режимы работы с эффектом обоснованного энергосбережения.

В связи с вышеизложенным задача разработки модели и алгоритмов для ИСУПП по выбору оптимального уровня снижения напряжения для целей управления энергосбережением является актуальной и представляет практический интерес.

Во втором разделе диссертационного исследования разработана математическая модель процесса управления электропотрсблением в СЭСПП.

При разработке математической модели учитывались следующие принятые на практике технико-экономические принципы и допущения:

- положительный и отрицательный эффект от снижения уровня напряжения сравниваются в одинаковых (денежных) единицах;

- общий итоговый эффект определяется как максимум разности положительного и отрицательного эффектов при изменении уровня напряжения в определенных пределах;

- итоговый эффект при одном варианте регулирования не зависит от других вариантов.

Структурная схема математической модели приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема математической модели выбора оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП, где U3fi - напряжение на рассматриваемом ЭП ; ДРта - снижение потребления активной мощности технологическими установками; &Росв - снижение потребления активной мощности осветительными установками; &Qmex - снижение потребления реактивной мощности технологическими установками; АР„от - снижение потерь активной мощности в электрических сетях;/i, Д /з,/4 - известные функции (1), (2), (3), (4), определяющие взаимосвязь между U« и снижением потребления электроэнергии; ДQRma - снижение производительности технологических установок, выраженное в уменьшении объема продукции (ед. продукции/ед. времени); ДQRoce -- снижение производительности труда персонала вследствие уменьшения освещенности (ед. продукции/ед. времени);/5, fb - полученные функции (5), (6), определяющие взаимосвязь между снижением производительности и U-\ Епо, - снижение платы за потребляемую электроэнергию; t - рассматриваемый период времени; сэ - цена электроэнергии (стоимость одного кВт-час); Иал\ -снижение амортизационных отчислений при увеличении срока службы оборудования; Z0mp - потери предприятия из-за снижения объема выпуска продукции; к^ - удельная стоимость продукции; Иа„2 - увеличение амортизационных отчислений при снижении срока службы оборудования.

Значения как положительной, так и отрицательной составляющих целевой функции, связанных с изменением напряжения в СЭСПП, находятся в сильной зависимости не только от характера и мощности ЭП, но и от вида технологического оборудования и участка технологического процесса предприятия, на котором находится рассмагривае-мый ЭП.

В связи с вышеизложенным математическая модель учитывает конфигурацию схемы СЭСПП, особенности технологического процесса установок и механизмов, в которых применяются рассматриваемые ЭП.

В отличие от известных разработанная математическая модель позволяет рассчитать следующие величины:

- снижение производительности участка, цеха или предприятия, выраженной в единицах продукции;

- экономию денежных средств, определяемую как снижение платы за потребляемую электроэнергию;

- потери вследствие снижения объема выпуска продукции в денежном выражении.

6Г/1

АР„ =-

. " r v

= А [Г/] = Рад = + г„/*)+

- ■ - U j - для печей сопротивления,

О)

ДРлД ~ 1 ~ Р I* тч

1 * АД

АД

- для асинхронных двигателей;

^осв = Л Ч

Р = 1,6 и~ 0,6 -для ламп накаливания,

* ли *

Р = 2.2124 V -1,1871 -для ртутных ламп высокого давления,

'ДР.. 7

) Р - 2,4978 О-1,4939 - для ртутных ламп низкого давления,

* ля '

.4^ = 1 \-P\P,

(2)

лрт,„=йи

Qa,j = « х„ + кикх

г

( кЛ

р„ 1- — +Qu г НОМ

>>иом

+ Qjj¡l0v - для асинхроннсго двигателя,

^L v1

(аъ +r„2)

- -7—''-1 -1 - для элетротермических установок(печей),

A(¡Rrc - £ q'] ■ i-Á ' ~ - |-для группыстанков.

(3)

(4)

(5)

¿m«, =/6 t;

-v--¡=-т-ур

1 - k¡+\k-U2 (l - khs„, 2 - k3ls„, JJ ФФ„ (aU+b)<!>„

станка;

(6)

EH = 300.«, E

, 5 S

QR = -0.0001E2 + 0,095£ + 80.49,

где 1)ф - фазное напряжение электрической сети; R - сопротивление нагревательного элемента; Р. -PiP„OM, Q- =Q/QM^ Ф*=Ф/Фнт- активная, реактивная мощности и световой поток в относительных единицах; r,,i - время рабочего цикла печи при U„0M\ г,(2 -время рабочего цикла печи при V Ф 1/„„„; ДТ| - время нагрева изделия при U„0„\ Ai] - время нагрева изделия при U Ф UHOM: , £>Ш<М1 - номинальные значения активной и реактивной мощности асинхронного двигателя (АД) при переходе к цепи намагничивания; s

- текущее значение скольжения двигателя; г] - активное сопротивление обмотки статора АД; г„ - промежуточная величина, равная с{г{; х„ - промежуточная величина, равная С1Х2> коэффициент приведения параметров Т-образной схемы замещения АД к эквивалентной Г-образной; г,, х'2 - приведенные к обмотке статора активное и индуктивное сопротивления ротора; кх = а0 + щки + а2к1,; и<=кц =£//(/„„, - напряжение в относительных единицах; ао, а\, аг, а, Ь - коэффициенты аппроксимирующего полинома; Ф„ - номинальный световой поток ламп; 5- площадь помещения (цеха); ¿"-освещенность цеха; к' = 0,01с (с - время резания в %); дг, - производительность /-го станка в относительных единицах; кп - коэффициент, определяющий какую часть от общей производительности цеха составляет производительность рассматриваемого 1-го станка; - число станков в рассматриваемом цехе.

При оценке снижения потребления электроэнергии показано, что практически для всех ЭП статические характеристики (СХ) имеют следующую зависимость: с уменьшением уровня напряжения снижается потребление как активной, так и реактивной мощности. В общем случае, снижение потребления активной ДР и реактивной Д£> мощности отдельным ЭП рассчитывалось на основе использования СХ и выражается в общем случае уравнениями АР = <р[ (АЦ), А£> = <¡>2 (^-1), где <р1, <р2 ~ полиномы первого, второго и более высоких порядков.

Для расчета получаемой положительной составляющей целевой функции при снижении уровня напряжения в СЭСПП применяется функция Епш\

Епт^ЛР!сэ + Ит, г (7)

В разделе предложены алгоритмы расчета режима работа СЭСПП на основе метода простой итерации. Данный метод обеспечивает оперативность программирования вычислительного алгоритма, не существует условий нарушения сходимости итерационного процесса в СЭСПП из-за разомкнутой схемы электрических сетей.

Снижение уровня напряжения относительно номинального значения создает также и отрицательный эффект: падение уровня освещенности и связанное с этим уменьшение производительности труда, снижение мощности технологических установок и т.д. Для расчета получаемой отрицательной составляющей целевой функции при снижении уровня напряжения в СЭСПП вводится функция Z0,„^,:

^отр

= А<2/{ ■ куд + //ам2. (8)

Найденные значения Е„а, и 2отр используются для нахождения целевой функции

^ ~~ Ецол ~ 2отр• (9)

Получение максимального положительного эффекта определяегся как нахождение максимума целевой функции Р(АЦ') на интервале отклонений напряжения от номинального значения [- Аидт; £/„<,.„].

В разделе также разработана методика определения изменения производительности технологического оборудования (металлообрабатывающих станков) при снижении напряжения.

Изменение производительности определяется следующим выражением:

„ = ^ = —А^-, (Ю)

где QR - производительность станка при £/„<,„; QR' - производительность станка при V / £4ом, Я = п' Iп; п - частота вращения главного привода при и„ом; п - частота вращения

главного привода при и Ф И„ом.

Снижение объема продукции АК, выпускаемой предприятием, выраженное в денежном эквиваленте, будет иметь следующее значение:

ж = Е^ЛЕ^лО-Е-Г-7^7,-г))' (11)

1-

к! +и,2( \-к31,н1

V. -кЛ

где к0, - стоимость единицы продукции ¿-го типа; к31 - коэффициент загрузки /-го двигателя; «„,■ - номинальное скольжение /-го двигателя; Л^ - количество продукции /-го типа, выпускаемое за рассматриваемый период времени Г при номинальных условиях работы; т - количество типов продукции, выпускаемых в цехе; - количество продукции /-го типа, выпускаемое за тот же период времени Т при сниженном значении напряжения в электрической сети цеха.

В третьем разделе диссертационных исследований был разработан алгоритм определения точек приложения управленческого воздействия в СЭСПП (рис. 3), алгоритм определения областей устойчивости принятого оптимального решения (рис. 4) и проведены экспериментальные исследования по сокращению потребления электроэнергии.

Алгоритм (рис. 3) в отличие от известных позволяет определить узлы в иерархической структуре СЭСПП, в которых должны применяться воздействия по управлению уровнем напряжения.

Рис. 3. Алгоритм определения точек приложения управленческого воздействия в

СЭСПП,

где с! - номер способа регулирования; рл - текущая ступень регулирования уровня напряжения; т¡1 - число ступеней регулирования уровня напряжения.

Новизна данного алгоритма определяется оригинальной процедурой расчета Га, зависящей от места и ступени регулирования напряжения, т.е. отдельно на ГПП, КТП и совместно как на ГПП, так и на КТП. Результаты расчетов представляются в виде массивов, из которых производится выбор максимального значения

При работе предприятия происходит изменение параметров, на основании которых рассчитывались значения целевой функции, что приводит к необходимости проверки нахождения устойчивости найденного оптимального решения, т. е. определение интервала изменений параметров целевой функции, при котором найденное значение Л!7 остается оптимальным.

Для этого было рассмотрено нахождение областей устойчивости принимаемого оптимального решения. Рассмотрены методы поиска устойчивости найденного решения: метод анализа чувствительности решений, метод параметрического программирования и метод фазовой плоскости. Первые два метода требуют выражение целевой функции в виде аналитической зависимости от ее параметров, в диссертационной работе целевая функция задана расчетным путем в табличной форме, в результате чего для нахождения областей устойчивости применен метод фазовой плоскости.

Алгоритм (рнс. 4) в отличие от известных позволяет определить области устойчивости принимаемого решения на основе фазовой плоскости при изменении исходных данных.

С

Начало

Ввод данных

Корректировка цены по прог* нозу ОМ

Расчет прогно- чир>емого выпуска по ОМ

у -у -1

Определение V по данным ОГЭ

Распет ^ и запись в массив

Нет

Поиск значений

/*" '5а п ределаVI и

-ДГ+А2

Определение областей устой-■шпости (У)

Определение областей неустойчивое ТИ*(Н;

Г,. У.Н

( Конец )

Рис. 4. Алгоритм определения областей устойчивости принятого оптимального решения, где у - номер месяца; N - число месяцев; И - шаг дискретности регулирования Д(7; Р] -значение целевой функции_/ месяца: ОМ - отдел маркетинга; ОГЭ - отдел главного энергетика.

Решение остается устойчивым, если изображающие точки не выходят за пределы половину интервала к регулирования уровня напряжения, так как регулирование уровня напряжения производится ступенчато.

Значения целевой функции рассчитывались на основе определения значений напряжений как в узлах схемы СЭСПП, так и у потребителей после проведения регулирования (снижения) напряжения и мощности, потребляемой ЭП, т.е. расчета режимов работы СЭСПП.

Для проведения расчетов были составлены схемы замещения электрических сетей, состоящие из активных и индуктивных сопротивлений проводников питающих линий и ЭП, заданных своими СХ. По этим схемам рассчитывались режимы работы электрических сетей и ЭП для получения значений снижения потребления электроэнергии, а также снижения потерь электроэнергии в питающих линиях и определения на основании этих значений уменьшения расходов на оплату энергоресурсов (электроэнергии).

На основе значений напряжения на ЭП было рассчитано уменьшение производительности технологического оборудования, а также оценено снижение производительности труда персонала цеха вследствие уменьшения освещенности на рабочих мес-

тах, что совместно составляет отрицательную составляющую целевой функции от снижения напряжения.

Выполнены расчеты по определению значений напряжения на ЭП и снижению потребления мощности на основе ранее составленных моделей и алгоритмов. Также определены для группы станков и одного из цехов значения уменьшения производительности. Рассчитано значение объема выпускаемой продукции при пониженных значениях напряжения в денежном выражении.

Значения целевой функции (9) рассчитывались для ОАО «Электроагрегат» (г. Курск), имеющего типовую структуру СЭПГ1 для большинства промышленных предприятий РФ, за месяц и за год для одного цеха (рис. 5) и предприятия в целом (рис. 6) в зависимости от величины снижения напряжения.

Как типовой вариант рассчитаны значения целевой функции за месяц и за год для типового (генераторного) цеха (рис. 5) и предприятия в целом (рис. 6) в зависимости от величины снижения напряжения. При расчетах по предприятию рассматривалось регулирование уровня напряжения на цеховых подстанциях и на трансформаторах питающей подстанции. На рис. 6 кривая 1 показывает зависимость целевой функции F от снижения напряжения при регулировании только на питающей трансформаторной подстанции, кривая 2 - при совместном регулировании на трансформаторах как питающей подстанции, так и цеховых подстанций, и кривая 3 - при регулировании на цеховых трансформаторных подстанциях. Выбран второй способ регулирования уровня напряжения, так как достигается максимальное значение целевой функции.

ру5 231261 1238% Ш9 О

-115930 -269801

621878

V975254

Рис. 5. Зависимости Еаол, Zmр и F от изменения напряжения

для рассматриваемого цеха: а) за месяц; б) за год

AU, %

F, руд/год

611251 103847 ■239578 781558

-3210381 -4977643

-6854193

Рис. 6. Графики изменения Р в зависимости от места регулирования напряжения в целом для предприятия

В разделе приведены экспериментальные данные изменения потребления генераторного цеха ОАО «Электроагрегат» при двух значениях питающего напряжения: номинальном и сниженном на 5%, - и значения целевой функции при экспериментальных и расчетных данных (табл. 1). Результаты эксперимента показали совпадения с расчетными данными [95,1%; 95,7%], что подтверждает адекватность разработанной модели и алгоритмов.

Таблица

Расхождение расчетных и экспериментальных значений целевой функции Г

Значения целевой функции руб Т, дни месяца (август 2006)

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31

Экспериментальные 93 143 176 180 67 248 193 261 256 289 205

Расчетные 89 150 185 172 64 260 203 249 269 302 195

др- р '-100,% р3 4,3 4,7 4,9 4,4 4,5 4,6 4,9 4,6 4,8 4,3 4,9

В четвертом разделе рассмотрены общие принципы построения информационных систем управления производством. Разработана структурная схема подсистемы управления режимами системы электроснабжения (УРСЭС) как части общей системы ИСУПП, обеспечивающей выбор оптимальных значений уровней напряжения в характерных точках СЭСПП с целью достижения максимального эффекга. Структурная схема представлена на рис. 7.

Рис. 7. Структурная схема подсистемы УРСЭС Для принятия решения с учетом неопределенности части входной информации выбрана платежная матрица, так как целевая функция является дискретной (ДII

изменяется шагами) и имеет конечное множество значений.

На практике при принятии решений в СЭСПП используются критерии Байеса и Лапласа. Критерий Байеса не может быть применен в данной диссертационной работе, так как нет достоверных оценок вероятностей состояний среды. Выбор решения по полученной платежной матрице производился по критериям Гурвица и Лапласа, допускающим риск при принятии решения ЛПР. Выбрано оптимальное значение снижения напряжения, 3%, в СЭСПП, что соответствует максимальному значению целевой функ-

ции из платежной матрицы.

Были рассчитаны положения изображающей точки (максимума целевой функции по месяцам года) на фазовой плоскости Р, А и, построены графики ее перемещения при изменении объема и цены выпускаемой продукции (рис. 8), временные интервалы изменения объема выпуска продукции и цены на нее, при которых принятое решение остается оптимальным. По результатам расчета было определено, что найденное решение теряет устойчивость в интервате с четвертой по восьмую точку, что показано на графиках, приведенных на рис. 8.

Рис. 8. Графики траектории перемещения изображающей точки при различных значениях объема и цены выпускаемой продукции, где /г°'8 - целевая функция при снижении объема выпуска продукции и цены на 20% от рассчитанного ранее в денежном выражении; Р' - целевая функция при сохранении объема выпуска продукции и цены в рассчитанном ранее денежном выражении; Р ''2 - целевая функция при увеличении объема выпуска продукции и цены на 20% от рассчитанного ранее в денежном выражении.

Экономия электроэнергии в результате использования наиболее распространенных энергосберегающих мероприятий составляет от 5 до 10% объема потребления электроэнергии. В частности, в результате внедрения разработанной подсистемы УРСЭС как части общей системы ИСУ11П на ОАО «Электроагрегат» экономия электроэнергии составила 5,8%, а годовой экономический эффект от снижения потребления электроэнергии составил 489 тыс. руб/год, что увеличило прибыль предприятия на 6,1%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Разработана математическая модель выбора оптимального значения уровня снижения напряжения в электрических сетях СЭСПП, включающая нахождение сниже-

ния потребления электроэнергии и сокращение выпуска продукции ПП, что тем самым позволяет обосновать оптимальный уровень напряжения и учесть уменьшение объема выпуска продукции в зависимости от характера и вида потребляемой мощности, вида технологического оборудования и участка технологического процесса.

2. На основе многоуровневого информационного представления СЭСПП разработан алгоритм, позволяющий определять характерные места регулирования напряжения для достижения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и потерями от снижения производственной мощности. Алгоритм содержит оригинальную процедуру расчета Fd, зависящую от места и ступени регулирования напряжения, т.е. отдельно на ГПП, КТП и совместно на них.

3. Разработан алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых оптимальных решений на основе метода фазовой плоскости для двух переменных, обеспечивающий определение границ изменения исходных данных, при которых найденное решение (значение снижения напряжения) остается оптимальным.

4. Создана подсистема УРСЭС как часть общей системы ИСУПП, обеспечивающая повышение эффективности управления режимами электропогребления для снижения потребления электроэнергии, нахождение значения снижения уровня напряжения и определяющая узлы в СЭСПП, в которых должны применяться воздействия по управлению уровнем напряжения при исходных условиях и при их изменении, что позволяет на них оперативно реагировать и поддерживать оптимальное значение уровня напряжения.

5. Разработана методика для определения снижения производительности технологического оборудования на ПП, позволяющая на основе разработанных схем замещения электрических сетей СЭСПП, статических характеристик (СХ) электроприемников (ЭП), вида технологического оборудования и характера технологического процесса определять уровень снижения напряжения под различные типовые структуры СЭСПП (ЭП, группа ЭП, участок, цех и др.).

6. В результате внедрения разработанной подсистемы УРСЭС как части общей системы ИСУПП на типовом ПП выбрано оптимальное значение снижения напряжения, 3%, в результате чего экономия электроэнергии составила 5,8%, при этом годовой экономический эффект от снижения потребления электроэнергии составил 489 тыс. руб/год, что увеличило прибыль предприятия на 6,1%.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Хорошилов, Н.В. Исследование экономичности работы трансформаторов в системе элекгроснабжения промышленного предприятия [Текст] / Н.В. Хорошилов, И.С. Захаров, О.М. Ларин // «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 10-я международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: тез. докл. В 3 т. М.: .МЭИ, 2004. 2 т. С. 373-374.

2. Хорошилов, Н.В. Анализ системы электроснабжения ОАО «Михайловский ГОК» [Текст] / Н.В. Хорошилов [и др.] // Деп. в ВИНИТИ №1616-В2004 от 14.10.2004. 4 с.

3. Хорошилов, Н.В. Модель процесса принятия решения в управлении режимами электропотребления на промышленных предприятиях [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин // Объединенный научный журнал. 2005. №17 (145) июль. С. 77-78.

4. Хорошилов, Н. В. Обоснование принятия решения по управлению режима-

ми электропотребления на промышленных предприятиях [Текст] /Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин // Сборник научных трудов по материалам научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития». Том 8. Технические науки, сельское хозяйство. Одесса: Черноморье, 2005. С.

5. Хорошилов, Н.В. Аналитическое представление зависимости производительности труда от уровня освещенности [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М.Ларин // Объединенный научный журнал. 2005. .N223(151) октябрь. С. 77-78.

6. Хорошилов, Н.В. Исследование изменения светового потока газоразрядных ламп при отклонении напряжения в сети [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М.Ларин // Объединенный научный журнал. 2005. №23(151) октябрь. С. 78-81.

7. Хорошилов, Н.В. Исследование работы газоразрядных ламп при снижении питающего напряжения [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Электрика. 2006. №2. С. 34-35.

8. Хорошилов, Н.В. Применение системного анализа для выбора энергосберегающих мероприятий [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Деп. в ВИНИТИ >585-В2006 от 03.05.2006. 7 с.

9. Хорошилов, Н. В. Использование циклического дерева решений [Текст] / Н. В. Хорошилов, В. И. Бирюлин, О. М. Ларин // Деп. в ВИНИТИ №584-В2006 от 03.05.2006. 6 с.

10. Хорошилов, Н.В. Описание схемы электрической сети для ввода в память компьютера [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин И Деп. в ВИНИТИ №586-В2006 от 03.05.2006. 6 с.

11. Хорошилов. Н.В. Определение статических характеристик асинхронных двигателей опытным путем [Текст] / НВ. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований». Том 3. Технические науки. Одесса: Черноморье, 2006. С. 41-43.

12. Хорошилов, Н.В. Оптимизация выбора энергосберегающих мероприятий [Текст] / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Сборник научных трудов но материалам международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований». Том 3. Технические науки. Одесса: Черноморье, 2006. С. 48-50.

13. Хорошилов, Н.В. Генерация высших гармоник тока и напряжения газоразрядными лампами при регулировании питающего напряжения [Текст] / Н.В. Хорошилов [и др.] // Электро. 2006. №2. С. 11-14.

14. Хорошилов, Н.В. Проблемы разработки информационной системы управления потреблением энергоресурсов промышленным предприятием [Текст] / Н.В. Хорошилов, И.С. Захаров // Телекоммуникации. 2007. №¡4. С. 46-48.

34-37.

Соискатель:

Н.В. Хорошилов

ИД №06430 от 10.12.01

Подписано в печать_. Формат 60x84 1/16. Печ.л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ ■!£, Курский государственный технический университет. Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Введение

1 Управление режимами работы системы электроснабжения промышленного предприятия как способ снижения потребления электрической энергии

1.1 Основные проблемы в области производства и потребления электроэнергии в Российской Федерации

1.2 Современные возможности снижения потребления электроэнергии на промышленных предприятиях

1.3 Регулирование уровня напряжения как средство снижения потребления и потерь электроэнергии в СЭСПП

1.4 Состояние развития информационных систем в электроэнергетике 26 Выводы по 1 главе

2 Математическая модель процесса управления электропотреблением в СЭСПП

2.1 Построение математической модели процесса управления

2.2 Математическая модель работы системы электрического освещения при изменении напряжения

2.3 Математическая модель электротехнологических установок

2.4 Математическая модель работы асинхронных двигателей при управлении напряжением

2.5 Определение изменения производительности технологического оборудования при регулировании напряжения

2.6 Составление математической модели для цеха 74 Выводы по 2 главе

3 Проведение расчетов на основе математической модели и алгоритмов для управления системой электроснабжения промышленного предприятия

3.1 Составление модели для проведения расчетов

3.2 Расчет режима работы СЭСПП при регулировании уровня напряжения на примере цеха

3.3 Экспериментальная проверка зависимости потребления мощности от уровня напряжения 104 Выводы по 3 главе

4 Формирование принятия решений

4.1 Информационная система управления предприятием

4.2 Принятие решения в условиях определенности

4.3 Формирование и анализ ограниченного числа решений в условиях неопределенности

4.4 Исследование устойчивости принимаемых решений 131 Выводы по 4 главе 138 Заключение 139 Список литературы 141 Приложение 1. Результаты расчетов полиномов первого, второго и третьего порядков для АД 152 Приложение 2. Распределение затрат рабочего времени в %) в течение смены (480 мин) 156 Приложение 3. Состав и объем выпуска генераторов за месяц август 158 Приложение 4. Результаты измерения напряжения и мощности при ответвлении +5% на трансформаторах КТП 159 Приложение 5. Методика определения изменения производительности оборудования при регулировании уровня напряжения

Актуальность темы. Развитие современного энергетического комплекса РФ, обеспечивающего надежное функционирование промышленных предприятий (ПП), связано с масштабным внедрением энергосберегающих технологий. Важность роли технических, организационных и управленческих мероприятий по энергосбережению, определяющих и контролирующих значительный комплекс управленческих решений в системе электроснабжения промышленного предприятия (СЭСПП), определяется необходимостью учета комплекса производственно-экономических и управленческих требований. С одной стороны, это увеличение энергоемкости в промышленности (до 46%): металлургия, машиностроение, станкостроение и другие производства, - расширение номенклатуры продукции, динамическое изменение суточной и годовой нагрузки в работе ПП. С другой стороны, большой износ оборудования СЭСПП обусловливает значительные потери электроэнергии, что является недопустимым для ПП в современных условиях (до 13,5% от объема производства энергоресурсов) [67].

Перспективным подходом активизации внутренних возможностей предприятия является повышение эффективности работы системы управления в СЭСПП, являющейся частью информационной системы управления промышленным предприятием (ИСУПП), реализующей процессы подготовки, принятия и исполнения решений в условиях обоснованного сокращения потребления электроэнергии вследствие ограниченности финансовых ресурсов. Общая задача управления СЭСПП включает в себя задачу сокращения потребления электроэнергии, которое может быть достигнуто путем выбора оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП. Такой подход обеспечит эффективность функционирования СЭСПП в стоимостном, производственном и социальном аспектах. Вместе с тем, снижение уровня напряжения сопровождается проявлением различных отрицательных последствий. В первую очередь, это падение производительности технологического оборудования с последующим уменьшением прибыли предприятия, что может повлечь негативный экономический и социальный эффекты.

Научной проблемой энергосбережения в системах электроснабжения занимались такие ученые как Г.Я. Вагин, С.Д. Волобринский, А.А. Глазунов, Ю.С. Железко, Г.М. Каялов, B.C. Орлов, В.А. Строев, Е.А. Конюхова и др. [5, 15, 16, 17, 21, 29, 53, 74, 108], в работах которых рассматривались вопросы экономии электроэнергии. Разработками автоматизированных информационных систем для энергетической отрасли занимались Н.М. Абдикеев, Р.А. Алиев, J1.C. Беляев, В.В. Иванов, Э.А. Киреева, А.А. Макаров, Г.Е. Поспелов и др. [1, 3, 4, 12, 33, 41, 43, 72]. Основное назначение этих систем, их моделей и алгоритмов - выработка управляющих решений в энергосистемах и, в том числе, сокращение потерь в них.

Вместе с тем, вопросы выбора оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП с учетом существующего противоречия между обоснованно сэкономленной электроэнергией и уменьшением прибыли предприятия в данных работах рассматривались только косвенно.

Следовательно, объективно возникающая научно-техническая задача разработки модели и алгоритмов управления режимами электропотребления для ИСУПП является актуальной и практически востребованной в управлении СЭСПП.

Диссертационная работа выполнялась в рамках следующих целевых программ: областной целевой программы «Энергосбережение Курской области на период 2002-2005 гг.», утвержденной постановлением Курской областной Думы № 378-Ш-ОД от 31 января 2002 г, а также целевой программы «Энергосбережение Минобразования России», - которые являются составными частями Федеральной целевой программы «Энергосбережение России» (1998-2006 гг.).

Цель исследования - повышение эффективности управления режимами электропотребления для снижения потребления электроэнергии на основе разработки модели и алгоритмов для ИСУПП по выбору оптимального уровня снижения напряжения в СЭСПП.

Объектом исследования является подсистема управления энергосбережением ПП (режимами электропотребления ПП) как часть ИСУПП.

Предметом исследования являются процессы управления уровнем напряжения в СЭСПП.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих научно-технических задач:

1. Анализ существующих ИСУПП и моделей управления СЭСПП применительно к задаче сокращения потребления электроэнергии, обоснование и выбор направления исследований.

2. Разработка и исследование математической модели определения оптимального значения уровня напряжения, учитывающей сокращение потребления электроэнергии и уменьшение объема выпуска продукции при снижении уровня напряжения в электрической сети СЭСПП.

3. Разработка алгоритма, позволяющего определять узлы в СЭСПП, в которых должны применяться воздействия по управлению уровнем напряжения.

4. Разработка алгоритма определения условий устойчивости принимаемого решения при изменении исходных данных.

5. Экспериментальная проверка эффективности и корректности модели по сокращению потребления электроэнергии.

Научная новизна работы:

1. Разработана математическая модель выбора оптимального значения уровня снижения напряжения в электрических сетях СЭСПП, позволяющая обосновать оптимальный уровень напряжения и учесть уменьшение объема выпуска продукции в зависимости от характера и вида потребляемой мощности, вида технологического оборудования и участка технологического процесса.

2. На основе многоуровневого информационного представления СЭСПП разработан алгоритм, позволяющий определять характерные места регулирования напряжения для достижения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и потерями от снижения производственной мощности.

3. Разработан алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых оптимальных решений на основе использования метода фазовой плоскости для двух переменных, обеспечивающий определение границ изменения исходных данных, при которых найденное решение (значение снижения напряжения) остается оптимальным.

Практическая ценность работы состоит, в первую очередь, в создании научной и инженерно-технической основы для разработки средств и информационных технологий сокращения потребления электроэнергии для существующих и перспективных ИСУПП. При этом получены следующие результаты:

• разработана методика для определения снижения производительности технологического оборудования на ПП, позволяющая на основе разработанных схем замещения электрических сетей СЭСПП, статических характеристик (СХ) электроприемников (ЭП), вида технологического оборудования и характера технологического процесса определять уровень снижения напряжения под различные типовые структуры СЭСПП (ЭП, группа ЭП, участок, цех и др.);

• создана структурная схема подсистемы управления режимами работы системы электроснабжения как часть общей системы ИСУПП, обеспечивающей выбор и корректировку оптимальных значений уровней напряжения в характерных точках многоуровневого представления СЭСПП;

• на основе анализа допустимых значений целевой функции с помощью платежной матрицы по критериям Гурвица и Лапласа осуществлен выбор оптимального снижения напряжения на 3% и уточнены СХ электроприемников на основе экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

• математическая модель определения оптимального уровня снижения напряжения в электрической сети СЭСПП, учитывающая снижение потребления электроэнергии и уменьшение объема выпуска продукции при снижении уровня напряжения в электрической сети СЭСПП, экспериментальная проверка ее эффективности и корректности;

• алгоритм определения узлов регулирования напряжения в СЭСПП для получения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и снижением производительности промышленного предприятия;

• алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых решений, позволяющий определить границы изменения исходных данных и обеспечивающий сохранение оптимального найденного решения.

Апробация и публикация.

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1. 10-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», (г. Москва, 2004 г.)

2. Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития». (Украина, г. Одесса, 2005 г.)

3. Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании». (Украина, г. Одесса, 2006 гг.)

4. Международная научно-практическая конференция «Современные направления теоретических и прикладных исследований». (Украина, г. Одесса, 2006 г.)

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 9 статей, из них 2 статьи по перечню центральных рецензируемых журналов и изданий ВАК Министерства образования и науки РФ.

Личный вклад соискателя в публикациях, выполненных в соавторстве: [1, 2, 8, 9, 10, 12, 13] - расчет потерь электроэнергии, проведение численных экспериментов и анализ результатов, [3, 4, 14] - разработка математической модели процесса принятия решений, ее анализ и решение задачи оптимизации электропотребления, [5, 6, 7] - вывод аналитических зависимостей производительности труда от уровня освещенности и светового потока от уровня напряжения, определение статических характеристик, [11] - вывод статических характеристик асинхронных двигателей.

Реализация и внедрение.

Результаты работы внедрены на ОАО «Электроагрегат», г. Курск. Материалы работы использованы в учебном процессе кафедры «Электроснабжение» КурскГТУ в курсе «Автоматизация проектирования систем электроснабжения».

Выводы

1. Разработана подсистема УРСЭС как часть общей системы ИСУПП, обеспечивающая повышение эффективности управления режимами электропотребления.

2. Выполнен расчет значений целевой функции предприятия (ОАО «Электроагрегат») в целом.

3. Произведен анализ достоверности исходной информации, выделена часть ее, являющаяся неопределенной. Выбран способ учета неопределенности исходной информации с применением платежной матрицы.

4. Произведен анализ способов обработки платежной матрицы, выбраны критерии Лапласа и Гурвица, по ним произведен выбор значений целевой функции из платежной матрицы. На основании сделанного выбора принято решение - выбрать второй способ регулирования напряжения (совместно на трансформаторах ГПП и цеховых ТП) и величина напряжения в СЭСПП должна составлять -3%. При этом годовой экономический эффект от снижения потребления электроэнергии составил 489 тыс. руб/год,

5. Произведен анализ методов поиска областей устойчивости принимаемого решения, выбран метод фазовой плоскости. Определены области устойчивости относительно цены и объема продукции.

139

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Разработана математическая модель выбора оптимального значения уровня снижения напряжения в электрических сетях СЭСПП, включающая нахождение снижения потребления электроэнергии и сокращение выпуска продукции ПП, что тем самым позволяет обосновать оптимальный уровень напряжения и учесть уменьшение объема выпуска продукции в зависимости от характера и вида потребляемой мощности, вида технологического оборудования и участка технологического процесса.

2. На основе многоуровневого информационного представления СЭСПП разработан алгоритм, позволяющий определять характерные места регулирования напряжения для достижения максимальной разности между стоимостью сэкономленной электроэнергии и потерями от снижения производственной мощности. Алгоритм содержит оригинальную процедуру расчета Fd, зависящую от места и ступени регулирования напряжения, т.е. отдельно на ГПП, КТП и совместно на них.

3. Разработан алгоритм нахождения областей устойчивости принимаемых оптимальных решений на основе использования метода фазовой плоскости для двух переменных, обеспечивающий определение границ изменения исходных данных, при которых найденное решение (значение снижения напряжения) остается оптимальным.

4. Создана подсистема УРСЭС как часть общей системы ИСУПП, обеспечивающая повышение эффективности управления режимами электропотребления для снижения потребления электроэнергии, нахождение значения снижения уровня напряжения и определяющая узлы в СЭСПП, в которых должны применяться воздействия по управлению уровнем напряжения при исходных условиях и при их изменении, что позволяет на них оперативно реагировать и поддерживать оптимальное значение уровня напряжения.

5. Разработана методика для определения снижения производительности технологического оборудования на ПП, позволяющая на основе разработанных схем замещения электрических сетей СЭСПП, статических характеристик (СХ) электроприемников (ЭП), вида технологического оборудования и характера технологического процесса определять уровень снижения напряжения под различные типовые структуры СЭСПП (ЭП, группа ЭП, участок, цех и др.).

6. В результате внедрения разработанной подсистемы УРСЭС как части общей системы ИСУПП на типовом ПП выбрано оптимальное значение снижения напряжения, 3%, в результате чего экономия электроэнергии составила 5,8%, при этом годовой экономический эффект от снижения потребления электроэнергии составил 489 тыс. руб/год, что увеличило прибыль предприятия на 6,1%.

141

1. Абдикеев, Н.М. Автоматизированные информационные системы в производстве, маркетинге и финансах Текст. / Н.М. Абдикеев. М.: КОС ИНФ, Рос. экон. акад., 2003. 183 с.

2. Абдикеев, Н.М. Проектирование интеллектуальных систем в экономике Текст. / Н.М. Абдикеев. М.: Издательство «Экзамен», 2004. 528 с.

3. Алиев, Р.А. Методы интеграции в системах управления Текст. /Р.А. Алиев. М.: Энергоатомиздат, 1989. 271 с.

4. Алиев, Р.А. «Разумная» производственная система управления для нефтеперерабатывающего предприятия Текст. / Р.А. Алиев, А.Э. Церковный // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1988. №6. С. 99 108.

5. Ангорова, Т.В. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях Текст. / Т.В. Ангорова, С.М. Гамазин, В.В. Шевченко. М.: Высшая школа, 1990.

6. Андрейчиков, А.В. Анализ, синтез, планирование решений в экономике Текст. / А.В. Андрейчиков. М.: Финансы и статистика, 2001. 368 с.

7. Аноср, Р. Основы исследования операций Текст.: Р. Аноср, М. Сасие-ни. М.: Мир, 1974

8. Аракелов, В.Е. Анализ энергоиспользования на промышленных предприятиях Текст. / В.Е. Аракелов, A.M. Кремер // Промышленная энергетика. 1982. №5.

9. Базуткин, В.В. Техника высоких напряжений Текст. / В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь. М.: Энергоатомиздат, 1986.

10. Ю.Бахвалов, Н.С. Численные методы Текст.: учеб. пособие/ Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельников. 2-е изд. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. 632 с. ISBN 5-93208-043-4.

11. Беляев, Л.С. Решение сложных оптимизационных задач в условиях неопределенности Текст. / JI.C. Беляев; Новосибирск: Наука, 1978. 126 с.

12. В.Бернштейн, J1.M. Изоляция электрических машин общепромышленного применения Текст. / JI.M. Бернштейн. М: Энергия, 1971. 368 с.

13. Боммель, В.В. Освещение и производительность труда Текст. / В.В. Боммель // Иллюминатор. 2003. № 1(3).

14. Будзко, И.А. Особенности оптимизационных задач энергетики Текст. / И.А. Будзко, М.С. Левин // Электричество. 1981. №3. С. 1 7

15. Веников, В.А. Регулирование напряжение в электрических системах Текст. / В.А. Веников, В.И. Идельчик, М.С. Лисев. М.: Энергоатомиздат, 1985.

16. Волобринский, С.Д. Электрические нагрузки промышленных предприятий Текст. / С.Д. Волобринский, Г.М. Каялов, П.Н. Клейн. Л.: Ленинградское отделение, 1971.

17. Вольдек, А.И. Электрические машины Текст. / А.И. Вольдек. Л.: Энергия, 1978. 832 с.

18. Гамм, А.З. Методы расчета нормальных режимов электрических систем на ЭВМ Текст. / А.З. Гамм. Иркутск, изд. ИПИ, 1972. 186 с.

19. Герман-Галкин, С.Г. Электрические машины. Лабораторные работы на ПК Текст. / С.Г. Герман-Галкин, Г.А. Кардонов. СПб.: Корона принт, 2003. 256 с. ил. ISBN 5-7931-0203-5.

20. Глазунов, А.А. Об экономически целесообразной емкостной компенсации в сетях промышленных предприятий Текст. / А.А. Глазунов, Нгуен Хи-ен, В.А. Строев // Электричество. 1968. №3.

21. Глазунов, А.А. Технико-экономическое эквивалентирование электрических сетей в задачах компенсации реактивной мощности Текст. / А.А. Глазунов, А.А. Гремяков, В.А. Строев // Электричество. 1979. №9.

22. Головкин, Б. Н. Прогноз электропотребления промышленного предприятия в условиях нестабильной экономики Текст. / Б.Н. Головкин, В.Н. Пирогов, А.П. Старцев //Промышленная энергетика. 1996. №2.

23. Гук, Ю.Б. Теория и расчет надежности систем электроснабжения Текст. / Ю.Б. Гук, Н.А. Козак, А.В. Мясников. М.: Энергия, 1970.

24. Гуревич, Ю.Е. Устойчивость нагрузки электрических схем Текст. / Ю.Е. Гуревич, JI.E. Либова, Э.А. Хагитрян. М.: Энергоиздат, 1981.

25. Данилевич, Я.Б. Параметры электрических машин переменного тока Текст. / Я.Б. Данилевич, В.В. Домбровский, Е.Я. Казовский. М.: Наука, 1965. 339 с.

26. Данилов, Н.И. Энергосбережение от слов к делу Текст. / Н.И. Данилов. Изд. 2-ое, исправленное и дополненное. Екатеринбург: Энерго-Пресс, 2001.232 с.

27. Денисов, В.И. Технико-экономические расчеты в энергетике: Методы экономического сравнения вариантов Текст. / В. И. Денисов. М.: Энергоатом-издат, 1985, 216 с.

28. Железко, Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах Текст. / Ю.С. Железко. М.: Энергоиздат, 1981.

29. Жуков, П.С. Вопросы устойчивости электрических систем Текст. / П.С. Жуков; под ред. JI.A. Жукова. М.: Энергия, 1979. 455 с.

30. ЗГЗубанов, Н.В. Анализ устойчивости функционирования экономических систем относительно поставленных целей Текст. / Н.В. Зубанов, С.В. Пе-стриков. Самара: Издательство Самарского государственного технического университете, 1999.

31. Иваненко, В.И. Проблема неопределенности в задачах принятия решений Текст. / В.И. Иваненко, В.А. Лабновский; ЛНУССР, Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова. Киев: Наукова думка, 1990. 132 с.

32. Иванов, В.В. Автоматизация принятия решений в управлении и проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий Текст.: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / В.В. Иванов. Казань, 1989.

33. Иванов, B.C. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий Текст. / B.C. Иванов, В.И. Соколов. М.: Энергоатомиздат, 1987.

34. Игнатьева, А.В. Исследование систем управления Текст.: учеб. пособие для студ. вуз. / А.В. Игнатьева, М.М. Максимцов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. 157 с.

35. Идельчик, В.И. Расчеты установившихся режимов электрических систем Текст. / В.И. Идельчик; под ред. В.А. Веникова. М.: Энергия, 1977. 192 с.

36. Ильин, В.И. Автоматизированная система учета и контроля энергии для промышленных предприятий Текст. / В.И. Ильин [и др.] // Промышленная энергетика. 1994. №8.

37. Информационные системы в экономике Текст. / под ред. В.В. Дина. М.: Финансы и статистика, 1997. 269 с.

38. Карпов, Ф.Ф. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий Текст. / Ф.Ф. Карпов, JI.A. Солдаткина. М.: Энергия, 1970.

39. Каялов, Г.М. Основы рационального нормирования компенсации реактивных нагрузок электрических сетей Текст. / Г.М. Каялов // Промышленная энергетика. 1969. №4.

40. Киреева, Э.А. Автоматизация и экономия электроэнергии в системах промышленного электроснабжения Текст.: справочные материалы и примеры расчетов / Э.А. Киреева, Т. Юнее, М. Айюби. М.: Энергоатомиздат, 1998.

41. Киреева, Э.А. Рациональное использование электроэнергии в системах промышленного электроснабжения Текст. / Э.А. Киреева. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2000. 76 с.

42. Клевцов, А.В. Средства оптимизации потребления электроэнергии Текст. / А.В. Клевцов. М.: COJIOH-Пресс, 2004. 240 с.

43. Кнорринг, Г.М. Осветительные установки Текст. / Г.М. Кнорринг. Л.: Энергоиздат, 1981.

44. Ковалев, И.Н. Оптимизация выбора компенсирующих устройств в электрических сетях Текст. / И.Н. Ковалев // Электричество. 1986. №5.

45. Колесниченко, Б.В. Расчеты электрических сетей на программируемых калькуляторах Текст. / Б.В. Колесниченко, Л.И. Петренко. К. Выща школа, 1988.207 с.

46. Конюхова, Е.А. Влияние параметров режимов работы асинхронных двигателей на их статические характеристики Текст. / Е.А. Конюхова, В.И. Михайлив // Промышленная энергетика. 1990. №10.

47. Конюхова, Е.А. Выбор мощности батарей конденсаторов в цеховых сетях промышленных предприятий с учетом режимов напряжений Текст. / Е.А. Конюхова // Электричество. 1998. №1.

48. Конюхова, Е.А. Исследование влияния статических характеристик нагрузки на потери мощности и напряжения в системе электроснабжения пром-предприятия Текст. / Е.А. Конюхова // Промышленная энергетика. 1995. №9.

49. Конюхова, Е.А. Режимы напряжений и компенсация реактивной мощности в цеховых электрических сетях Текст. / Е.А. Конюхова. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2000. 56 с.

50. Конюхова, Е.А. Режимы напряжений и компенсация реактивной мощности в цеховых электрических сетях Текст. / Е.А. Конюхова // Серия «Библиотека электротехника» приложение к журналу Энергетик. М.: НТФ Энергопрогресс. 2000. №12(24).

51. Копытов, Ю.В. Экономия электроэнергии в промышленности Текст. / Ю.В. Копытов, Б.А. Чуланов. М.: Энергоатомиздат, 1982. 112 с.

52. Косоруков, О.А. Исследование операций Текст. / О.А. Косоруков, А.В. Мищенко. М.: Издательство «Экзамен», 2003. 448 с. ISBN 5-94692-363-3.

53. Крон, Г. Исследование сложных систем по частям диакоптика Текст. / Г. Крон. М.: Наука, 1972. 540 с.

54. Кудрин, Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий Текст. / Б.И. Кудрин. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. 672 с.

55. Кузин, Б.И. Методы и модели управления фирмой Текст. / Б.И. Кузин, В.Н. Юрьев, Г.М. Шахдинаров. СПб.: Питер, 2001. 432 с.

56. Кучер, И.М. Металлорежущие станки. Основы конструирования и расчета Текст. / И.М. Кучер. J1.: «Машиностроение», 1970. 720 с.

57. Лабскер, Л.Г. Игровые методы в управлении экономикой и бизнесом Текст.: учеб. пособие / Л.Г. Лабскер, Л.О. Бабешко. М.: Дело, 2001. 464 с. ISBN 5-7749-0233-1.

58. Лагоша, Б.А. Оптимальное управление в экономике Текст.: учеб. пособие / Б.А. Лагоша; М.: Финансы и статистика, 2003. 192 с. ISBN 5-279-025755.

59. Лахнов, А.А. Оптимизация потребления электроэнергии в системах электроснабжения промышленных предприятий методами динамического программирования Электронный ресурс. / А.А. Лахнов; М.: 2004, режим доступа: http: // www.ostu.ru., загл. с экрана.

60. Макаров, А.А. Методы исследования и оптимизации энергетического хозяйства Текст. / А.А. Макаров, JI.A. Мелентьев. Новосибирск: Наука, 1973. 274 с.

61. Маркович, И.М. Режимы энергетических систем Текст. / И.М. Маркович. М.: Энергия, 1969. 350 с.

62. Марчук, Г.И. Методы вычислительной математики Текст. / Г.И. Мар-чук. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980. 536 с.

63. Мастепанов, A.M. Аспекты энергетической стратегии России Текст. /A.M. Мастепанов // Энергоэффективность. 2001. №3. С. 15-23.

64. Мелентьев, J1.A. Системные исследования в энергетике Текст. / JI.A. Мелентьев. М.: Наука, 1983. 455 с.

65. Мельников, Н.А. Электрические сети и системы Текст. / Н.А. Мельников. М.: Энергия, 1975. 463 с.

66. Мельников, Н.А. Электрические сети и системы Текст. / Н.А. Мельников. М.: Энергия, 1975. 480 с.

67. Моделирование систем Текст.: учеб. для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2001. 343 с.

68. Поспелов, Г.Е. Об учете статических характеристик нагрузки при выборе компенсирующих устройств для регулирования напряжения в электрических сетях Текст. / Г.Е. Поспелов, В.Г. Федин // Энергия. 1966. №1.

69. Поспелов, Г.Е. Потери мощности и энергии в электрических сетях Текст. / Г.Е. Поспелов, Н.М. Сыч. М.: Энергоиздат, 1981.

70. Правила устройства электроустановок Текст.: сборник нормативных документов / седьмое издание. М.: ЗАО «Энергосервис», 2002. 280 с.

71. Применение цифровых вычислительных машин в электроэнергетике Текст.: учеб. пособие для вузов / О.В. Щербачев [и др.]. JI.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980. 240 с.

72. Романов, В.П. Интеллектуальные информационные системы в экономике Текст. / В.П. Романов. М.: Издательство «Экзамен», 2003. 496 с.

73. Сальников, А.Х. Нормирование потребления и экономия топливно-энергетических ресурсов Текст. / А.Х. Сальников, Л.А. Шевченко. М.: Энер-гоатомиздат, 1986. 240 с.

74. Самарский, А.А. Теория разностных схем Текст. / А.А. Самарский. М.: Наука, 1977. 345 с.

75. Свенчанский, А.Д. Электрические промышленные печи. Ч. I. Электрические печи сопротивления Текст. / А.Д. Свенчанский. М: Энергия, 1975. 382 с.

76. Сибикин, Ю.Л. Важнейшие направления энергосберегающей политики Российской Федерации Текст. / Ю.Л. Сибикин // Промышленная энергетика. 1998. №6.

77. Смиречов, Г.Н. Проектирование экономических информационных систем Текст. / Г.Н. Смиречов, А.А. Сорокин, Ю.Ф. Тельнов. М.: Финансы и статистика, 2001. 512 с.

78. Справочная книга по светотехнике Текст. / под. ред. Ю.Б. Айзенберга. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1995. 526 с.

79. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования Текст. / под ред. Ю.Г. Барыбина [и др.]. М.: 1991. 464 с.

80. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения Текст. / под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Болиенова. М.: Энергоатомиздат, 1989.

81. Справочник по электропотреблению в промышленности Текст. / под ред. Г.П. Минина, Ю.В. Копытова. М.: Энергия, 1978.

82. Суднова, В.В. Качество электрической энергии Текст. / В.В. Суднова. М.: ЗАО «Энергосервис», 2000. 80 с.

83. Теория и методы принятия решений Текст.: учебник. М.: Лотос, 2000.296 с.

84. Тимашков, П.С. Математические методы принятия решений Текст.: учебное пособие / П.С. Тимашков. М.: МЭСИ, 2003. 114 с.

85. Трухаев, Р.И. Модели принятия решения в условиях неопределенности Текст. / Р.И. Трухаев. М.: Наука, 1981. 257 с.

86. Фактор неопределенности при принятии оптимальных решений в больших системах энергетики Текст.: в 2 т. / под ред. Л.А. Мелентьева. Иркутск: Изд. СЭС, 1974. 253 с. 1 т.

87. Холмский, В.Г. Расчет и оптимизация режимов электрических сетей Текст. / В.Г. Холмский. М.: Высш. шк., 1975. 287 с.

88. Хорошилов, Н.В. Аналитическое представление зависимости производительности труда от уровня освещенности Текст. / Н.В. Хорошилов, В.И. Би-рюлин, О.М.Ларин // Объединенный научный журнал. 2005 №23(151) октябрь. С. 77-78.

89. Хорошилов, Н.В. Генерация высших гармоник тока и напряжения газоразрядными лампами при регулировании питающего напряжения Текст. / Н.В. Хорошилов [и др.] // Электро. 2006. №2. С. 11-14.

90. Хорошилов, Н. В. Использование циклического дерева решений Текст. / Н. В. Хорошилов, В. И. Бирюлин, О. М. Ларин // Деп. в ВИНИТИ №584-В2006 от 03.05.2006. 6 с.

91. Хорошилов, Н.В. Исследование изменения светового потока газоразрядных ламп при отклонении напряжения в сети Текст. / Н.В. Хорошилов,

92. B.И. Бирюлин, О.М.Ларин // Объединенный научный журнал. 2005 №23(151) октябрь. С. 78-81.

93. ЮО.Хорошилов, Н.В. Исследование работы газоразрядных ламп при снижении питающего напряжения Текст. / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Электрика. 2006. №2. С. 34-35.

94. Хорошилов, Н.В. Модель процесса принятия решения в управлении режимами электропотребления на промышленных предприятиях Текст. / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин // Объединенный научный журнал. 2005. №17 (145) июль. С. 77-78.

95. Хорошилов, Н.В. Описание схемы электрической сети для ввода в память компьютера Текст. / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Деп. в ВИНИТИ №586-В2006 от 03.05.2006. 6 с.

96. Хорошилов, Н.В. Применение системного анализа для выбора энергосберегающих мероприятий Текст. / Н.В. Хорошилов, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин // Деп. в ВИНИТИ №585-В2006 от 03.05.2006. 7 с.

97. Хорошилов, Н.В. Проблемы разработки информационной системы управления потреблением энергоресурсов промышленным предприятием Текст. / Н.В. Хорошилов, И.С. Захаров // Телекоммуникации. 2007. №4. С. 4648.

98. Численные методы Текст.: учеб. пособие для вузов / под ред. А.А. Самарского. М.: Наука, 1978. 512 с.

99. Экономия электроэнергии в промышленных технологиях Текст.: справочно-методическое пособие / Г.Я. Вагин [и др.]; под ред. С. К. Сергеева; НГТУ, НИЦЭ. Н. Новгород, 2001. 296 с.

100. Электротермическое оборудование Текст.: справочник / под ред. А.П. Альтгаузена. М.: Энергия, 1980. 416 с.

101. Электронный каталог Электронный ресурс.: база данных содержит сведения о программе для главного энергетика / М.: 2004. Режим доступа: http: // www.elsna.ru / загл. с экрана.

102. Электронный каталог Электронный ресурс.: база данных содержит сведения о системах расчета и проектирования СЭСПП / М.: 2004. Режим доступа: http: // www.acad.ru / электротехнические решения, загл. с экрана.

103. Электротехнические устройства Т2 Текст.: электротехнический справочник / под общ. ред. В.Г. Герасимова. 6-е изд. М.: Энергоиздат, 1981. 640 с. ил.

104. Dennis, L.B. Text.: L.B. Dennis, T.D. Dennis / Management science. NY: West Publishing Company, 1991.