автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Оптимизация развития электроэнергетических систем методами теории нечетких множеств

РГ 6 ОД

АКАДЕМИЯ КАЗН НКРАИНЫ . Институт проблем энергосберезениа

На правах рукописи

КРНСАНОБА Ирина Николаевна

ОПТИМИЗАЦИЯ РАЗБИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ' НЕТОДАНИ ' ТЕОРИЙ НЕЧЕТКИХ ННОЙЕСТВ

Специальность 05.14.01 - Энергетические систаин и конплексы

05.13.16 - Применение вычислительной техники и математических методов э научных исследованиях (энергетика)

Автореферат

4

диссертации на соискание ученой' степени кандидата технических наук.

Киев- 1993

Работа выполнена в Институте проблем энергосбережения АН Украины

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КУЛИК Е Е

доктор технических наук, профессор ЗОРИН Е В.

кандидат экономических наук ' ГЩДОЯ ЕЕ

Вэдуцая организация:

Институт проблем моделирования в энергетике АН Украины

Защита состоится

¡0 " ИКЖ^

_1993 г. , в.

N

часов на васедании .специализированного совета Д 016.63.01 при 'Институте проблем энергосбережения АН Украины по адресу: 252070, Киев 70, ул. Покровская, 11, ИГО АН Украины.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Института проблем энергосберелсзния АН Украины.

Автореферат разослан " С! "1993 г.

/Ученый секретарь - ; специализированного совета Д 016.63.01 кандидат технических паук

Рапцуя Н.Е

СЕ£ЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Уровень раззития экономики лхЗсй страны вс многом определяется уровнем развития тсплизкс-ЭЕзргзтпчостаго комплекса в цехом 51 электроэнергетической слете;.« (ЗЗС) з частности. Емэсте с тем ЗЗС является одной из наиболее капиталеэмкия отраслей экономики, поэтому особую актуальность приобретает задача, спт12,(лльнс'Го управления ее развитием. В условиях перехода к рыночное регулировании экономики резко возрастает влияние фактора неопределенности перспективных значений различных.категорий исходной информации. Учет этого фактора необходим для адекватного отражения реальных свойств рассматриваемой система,, поскольку позволяет принимать Солее обоснованные управленческие ресенпя. Однако, задачу оптимизации развития ЗЭС в условиях неопределенности невозможно погрузить в имеющиеся строгие схемы и методы математического программирования. Нужны методы и подходы, позво- ■ ляюпие вести исследования в условиях высокой степени неоднозначности будущего развития системы, отсутствия однозначных критериев оценки и выбора предпочтительных вариантов, невозможности' полной формализации процесса такого выбора. Разработка одного из возможных подходов к снятию неопределенности исходной информации в задаче управления развитием ЭЭС и явилось темой данных исследований.

Дедь работы. Целью диссертационной работы является разработка методики, математических моделей и программных средств для принятия - обоснованных решений по управлению развитием ЗЗС, обеспечивашцих учет неопределенности рассматриваемой.задачи.

Методы исследований. При решении поставленной задачи использовались методология системных исследований в энергетике, методы теории нечетких множеств (ТНМ), методы линейного программирования, неформальные процедуры описания характеристик ЗЗС.

Зашиваемые научные положения, результаты и их козизна.

Положения:

Комплексный подход к поиску оптимальных путей развития ЗЗС. ' базирующийся на использовании математического аппарата ТНМ, позволяет учесть неопределенность информации о внутренних и -внешних условиях функционирования системы в будущем и находить ресепия, гарантирущие удовлетворение в той или иной степени всех условий, сформулированных исследователем.

Результаты и их научная новизна:

о _ - -

1. Разработан к обоснован новый подход к рэеэниэ задали управления развитием ЭЭС', который отличается от ранее известию: подходов тем, что:

- исследование перспектив развитая ЭЭС Украины проводилось з два этапа, а именно, исследование мест и возможностей размещения гекерирукцего оборудования и оптимизация структура генерирующих мощностей системы в целом;

впервые для учета неопределенности различных категорий исходной информации в задаче управления развитием ЭЗЗ применены методы теории нечетких множеств;

- предложены способы формализации предпочтений лица, принимающего решения С ДПР) в отношении критериев, используемых в модели

2. Предлок&ка методика построения комплекса нечетких математических моделей, базирующаяся на сочетании формальных и неформальных процедур и реализованных з составе диалоговой системы принятия репенпй.

3. Проведен сравнительный аначиз эффективности традиционных методов учета неопределенности исходной информации и методов, оснозанных на математическом аппарате теории нечетких множеств. На основе реальных данных экспериментальным путем показаны преимущества применения' нечетких моделей.

4. Разработано алгоритмическое и программнообеспечение, гзтзматкзируксэе процесс исследований по еледуюп?:м направлениям: формирование базы данных и базы знаний для хранения информации об исходны:-: данных и метода?: ранения поставленных зада"-;; оценивание неопределенных параметров модели на основе построения функций предпочтения ЛПР; автоматическое формирование модели задачи; организация интерактивного режима работы пользователя с ЗБУ з процессе проведения исследований.

Практическая значимость работы состоит в применен;::: разработанных мате.чатичес-сих, программны:-: у инф-рмационкых средств для решния задачи упрезления газвптием сЗС. На основе применения разработанных моделей /нстнтуте проблем знергссберехенпя АН ■ Украины реши ряд практических задач по определению основных • направлений развития ЭЭС Укранлы на период до 2010 года. Материалы разработок были представлены в ;;пре1стивные органы страны, Президиум " Ш Украины, отраслевые институты 1й'.кэкерго Украины, Украинский БШКЭксргопром.

Апробация работы. Основные теоретические положения диссерта-

томней рабсти докладьэалнсъ и обсулцались La псесо'сзкых Hsy¡-но-телтшчэсклх конференциях "Математическое моделирование в энергетике" ( Киев,1990г), "Проблема энергосбережения"( 'Jzi-"Моделирование электроэнергетических систем" С'лу-лас,1531г), "Знертосбенегение и автоматизация проектирсзакил электрохозяйства промышленных предприятий" ОЬскза, IGSir), се-л:-нарах отдела оптимизации систем энергетики Хнсткгута прсблзм 31. ргосСерэ.'кэеия АН Украины.

Структура и объем работы, Диссерташюннся работа состоит пз згздешз:, чэтырех глав, заключения, списка использог-анной литературы, зкдючакжэго 125 наименований и 2 прилз:язний. 0сноз".сй текст ссдерлит 1£0 страниц мапэтописного текста иллюстрирован С2 рисунками к S таблицами.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ lo введении обоснована актуальность теш диссертации, спр-з- • леленн г,?ль и загата исследования, показана научная новизна и лракг:г;сск2л ценность диссертационной работы л ссновлкх результатов исследован:-:,:.

2 пэр той гл.£25> рассмотрены основное свойства элоктроэнерг-з-тичл-ской сязтс-мы, как большой систе.'-ы, кратко описаны сугзстзу» лне модели и метода ржания задачи управлении разз:.т1км 333, ол-ределены их пр^г/тк-ств?. и недостатки. Праанолия^рэз-лны особенности управления сло:с;ь.ми организационные система}.-:!, к котср:л-!. зтнсситсл ра?рс.бстгни основное принципы прннятнл управлев-

р;-доний а нзчетксй сро;;о. Гдчзстзо рагзнин задачи управления развктпе-м SCO в зна'л:-геллнсй стеле:::: слредзллс-тся адекватностью моделировали;- ccsozslzc свойств п дзр-лмегррз снстэмл .в нау-ггй литературе- зыд?ля?гсл .:л;-™сги-?' свойства 3~0 как Сольлой системы: иерархичность, ■ взен-•/CC2.îci с ввелтлзЛ стелой, :л:сгскр::тор;:алькссть, многовариантность развития, неопределенность исходной информации, используемой ллл .-.лис злил самой с;:ог так и среды ее фузкс.гэна?02анкя. сдределенность др:: удравлелин ЗЭС шззэт нсрс^атъсд отсутствием информации о пе^тсрьл: -элементах задачи, недостоверностью дап::=:х, псточшком которой служит гнепш среда ( физическая неопределенность) , язы-:, используемый ЛПР ( лингвистическая -н-зопределен-нос?>). ■ Яизнчаскзл неопределенность обусловлена как неточностями измерений, та:-; и случайны» характером будущих зозмаянсстей. Лингвистическая неопределенность связала с использованием естественного кзг'ка для списания системы упразлагая и ее функционирования.

- л -

До настоящего времени физическая неопределенность либо не усяывалась еос5е£, либо описывалась с помощью методов теории вероятностей (при зтом предполагалось знание соответствующих за-г.сксв распределения вероятностей).' Лингвистическая неопределек-кость при решении рассматриваемой задачи вообще не учитывалась. Одна::з, переход к изучени:э организационных систем управления., прсцесссз принятия решений человеком выявил специфические черты процесса управления, а именно: объект управления (ЗЭС) сам является организационной системой, что приводит к больному разнооб-рзгзпэ поведения последней; в качестве управляющей системы выступает ЛП?, которое осуществляет управление на основе складызах>-глп:сг. у него в процессе изучения объекта представлений об объекте удрал лскзя и методов управления; алгоритм управления часто отроит сама управляющая система; б процессе поиска наилучшего рысенка больЕуо роль играют логические рассуждения ЛИР, которые ис-вовмо/зо формализовать математическими уравнениями; при выОоре гправлязгзго воздействия ЯП? свойственно оперировать кечетк;*;^!

понятиями,стноййниями, высгззьеапилкп!.

Таким образен, факт наличия неполноты информации о состоя-533 требует, во-первых, нового подхода к классификации информации, используемой з перспективных расчетах, во-вторых, раз-основных принципов принятия решений в нечеткой среде,и в гретые:, разработга и применения специальных методов к средств, позволяли: принимать обоснованные решения в условия:-: неолреде-л^лиэотн. •

¿втором сбормугировакы пр;пщппы принятия репгний в нечеткой среде для задач управления' развитием 335 слгдутс:5:м образом: 1. Г^гг-е всего, ЛП? должно сформулировать цели управления развитием с-ЭО и определить, какие из ню: могут быть опксьяы суцесхвук4-вш математическими методами как детерминированные- и тэ, для Фор^ализац;:и которых необходимо применение специального i¿атема-ткче-сксго аппарата теории чечетккх множеств; 2. Еэобходнмэ вцдэ-л;:ть из всего иноггсхва. параметров, оказывавших влияние г:а развитие и фушщпоккровгпке S30, те, ¡вторые оказывает наиболее существенное влияние на принятие управленческих решений. Для определения Еначпизсти отдельных параметров используются специальные матекатпч:с}п;е методы. Если выделенные параметры носят неопределенный характер, то в модели они представляются в виде нечетки:: ыкокеств пли чисел; 3. Определяется структура предпочтений ИР,

т. е. по всем параметрам, учитываемым в модели, определяются такие лингвистические формулировки■интервальных или точечных оценок, которые, по мнению эксперта, в наибольшей степени будут способствовать ' достижению поставленных целей. Такой хг анализ осуществляется и по отношению к целям задачи, т. е. выясняется наиболее желательные их значения. Предпочтения ЛПР в отношении того или иного параметра задачи формализуются в виде аналитических функций, которые могут быть непосредственно введены в модель згдачи; 4. Рыбор метода реиэния задачи осуществляется исходя из соображений о наличии средств представления и использования неопределенной информации для осуществления • выбора альтернатив,о реалистичности модели (степени приближения ее свойств к свойства!,! реальной системы), о простоте и удобстве . использования . и приемлемой скорости решения.

Б работе дгт решения.задачи управления развитием ЗЗС- автором использовался•• аппарат ТКМ, укладывающийся' в сформулированную схему. '■•;■■

Во второй главе автором,проанализированы основные источники возникновения неопределенности в" рассматриваемых задачах, проведено исследование методов ее: учета и преодоления, па основе чего обоснована целесообразность применения аппарата теории- нечетких гдаохеств при оптимизации развития ЗЭС, ." а также- изложены ее основные положения. Кроме того, в главе разработана концепция построения целостной системы нечетких моделей и предложена методика моделирования предпочтений. ЛПР.

' Преодоление отрицательного воздействия неопределенности ин-•формгции на результаты ресения задачи управления развитием ЭЭС возможно несколькими способами. Первый и наиболее распространенный - проведение серии "вариантных расчетов при изменении исходных данных. Однако, проведение таких расчетов требует больших затрзт времени, предъявляет повышенные требования к достоверности негодной информации и не дает окончательного ответа на вопрос о предпочтительности того или иного варианта решений. Второй способ - ' применение специальных ме.одов прикладной математики (теории вероятностей, теории щ">, ТНМ). Однако, применение методов теории вероятностей возможно только а том случае, ¡согда статистическая обработка результатов массовой реализации различных категорий исходных данных в прошлом позволяет,ролучить для них полное вероятностное описание - функцию распределения. Однако,

- б -

длл Сол слегка показателей' в' электроэнергетических расчетах прошлого 2П.тз либо нет, либо перенесение его на будущие условия г г.:::"гил 332 неправомерно. В энергетических расчетах, выполнен-п.".:: с учгтсн ¿актера собственно неопределенности .(ко не случайное:;:} получил. распространение подход, базирующийся на испольэо-г.дннн г-ле^ентов теории игр и ваключавдийся в построении платеж-катрглц; с последующим ее енализом. фи этом для выбора луч-Ц-го варианта используются специальные критерии (Вальда, Сэвид-Гурвица). Этот подход является достаточно эффективным, но вместе с тем обладает рядом недостатков, а именно: большой объем В1гс:сл].тс;лькзй работы, субъективность критериев выбора, противо-реч-.гость полученных оценок и др. В случае, если ЛПР не обладает достоверной информацией о количественных значениях факторов, гсаствуюггнг в моделировании объекта исследований, а сам процесс дртаятия репеш^й базируется на некоторых субъективных суждениях ."-"Л?, отрагагяцн:: его собственный опыт как эксперта, то подобные являются задачами принятия решений при нечеткой информа-а модели принятия ре пений в этих условиях базируются на математической аппарате ТКМ. До настоящего времени таких моделей для исследования перспектив развития ЗЭС не разрабатывалось. В то »» г,ре мл ТНМ использовалась в задачах оптимизации электричес-ко: сетей, правления режимами работы ЗЭС, управления качеством ой анергии , исследования социально-экономического го-деЛствгл оЭгокгов злектроэнергетики на окружисщуа среду, сцопгС-: к вьгЗора отдельных типоз оборудования и оценки эффективнее:!; с-нгргегпчееккх объектов.

Б с:неге легягг понятие нечеткого множества А в обычном кно.ч>с?ье X, ¡тоторыы называется совокупность пар вида[х(^(*)|, где х£.Д, с^Л [),) - функция}.\Ц).')(->со называется функцией принадлежности -нечеткого множества л. Значение ^(х). этой функции для. }"н;:регнгго X называется степенью принадлежности этого элемента к-:'-;еткс:-7- тожеству Д. - основе понятия нечеткого множества летяг? предетавленке о тс" что составляющие данное множество эле-с-5Г2Д2зк5!9 неюторш обдам свойством могут обладать им в разлпчкой степени я, следовательно, принадлежать данному мно-тгстзу с различной стспеных Введем также понятие шожэства -¿-уровня нечеткого «кжстваА. которое определяется как

- ? ~

Задача нечеткого мате>>?ичзского npcrpavainpcsanr:: з с гиде формулируется Р. Взглмаяоа и Л. Заде как зада--:?, "сс::':::-::::^ нечетко определенной цели, причем рзпзнаэн задачи г:--

ресе-чзние нечетких шо^естз нэп и сграничзнпй.

Iii основе этой теории автором Сила pcopaSors:-:. *

построения нечеткой системы моделей длд per?:::::- с'.:г.":: екя развитием 330. Предлагается дзухзталяая схе:.-г cür.

когда на первом этапе исследований пропз годнеел г_;сг с.';;.- • дсвап'л, .^тсроэ юлю разместить на определенно;; =

парущзкп зк-ологического равновесии (оалача о

1 на втором этапе определяется оптклглънел структура .: г

мощностей по всей системе (задача опсг-^-вгс урозня). 2 :. • зультате природво-экологической оценки террктор::::, провед:-:.:::': : 2ГГЗ АН Украины, били выделены площадки, гдз воз;::;.-::: ■

новых энергетически:-: обте;гсв. Поскольку п.ггрощгпг: пстзнцпа:: л::-ioit ргэсздки к нейтрализации вредного цч е..г; .••„-•-

>:реду --граничен, возникает задача.предварительного Bi-opa г": ;;-состава оборудования па каядсй плеща;;',;. кото-:.'; к ..-: е.". -:о:-; соответствовал бы -условиям территории. • Г":ч е::г, ;vi:• •площадке допускалось размещение zdöqtz • г.; о;:.

годстгз электроэнергии (ТЕЗ). r-paicTir-ieercn во:: :.:,:;•::_•'•-. используемая на этом столе рещзкил задач:! :• л/-'

характер. Зта неопределенность С-'^ла учтен.; г о;- с ;л:.г*г ' :"::. v: -ристик ?ЕЭ üjj) и ngri определении ресурс::.-: - р.-слог:: - •: о: •.: ..:;:;..-постой территории! (о,-). Исходя ::з этеге, тяг-"-. в-.•::.". оборудования па площадке Cizsa с-^му.-'ровгнй г ь-г-.:. ::•>".•-.:• -матемагпческс-го прэгралггреэгнил о четко' с::.':'-"::-: ::\\ .;;-во:д лопустг-мш альтернатив,з з качество кр:::ор::\ ■:..: г. ::: уровне ::о::елвв свелось сосеото;вгосгв прекввеле:::ел.::::::;.:..::.-. ГГэ улепил) автора, :;гст крьгерлЛ яапл^-щви сорлв:•• г:;-.. - . -

роем будуг-г: :-:аибо:.ел веролгкь:: владельцев в:грг:;;-::-:....: сов - диз»песк:пс r;ij, koct.tjc: в ^ете/:. Г о;: < - -.> ...-.--. заставлялась слзлугщ:-?! слот-."-::

21 — .-.'v , ¿ = /77» ; - ограничения задачи *

• <J[j л; с и; , J -- ;

, ¿J "

где указатель нечеткости параметров задачи.

Оптимальные решения, полученные для каждой площадки, принимались в .качестве исходной информации для задачи системного .

тематического программирования с нечеткими целями-ограничениями.

затраты на развитие ЗЭС, покрытие заданных нагрузок,. расходы топливно-энергетических. материальных и трудовых ресурсов, ограничения на возможность поставок новых типов оборудования, ограни-, чения максимальной выработки электроэнергии на некоторых типах

тт.

При решении этой задачи нечеткие параметры в каэдой из моделей были представлены своими функциями принадлежности (ФП), построение которых осуществлялось на основе использования нескольких методик. Так, ФП нечетких параметров, описывающих технологические характеристики Т13Э строились на основе приближенной оценки по методике,' сущность которой заключается в том, что по приблизительной оценке числа находятся параметры некоторой заданной (экспоненциальной) функции. Построение СП такого пара-метра модели, как ресурсно-экологический потенциал территории осуществлялось по методике Р. Ягера, . заключающейся в том, что эксперту предлагается разместить,различные значения данного показателя, полученные ко нескольким-методикам, поеС-урознам нечеткого множества "потенциал территории"., в соответствии с его представлениями о данном множестве. ФП для целей-ограничен;-:;', в системной задаче формируются на основе стандартного набора графиков в соответствии с предпочтениями ЛПР: Пр;: этом от исследователя требуется указать интервал возможных значений рассматриваемых условий и выбрать вид функции, которая по его представлениям, будет наиболее точно отражать предпочтительность их изменения. Так, если предпочтение ЛПР в отношении некогорого условия выражалось словами "чем меньше тем лучше" , то ФП имела вид

уровня.

Задача.второго этапа сформулирована как задача нечеткого ма-

В качестве

целей-ограничений использовались приведенные

'0

В таком виде были представлены цели-ограничения для приведенных затрат, расходов топливно-энергетических, ка-

О териадьных и трудовых ресурсов.

Если предпочтение формулировалось как: "чем Солью тем луч-то ФП имела вид

В таком виде Оьии предстазлекн цели-ограничения "баланс моцнссти" по геем зонам графика нагрузки.

Если ЛПР считает, что величина-цели-ограничевия .доггяа и г-

холиться в пределах некоторого интервала, выход за пределы ¡to-' -рого уменьшает ее ценность, то СП представляется з вида:

В таком виде представлялись целл-о: -раничения" максимальная мс™ссть"::;. некоторым типам ТЙЭ.

h

9

В третьей главе приведены мате!.кт2г-:ес:-с:е- юделп. рассмотренных выпе нечетких задач, предлога:.!! способы и;: преобразован'.!.; к стандартным задача;« линейного программирования.

Для описания задачи выбора состава оборудования на плепг.дке введем следутсси-э обозначен;«. X ~ непрерывная переменная, ссот-Еетству?г,ая . моагюсти однотипных технологий :<р ; г. - продол:?;:-тел:>кссгь зоны ГН; удельные показатели фракционирования

ТЕЭ; S - вертикальная зона ГН; £ - индекс вида топлива; V -индекс технологически особенностей ТПЭ; j - и::декс ннгредпан-тоз, по которым учитывается загрязнение; П - 5Д:ДСК2 прнред-ко-зкодогических ресурсов территории, & -индекс площадки. }&дель локального уровня записывается в виде: - - '

- себестоимость ■ электроэнергии :

ZZI Скр -Xnpev ;

•cpFv

■ (1)

которые могут быть

- ограничения на природные ресурсы площздют, использованы при функционировании TIE:

где bnJ - допустимый объем природных ресурсов для шюпрдки d V

- ограничения на.выбросы вредных вешэств: . • .

CZ)

- ÎC -

„ ^^fîv-Hy-^V ¿bjà , Vj ; (s)

гдэ Bjj- eii-cocïb терр;ггорил по соотвзтствугглы ингредиентам;

- ограниче/глэ на пропускнуа спсгсбкссть транспортных ыаткстралей

h'4i Hlp- •Х.рс, £ Drd , V"T ; (4)

где 6т J - ^¡г/сккая спссс-Сйсоть траясяортнхс магистралей;

- У0Л02И'-: Ег^сгозкз: г'-оличессва электроэнергии

У

Кр, V

.-«fi ^-k-piv - о $ , ?s ; (g)

гдз Ôj -- выработка одактрсонергки.

выдачи сс^сэстиля-зтся на основе йсизльаозашш понятия ci- уровня нечеткого множества. Судаость метода состой в тем, что ссу^рстзляетсл аппроксимация есчзткк- ограничений задачи (2-5) четким эквивалентом, что обеспечивает переход к модели четкого математического програмыирозанля. При аппроксимации со;*-глствляется приблизительная заьзна каждого из ограничений конечным ыногаствои Д5тер:дзшровелнь£л ограничений, представленных s виде лиаэйньз неравенств. Дэтермлкярованные ограничения строится на основе понятия множества «С-урогкя. Показгы последовательность преобразований для одного ограничения (2). При выполнении условия внлуипсти коэффициентов [% и bj и при

Oé^iC ^^infe SapjJ^ik), SvpjiM}

от уравнений (2) îiozso перейти к о детерминировании« ограничения«

' ^ ' ^ Я*! ; V 8- ÏJ . (6)

Учкг£Сал поеденное выхо определение ыноазства ci.-уровня на основания (С) можно записать: ^

откуда полтей

"s сЗралсу, егразичоаиа с нечеткими параметрам; могут быть ¿:о (с точность», регулируемой величиной £) аппроксимированы конечно.": с;:стс->.г,а четках ограничений. Такая аппрокехш--цпя рс-ско увеличивает размерность задачи. Однако, использование принципа явного дс^шрсванка позволяет заметно сократить размерность четкой Basait. Дальнейшее решение осуществляется стан-

- 11 ~

дартншя математическими средствами.

Рассмотрим математическую модель второго этапа - задачи оптимизации структуры генерирущих юсзгаетей и способ ее регенкя. Введем дополнительные обозначений^- состояние ИЗ (v- замена супествугдего оборудования на аналогичное, С •• 2- реганструкцня,. с-3-новое строительство) ¡созК-нциснт готовности; К'"^л;оКнцн-ент потерь при транспортировке или расход производимой продукта! на собственные нулды, ' Ц - тип технологии распределения продукции, 1 - узел . Основные уравнения модели записываются следуз-цим образом» Баланс мс-днсстн при покрытии S-й зоны ГН ~-гэ pafio-на: ^

~ ~ " ~ (7)

i

где Btjj- заданная потребность в генерирующей модности з Ml зоне ГН в г-и узле

Балансы топливно-энергетических ресурсов

JtM = ^ &Kpch • Hh ■X'lcpcv-hcv^' . (S)

Затраты на функционирование и развитие ЗЭС, ¡которые представляют собой суммарные приведенные затраты на сооруяение новых, издержки на функционирование старых ТПЗ и 7?Э, топливные затраты, затраты на использование природных ресурсов:

f3W= Z-i ^фусч&Г +Xn

где з,,,. 3L-3;., - удельные затраты для Кр-м технологии, удельные, затраты на топливные и природные ресурсы.

Для ТПЗ с аккумулированием энергоносителя и ГЭС вводится условие непрозьсения какскмзльной возможной выработки за год:

•у , и - лг°т__ar3i ^

АкрЫ! • Нн -«р.р ^ DKpt

3 модели предусмотрен учет взаимозаменяемости TIB при их размещении и возможность рекояструюии.

Релекие этой задачи осядествхяетсл на основе подхода Вэлл-мана-Заде и с помощью преобразования п; иведеяной .'.»одел;! к эквивалентной четкой модели гида:

Хо;

Xo^MKXi)); X0;Xi^; С11)

где Х0-дополнительная переменная, вводимая в модель, смысл

' - 12

которой объяснен ниже, jUg(|}- ФП нечетких целей-ограничений, заданные В виде нечеткого лу^а

I ,

о

Эквивалентность исходной .нечеткой доказана в работах А. Язенина Решение пространстве В?4* л обладает свойством

задачи; и эадачи (7-10) задачи (11) ищется, в

Теккм образом исходные уравнения в зависимости от формы £П, вырезкой Ж? преобразуются к виду:

у' „Ш-f <г л ■ •

где, íj , g ^ интервал .изменения нечеткого параметра модели. .

. Поиск решения: осуществляется с помощью стандартных средств математического программирования, фактически задача (12-13) сводится к -тому,чтобы найти такой вариант решения ■ (Xj .,.., ), ' который з полюй «ере удовлетворял бы условиям (13), отражающим предпочтения ЛПР. Такой вариант мояно назвать идеальным. Однако одновременное выполнение всех , условий практически невозможно, поскольку невозможно, удовлетворить одновременно противоречивые предпочтения ЛП?, а-именно: получить максимальное значение для одних условий выбора при одновременном обязательном достижении минимальных значений других. Поэтому кщетсь такое компромиссное регокие; которое имело бы наибольшую $доос?ь je реальному варк-анту, а следовательно, было бы наиболее зевательным из Есехвоз-юкшх для ЛПР. значит, что при рещении задачи- осуществляется поиск варианта, имввдегс максимальную степень предпочтительности в раьгеаг . условий, сформулированных лш>. Степень предпочтительности .вариантов намеряется велиздшой дополнительной переменной Хо. В такой постановке "идеалы^" вариант будет киеть степень предпочтительности, равную единице.

Такой подход дает возможность более детально релсцатрдазть

на предварительном этапе все виды ТПЗ, учесть особенности территории возможного размещения электростанций, значительно сократить размерность задачи оптимизации структуры генерируют: мощностей, учесть неопределенность моделируемых параметров и условий, получить окончательное ресенке задачи, в наибольшей степ-.:.:: соответствующее представлениям ЛИ? о целях и условиях развития системы, используя стандартные программные средства

В четвертой главе рассмотрено практическое применен;:-; исследованных методоз и моделей при управлении развитием ЗЭЗ Украины. В главе приводится структура информационно-вычислительного комплекса (ИЕК), автоматизирующего процесс принятия репений. lia базе'разработанного ЛЕК автором были проведены исследования по зыбору оптимального состава генерирующего оборудования на пло-е&дках потенциально возможного размещения новых ТПЗ, возможности реконструкции существующих ТПЭ, а также определена оптимальная ¿структура генерирующих мощностей ЭЭС Украины. В ходе исследований был! получены интервальные оценки по ограничениям, описывающим будущие условия развития системы. На основе реальных данных проведен сравнительный анализ традиционного однозтапного детерминированного подхода к решению задачи управлению развитием ЗЭС и подхода, основанного на использовании математического аппарата ТЕМ по предложенной схеме исследований. При использовании однеэ-тапкой схемы исследований количество переменных для одной площадки составит сотни тысяч. На системном уровне рассматривается 24 площадки. Очевидно, что такая задача становится неподъемной для решения дате на современных больших ЭЕМ. Чтобы репвггь подобную задачу, идут на упрощение модели, что приводит к неадекватности отра*®ния свойстз и характеристике системы. При этом na~se з упрощенном виде на репение одной задач!! затрачивается 3 часа процессорного времени EC-10S1. 'Общее время затраченное на поиск репения при детерминированном подходе эазисит от количества вариантов, сформированных ЛПР. Предлагаемая двухэтапная схема решения позволяет значительно сократить размерность системной задачи за счет того, что на первом этапе рассматривается кнозэство локальных задач значительно меньшей размерности, а результат их репения выступает глк исходная переменная Для задачи второго' этапа, причем число таких . решений по глждой площадке не более 35. Таким образом, общее число переменных в системной задаче не превышает 6048. В результате такая задача становится реализуемой

.даже на ПВМ стандартной конфигурации. При это?,! для рэщэния системной задачи затрачивается около 1 часа процессорного времени IBM PC/AT-3SS и около 20 часов для первичного расчета но всем площадкам. Б случае изменения исходной информации по какой-либо площадке необходимо затратить 1 час времени для ее пересчета и 1 час времени для ^повторного расчета системой задачи. В процессе сравнения роэулътато'в мяоговариактных раочетсз с результатами расчетов по пр соломенной с:<?из стало очевидно, что рэсонио. по-лучзлнте с ;:л;;одьзованкем является компромиссным по отношению к решениям, подучекаыа для ряда детергсшированках вариантов при различных сочетаниях исходяых данных. В то аэ время, -опыт автора показывает, что при принятии решений по ьиожеству вариантах расчетов,. JHP все равно стремится опираться на един-два компромиссных варианта. Таким образом,'предлагаемый подход позволяет вместо десятков вариантных расчетов проводить один расчет по нечеткой модели. Кроме того, удается учесть опыт и представления ЛИ? об предпочтительных условиях развития система при зна-чнтельно меньщих затратах времени. Таким образом, экспериментально до-сазана эфсеклпзность применения нредло.-.х-нного подхода к рэсэкик задачи управления развитием ЗЗС на перспективу. Результаты втих исследований еощли б • разработанные JE Iii Украины предложения к концепции и стратегии развития энергетик: Украины.

' ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ -И ВЫВОДЫ ПО РЛЫКЕ.

1.. Предлогэн двухэтапный подход к регення задачи поиска зэрспахксвнкх путей развития ЗЭО, который з отличи от ранее известных позволяет на первом этапе по всем рассматриваемым местам зезкежазго размещения электростанций выбрать наиболее Зсфектив-ныз технолог»: производства электроэнергии, а на втором этапе определить структуру генерирующих мощностей системы в целом. Такой подход дает возможность более детально рассмотреть все вилы генерирующего оборудования, учесть к: конструктивные особенности, определить тип и количество размещаемых ТПЭ, выбрать систему :ол:снаб;-'.с-нил и тин очистных сооружений в зависимости от конкретная условий, что позволяет учесть особенности территории: возможного размещения ТПЗ, гибко менять условия моделирования задачи в зависимости от целей исследования, значительно сократить размерность задачи на системном уровне.

2. разработана система нечеткие моделей управления развита-

ем 8ЭС, белггрутгзяся аппарате теории нечетка нно:йэстз 7. позволявшая в отличие от традиционных детерминированных моделей учесть неопределенность будущих условий развития 53С и неточность технико-экономических показателей функционирования объе:-:~ тоз электроэнергетики, с достаточной степенью точности формализовать представления ЛП? о возможных значениях рассматриваем: 5 задаче неопределенных параметров, смоделировать предпочтен?,.-: УЛР на множестве целей-ограничений задачи и определить по с:ноп&н::п к ним компромиссное решение.

3. разработан'алгоритм процедуры псстрознил функций принадлежности нечетки параметров модели, ислользуащкй а качестве исходной информации либо расчетные (статистические) велгчины рассматриваемых параметров, лйо их точечные (интервальные) экспертные и прогнозные оценки. Эта процедура позволяет выбрать .ш-обой та предложенных методов построения СП, Быстро установить предпочтения ЛП? з отношении вели^пш рассматриваемых параметров и критериев модели, в ¡сачсй-то мере формализовать суСтективнузо информацию, которой обладает ЛП?.

4 Для рзпэная разработанной системы нечетюпе моделей пред-ло?эно использовать непрямые методы решения задачи нечеткого математического программирования, которые базируются на преобразовании нохедпых нечетко: моделей к эквивалентным четки:«. Тачоо преобразование значительно упрошдет применение аппарата ТКМ в задачах управления развитием ЗЗС и позволяет решать слоязгые, многоцелевые задачи ЗС1 с :;см.":цью стандартных хорошо изученных л реализованных на ЭЕМ программных комплексов.

5. Разработан комплекс информационных и программных средств, который дает возможность моделировать как все разнообразие технически:-: особенностей ТПЭ, так и условия внешней среды, позволявший ДПР формировать необходимые схемы нахождения решг-■::::':, базирующиеся на различных математических моделях и методах з единой базе дачных, обеспечивает вогмолкость непосредственно:-, оффективной работы экспертов в предметной области задач::. Применение разработанного ИНК значительно повышает эффективность использования вычислительной техники, обоснованность принимаемых решений и расширяет возможности проведения комплексна исследований направлений развития ЭЗС. Разработанные система нечетких моделей и 11ВК использовались при определении оптимальной структуры генерирующих мощностей ЭЭО Укра'ны на перспективу до 2010г.

• Материалы этих разработок были представлены'в Министерство экономики, Минэнерго Украины, ГКНГ, Президиум АН Украины в виде научных записок и предложений по разработке ЗЭС Украины.

- \ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Костюковский Б. А., Крысанова И.Е Конденсационные электростанции-моделирование в задачах развития энергосистем. // Оптимизация больших системы энергетики и энергосбережение: Сб. науч. тр. / АН УССР Ин-т проблем энергосбережения. -Киев,1390, с. 53-61.

2. Зкслого-зкономическая оценка территории при решении задач управления развитием тепловых электростанций /Парасхк Е К, Кос-гоковокий Б. А., Крысанова И. Н. /Всесоюзн. н. -т. конференция " Мате-матсгсеское моделирование в энергетике Киев, 1320, с. 39-41.

3. Крысанова И. Е , Костюковский К А. Мэделирование парогазовых установок в задачах развития электроэнергетических систем//Проб-лемы энергосбережения. -Киев: Наукова думка, 1991. Вып. 9, с. 21-25.

4. .Некоторые вопросы реализации энергосберегающей политики при управлении предприятием.. /И. Е Крысанова, Ю. Е Савенков,С. К Новгородский. /В кн.: Энергосбережение и автоматизация проектирования электрохозяйства промышленных предприятий. Москва,1991, с.12-21.

5. Некоторые вопросы управления энергосбережением / Крысанова И. Е/Всесоюзн. н. -т. конференция "Проблемы энергосбережения",Киев,

• 1991, с. 113-114. ;

6. Задача развития электроэнергетических систем в нечеткой постановке. / Крысанова Е/ В кн.: Моделирование электроэнергетических систем. Каунас,1992, с. 136-138.

7. Крысанова И. Е Методы поиска решений в задачах управления развитием ЭЭС в условиях неопределенности // Проблемы энергосбережения. -Киев: КаукоЕа думка, 1993. Вып. 11, с. 51-60.

8. Кулик И Е , ЕарасюкЕЕ, Костюковский В. А.,' Крысанова И. Е Учет требований рационального природопользования при управлении развитием и функционированием электроэнергетики //Проблемы энергосбережения.'-Киев:'Еауковз думка, 1993, Вып. 12, с. 36-44. .

Личный вклад автора. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: (1.3)-разработка моделей ТГО,(2,8)-разработка модей и алгоритмов учета экологических факторов в задаче оптимизации структуры генерирующих мощностей.