автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Рационализация управления состоянием энергосбережения в регионе на основе прогностических и классификационных моделей

На правах рукописи

ГГ5 О»

• > \ПЛ

СТАРОДУБЦЕВ Сергей Николаевич 9 К'.М - '

РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В РЕГИОНЕ НА ОСНОВЕ ПРОГНОСТИЧЕСКИХ И КЛАССИФИКАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Специальность 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2000

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор технических наук Федорков Е.Д.

доктор технических наук Юрасов В.Г.

кандидат технических наук Чекменев А.Н.

Воронежская государственная лесотехническая академия

Защита состоится 19 мая 2000 г. в 15 час. в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.02 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026 Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан 18 апреля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Львович Я.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из главных факторов, определяющих в настоящее время социально-экономическое состояние региона, является эффективное использование энергетических ресурсов и повышение энергетической безопасности. Основные требования энергоэффективности хозяйственных комплексов определены Федеральным Законом "Об энергосбережении" от 03.04.96 № 28-ФЗ и рядом и рядом последующих постановлений правительства РФ. Их реализация на уровне региона требует формирования системы управления состоянием энергоснабжения как составной части многоуровневой системы управления экономикой территории. Эффективной формой такого управления становится формирование и реализация региональной программы энергосбережения.

Несмотря на теоретические исследования в этой области, практический опыт по стимулированию потребителей энергоресурсов, дальнейшее развитие организационных, правовых, методологических, научно-технических и финансовых условий, обеспечивающих повышение энергоэффективности региональной экономической системы, требует привлечения методов теории управления и системного анализа. Управление региональной программой энергосбережения следует организовывать с учетом возможностей интеллектуальной поддержки управленческих решений с использованием компьютерных технологий.

Таким образом, актуальность темы исследования определяется необходимостью инновационного подхода, к реализации мероприятий по энергосбережению в регионе на основе рационализации управленческих решений с использованием методов моделирования и оптимизации показателей энергоэффективности потребителей энергоресурсов.

Работа выполнена в соответствии с Законом Воронежской области "Об энергосбережении" от 24.12.98 № 72-П-ОЗ в рамках основного научного направления Воронежского государственного технического университета "Проблемно ориентированные системы управления".

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является создание комплекса моделей и алгоритмов рационального выбора управленческих решений, обеспечивающих достижение требований энергоэффективности региональной экономической системой на основе прогнозирования и классификации состояния энергосбережения потребителей энергоресурсов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

проанализировать современные подходы к формированию и реализации региональных программ энергосбережения и определить пути интеллектуальной поддержки этого процесса на основе методов моделирования и оптимизации с применением современных компьютерных технологий;

сформировать процедуры построения классификационных и прогностических моделей энергоэффективности потребителей энергоресурсов на базе экспертной и ретроспективной информации с учетом дуального характера динамики показателей;

разработать оптимизационные модели и алгоритмы принятия решений, базирующиеся на классификационных и прогностических моделях, для интеллектуальной поддержки системы управления состоянием энергосбережения в регионе;

внедрить разработанные компоненты математического обеспечения при реализации основных требований по энергосбережению потребителями энергоресурсов в Воронежской области.

Методы исследования. При выполнении работы использованы основные положения системного анализа, теории управления, методы прогнозирования, классификации, теории вероятностей, моделирования, оптимизации и экспертного оценивания.

Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:

процедура прогнозирования степени однородности потребителей энергоресурсов, отличающаяся вычислением относительной энтропийной оценки для двух классификационных моделей: по показателю потребления и набору индикаторов энергоэффективности и обеспечивающая целенаправленное управление состоянием энергосбережения;

дуальная прогностическая модель динамики энергоэффективности потребителей энергоресурсов, позволяющая оценить на основе канонического разложения случайного процесса долгосрочную и краткосрочную тенденции в изменении состояния энергосбережения;

многоэтапная схема рационального выбора совокупности элементов региональной программы энергосбережения и степени их реализации для конкретных групп потребителей энергоресурсов, отличающаяся использованием лингвистических переменных и экспертного оценивания при построении многоальтернативных оптимизационных моделей и двухэгапных процедур рандомизированного направленного перебора при принятии управленческих решений;

оптимизационная модель н алгоритм распределения функций многоуровневого управления региональной программой энергосбережения, обеспечивающие эффективный характер реализации каждой функции звеньями организационной структуры с учетом их значимости и трудоемкости выполнения.

Практическая ценность работы и результаты внедрения. Разработано методическое обеспечение по использованию компьютерной системы интеллектуальной поддержки формирования региональной программы энергосбережения и планов мероприятий по ее реализации для групп пользователей энергоресурсов. Сформированы предложения управленческого характера для документов, регламентирующих комплексную оценку потребителей энергоресурсов по финансово-экономическим показателям энергоэффективности в соответствии с информацией, в автоматизированной базе данных.

Результаты диссертации внедрены в фирме "Энергорусь" при реализации программы энергосбережения. Достигнутая энергоэффективность обслуживаемых потребителей энергоресурсов Воронежской области определяется снижением энергоемкости ВВП в среднем на 7 %, повышением степени оснащенности приборами учета расхода энергоресурсов на 38 %, увеличением внебюджетных средств, выделяемых на энергосбережение на 46 %.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1997); Всероссийском совещании-семинаре "Интеллектуальные системы региональной информатики" (Воронеж, 1998); Всероссийской конференции "Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах"; общероссийском совещании государственных органов регулирования естественных монополий в энергетике (Москва, 1999); конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университете (Воронеж, 1997-1999).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 111 страницах, списка литературы из 69 наименований, приложения, содержит 10 рисунков, 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу путей повышения эффективности управления энергосбережением на региональном уровне. Рассмотрены характерные подходы проведения энергосберегающей полг гики: организация структуры управления энергосбережением как на региональном уровне, так и на

уровне отдельного потребителя энергоресурсов; формирование нормативно-правовых документов и механизмов; создание экономической сферы, способствующей энергосбережению; организация компьютерной поддержки систем учета, контроля и управления энергоэффективностью. Отмечены особенности их реализации при развитии главных подсистем ТЭК: энергетической и теплотехнической. При этом процесс проектирования и управления ТЭК и его подсистемами по показателям энергоэффективности исследуется как иерархический итеративный и многовариантный процесс. На каждом уровне процесса проектирования и управления (технико-экономического доклада, схемы развития региональной системы, программы энергосбереженния, плана мероприятий для групп потребителей энергоресурсов) узловыми задачами являются синтез вариантов и поиск оптимальных решений. Исходными данными для эквивалентов служат значения энергосберегающих потенциалов соответствующих элементов и уровни региональной системы, что определяется приведенной структурной схемой ее иерархии. Оценен ряд факторов, влияющих на технический, экономический и поведенческий потенциалы энергосбережения регионов.

Сделан вывод о том, что в настоящее время имеются достаточные научно-методические, энергетические предпосылки для разработки концепций интенсивного энергосбережения и реализации концептуального подхода в федеральных и региональных программах. Однако, дальнейшее повышение эффективности управления энергосбережением следует ориентировать на организацию интеллектуальной поддержки принятия решений с использованием компьютерных технологий.

Проведен анализ методов интеллектуальной поддержки управления энергосбережением по следующим направлениям: оптимизация интегрированного планирования энергетических ресурсов; создание информационного обеспечения системы управления; применение методов обработки нечеткой информации при использовании экспертной информации; оптимизация сценариев энергосбережения на региональном и локальном уровнях; повышение качества оценок статистических характеристик параметров объектов энергетики и их прогнозирования; ориентация на многоальтернативную оптимизацию при. принятии решений. Определены требования к совершенствованию компонентов моделирования и оптимизации, на основе которых сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены методы построения классификационных и прогностических моделей энергоэффективности потребителей энергоресурсов как основного объекта управления в системе энергосбережения. С использованием экспертного моделирования, основанного на априорном ранжировании,

определены наиболее информативные показатели для принятия управленческих решений. Эффективность управления зависит от степени неоднородности потребителей энергоресурсов по этим показателям.

Предложено оценивать и прогнозировать однородность региональной системы по классификационной модели, которая позволяет разделить всю совокупность потребителей на классов. При этом каждый класс включает в себя п, =1,ЛГ, объектов \уп1с П. Оценку степени неоднородности целесообразного связать с величиной энтропии:

П(п) = -Ер(Юдр(, (1)

где

. N.

т

Е1Ч,

1=1

С этой целью объекты \у„ классифицируются по показателю удельного потребления Б, который объективно характеризует неоднородность множества П. При этом имеем размерности классов л/ = 1,/// и по формуле (1) величину энтропии НР(С1).

Затем осуществляется классификация по набору показателей Г,' ¡ = 1,1, определяются значения и/ = 1,Ы{ и величина энтропии Нг(Г2). Степень неоднородности определяется следующим образом:

При а->0 однородность множества потребителей энергоресурсов сбалансирована с классификацией по потреблению этого ресурса и показатель Р является базовым при принятии управленческих решений. В противном случае управление необходимо осуществлять по некоторому интегральному показателю, учитывающему значимость в классификационной модели показателей Г,

¡=и.

Для одномерного случая,- классификации по единственному показателю, принимающему значения F = {Fi, F2,..., FN} предложен алгоритм распознавания числа классов, основанный на гипотезе "компактности".

1. Ранжируются в возрастающем или убывающем порядке значения показателя.

2. Формируется массив расстояний между соседними значениями показателя:

ds= I Fs-Fs+| |, i = l,(AT-I).

3. Определяются минимальное и максимальное расстояния между соседними значениями показателя:

dmin = min ds; d,nax = шах ds; Vs Vs

4. Вычисляется диапазон расстояний между соседними значениями показателя

d = dmax - dmin.

5. Формируется гистограмма: а) вычисляется шаг гистограммы

Д = d/N

где N - число объектов в выборке; б) определяются интервалы значений:

Lkmi„ = drain +(k-l) Д; Lkmax = dm!n + k А,

где k = 1,(N-1) - индекс интервала; в) вычисляется число попаданий 7it значений расстояний между соседними значениями параметра ds в каждый интервал:

якL 11 Lkmi„< ds < Lkmax; Vs = 1,(N-1), к = l,(N-2);

6. Анализируется гистофамма:

а) если V к Як = 1, то выносится решение "отказ от классификации";

б) если 3 к Тск = 0, то смежные интервалы с 71к = 0 объединяются и определяются границы максимального интервала с нулевым % - Ь°т;п и Ь°тах вычисляется значение , I.0 = (Ь°т|п + Ь°тах)/2;

в) определяется число реально существующих классов

Т = Етгк + I | Ьк>Ь°.

Для формирования свертки множества показателей в интегральный используется следующая процедура.

1. В целях "обезличивания" показателей приравниваются к среднему значению:

е.

2. Для акцентирования значимости параметров в зависимости от информационного вклада в результат каждому из них приписывается "вес" V,

3. С использованием оценок Б формируется матрица взаимного сходства параметров с элементами

= I - 21 ( Г„ / Г ) - ( / Е ^п) I -

4. С использованием критерия Спирмена устанавливается предел значимости коэффициента корреляции Бо и проводится преобразование матрицы Б в дискретную матрицу Б с элементами Бу по правилу

Го | Бу<Бо;

и I З^Бо.

5. Осуществляется отображение множества параметров {!*„} на множество параметров {§'„}

8'п = 48тп = ?п I Оу = I;I,т = 1,М;М = X 1 |

В результате каждому элементу из множества объектов {\уп} соответствует аналогично множество параметров

6. Вычисляются расстояния 11п от каждого объекта до начала координат в гиперпространстве признаков £ = gм}

Далее 11п трактуются как значения искомого интегрального показателя и задача распознавания числа реально существующих классов решается в рамках одномерной ситуации с помощью приведенного выше алгоритма.

Классификационные модели по основному показателю И и по значениям интегрированного показателя позволяют определять значение оценки а по выражению (2). Мониторинг показателей Р и f в форме временных рядов позволяет построить временной ряд оценки а и определить ее прогнозное значение апр. Система управляющих воздействий на рынок потребителей энергоресурсов формируется таким образом, чтобы а"р —>е, где величина е определяет рациональный уровень однородности множества О.

Показано, что для целей оперативного управления помимо прогнозирования неоднородности множества потребителей энергоресурсов следует прогнозировать динамику показателей энергоэффективности, которая имеет двойственный характер. С одной стороны проявляется медленная тенденция изменения среднего значения показателя, связанная с повышением требований к энергосбережению и экономическим потенциалом, с другой - быстрая составляющая, характеризующая сезонные колебания. В этом случае обоснована целесообразность и приведена процедура прогнозирования на основе канонического разложения случайных динамических процессов в следующем виде:

к

*=1

где му(0 - математическое ожидание >(/); ак, к = 1 ,К - некоррелированные случайные величины, математические ожидания которых равны 0 (случайные коэффициенты канонического разложения); <рк(/) - неслучайные функции времени (координатные функции разложения). При этом должны выполняться следующие соотношения:

т{ак} = 0; m{akas} = 0 при S * к; D{ak} = D, = отК2}, где Dk - дисперсия случайной величины oti..

Поскольку cpk(/) — элементарные функции времени, а ак не зависит от /, то используя алгоритм прогнозирования (А), основанный на экспоненциальном сглаживании [1] осуществляется предсказание процесса y(t) в моменты

y(t„.j) = ¿Ш) = A{m,it)) + fiatA{çkm (3)

Из (3) следует, что коэффициенты разложения о^ остаются неизменными, а математическое ожидание и координатные функции подвергаются преобразованию алгоритмом прогнозирования. Поэтому для решения задач прогнозирования динамики случайных процессов методом канонического разложения определяется закономерность изменения mv{t) и вид координатных функций срк(7). Случайные величины ак определяются по значениям их дисперсии Dk.

При этом решение задачи прогнозирования этим методом является эффективным поскольку в энергетических системах большинство эргодических случайных процессов изменения показателей энергоэффективности характеризуется экспоненциальной корреляционной функцией.

В третьей главе приведены исследования по рационализации управления состоянием энергосбережения на основе модели структурной оптимизации. Рассмотрена процедура формирования программы энергосбережения с учетом классификационных моделей потребителей энергоресурсов (ПЭР). Каждая классификационная группа характеризуется разным уровнем энергоэффективности и требует применения разного комплекса мероприятий, обеспечивающих повышения этого уровня. При формировании программы энергосбережения эти мероприятия объединяются в единую систему с учетом ограниченного ресурсного обеспечения и прогностических моделей временных рядов.

Предложено проводить оценку значимости ц,, каждого мероприятия для соответствующей группы потребителей энергоресурсов с использованием лингвистических переменных. В качестве критерия оптимизации программы энергосбережения принято значение максимальной значимости мероприятий:

г п

/=i j=I

где

1, если ] — й механизм является эффективным для 1-й группы ПЭ, О, в противном случае,

у = 1,я, / = 1 ,Т

Альтернативные переменные (4) являются оптимизируемыми переменными. Ресурсные ограничения имеют следующий вид:

где С] - затраты на реализацию ]-го механизма; О - ресурсы, выделенные на программу энергосбережения для 1-й группы ПЭР.

Окончательно оптимизационная модель имеет вид

т п

ЕЕ/"л тах >

/=1 у=1

Г1, 7 = й,/ = й\

" к

Для ее решения перейдем к оптимизации эквивалентной функции Ла-гранжа

Х> /=I /=|

и используем двухэтапный вероятностный алгоритм с учетом булевой переменной Х^.

Структурная схема формирования оптимизационной программы энергосбережения приведена на рис.1.

Рис. 1. Структурная схема формирования оптимизированной программы

энергосбережения

Для каждой группы потребителей энергоресурсов набор мероприятий (управляющих воздействий) определяется временными прогнозными оценками показателей энергоэффективности. Окончательный выбор осуществляется на множестве альтернативных вариантов совокупности управляющих воздействий. Рассмотрена процедура принятия решений на основе формализации размытых отношений экспертного оценивания предпочтительности вариантов.

Показано, что при управлении региональной программой энергосбережения формируется верхний уровень управления, которому в разной степени делегируются функции управления уровней групп потребителей энергоресурсов. От обоснованности распределения зависит эффективность реализации интеграционного механизма в рамках региона.

С целью выбора рационального варианта распределения между уровнями управления сформируем оптимизационную модель. Верхний уровень управления программой представлен j=l,n звеньями. На предыдущем уровне реализуется i=i,m функций управления.

На первом этапе необходимо определить значимость каждой i-ой функции управления для принятия решений на верхнем уровне. Такую возможность представляет групповое экспертное оценивание этих функций методом априорного ранжирования. Величина рангов a¡ в зависимости от значимости функций принимает значение от 1 то ш. Для более удобного использования этих оценок введем нормированные значения:

2> »i

Характер выполнения функций управления j = l,n звеньями определим следующей дискретной величиной:

1, если i-ro функцию целесообразно выполнять] -му с„ =' звену в полном объеме;

0,5, если i-ю функцию j-му звену целесообразно выполнять частично; 0, в противном случае,

i = \,т, j=l,n.

Для анализа вариантов распределения функций управления введем альтернативные переменные:

1, если ыо функцию управления целесообразно _ передать на верхний уровень;

О, в противном случае

1=1, т.

Оптимизацию осуществим по принципу максимальной значимости при делегировании функций управления верхнему уровню, что соответствует критерию оптимальности

->тах.

1=1

Ограничения связаны с трудоемкостью выполнения функций управления звеньями верхнего уровня.

Среднюю трудоемкость выполнения 1-ой функции управления ^м звеном за определенный календарный период времени обозначим / , плановую трудоемкость управленческой деятельности ]-го звена - Т1. Тогда ограничения запишем в следующим образом:

Для поиска рационального решения использовано сочетание случайной генерации вариантов и генетических алгоритмов (рис. 2).

Четвертая глава содержит материал по реализации управления энергосбережением в Воронежской области. Проведен анализ состояния энергосбережения, на основе которого предложены альтернативные варианты повышения энергоэффективности экономической системы региона за счет реализации внутреннего потенциала путем решения следующих основных задач:

- повышение эффективности использования энергетических ресурсов на единицу валового внутреннего продукта областного хозяйственного комплекса;

Рис. 2. Структурная схема оптимизации распределения функций управления программой энергосбережения

- сокращение удельных расходов энергоресурсов и водных ресурсов без ущемления интересов населения и промышленных предприятий, в т.ч. внедрение малых и альтернативных источников получения энергоресурсов, независимых от централизованных энергоисточников;

- снижение финансовой нагрузки на бюджет Воронежской области за счет сокращения расходов, связанных с использованием топливно-энергетических ресурсов, организациями, финансируемыми за счет средств областного бюджета;

- улучшение финансового состояния предприятии области за счет снижения доли затрат за энергоресурсы в выпуске товарной продукции дополнительное пополнение бюджета области за счет налоговых поступлении;

- создание экономических, технических и организационных условии для эффективного использования энергетических ресурсов, стимулирования проведения энергосберегающей политики производителями и потребителями энергии на основе экономической заинтересованности;

- реализация демонстрационных проектов и зон высокой энергетической эффективности;

- создание конкурентной среды независимых источников электрической и тепловой энергии;

- создание условий для реализации жилищно-коммунальной реформы.

Результативность вариантов оценивается с использованием информативных показателей, определенных на основе экспертного моделирования и регистрируемых для всех групп потребителей энергоресурсов в автоматизированной базе данных.

Предварительный анализ и формирование альтернативных вариантов управления позволяет провести рационализацию системы мер энергосбереже-» ния на уровне Воронежской области. Оптимизационные процедуры использованы для принятия управленческих решений по целому ряду направлений. Оценен экономический эффект от реализации оптимизированной системы мер с прогнозом на 2000-2003 годы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проанализированы пути рационализации управления энергосбережением на региональном уровне и обоснованы требования к развитию методов интеллектуальной поддержки принятия решений по обеспечению энергоэффективности групп потребителей энергоресурсов.

2. Проведено экспертное моделирование энергоэффективности потребителей энергоресурсов, на основе которого проранжированы и выделены базовые показатели для принятия управленческих решений.

3. Введена количественная оценка степени неоднородности потребителей энергоресурсов, определяющая управляемость состоянием энергосбережения в регионе в зависимости от группирования потребителей по одномерной и многомерной классификационным моделям.

4. Предложена процедура построения дуальных прогностических моделей динамики энергоэффективности потребителей энергоресурсов, основанные на каноническом разложении случайных процессов.

5. Разработана процедура формирования комплекса мероприятий энергосбережения для региональной программы энергосбережения по оптимизационной модели максимальной значимости для классификационных групп с. учетом выделяемого по разным направлениям ресурсного обеспечения.

6. Предложена многоэтапная схема рационального выбора системы мер воздействий на потребителей энергоресурсов с целью обеспечения программных требований в зависимости от прогнозируемых по дуальной модели динамики состояния энергосбережения и экономических условий его улучшения в регионе.

7. Сформированы оптимизационная модель и алгоритм распределения функций многоуровневого управлишя программой энергосбережения, ориентированные на целесообразный уровень передачи управленческих решений между потребителями энергоресурсов и руководством энергетического комплекса.

8. На основе анализа состояния энергосбережения в Воронежской области оптимизирована структура мероприятий, рекомендуемых для программы энергосбережения и обеспечено повышение энергоэффективности потребителей энергоресурсов, обслуживаемых фирмой «ЭнергоРусь».

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях

1. Дворянков В.А., Львович ИЛ., Стародубцев С.Н. Оптимизация распределения функций между уровнями управления ассоциативного объединения // Прикладные задачи моделирования и оптимизации: Межвуз.сб.науч.тр. Воронеж; ВГТУ, 1999. Ч. 2. С. 123-128.

2. Стародубцев С.Н., Чижов С.Д., Чурюмов В.А. Прогнозирование однородности оптового рынка энергоресурсов по классификационной модели потребителей // Прикладные задачи моделирования и оптимизации: Межвуз.сб.науч.тр. Воронеж, 1999. Ч. 2. С. 167-174.

3. Стародубцев С.Н., Фролов В.Н., Чижов С.Д. Формирование задачи управления оптовым рынком энергоресурсов в зависимости от степени его однородности на

региональном уровне // Науч.тр. Всерос.конф. «Интеллектуальные информационные системы». Воронеж, 1999. Ч. 2. С. 31.

4. Стародубцев С.Н., Чижов С.Д. Организация регионального информационного мониторинга показателей оптового рынка энергоресурсов // Науч.тр. Всерос.конф. «Интеллектуальные информационные системы». Воронеж, 1999. Ч. 2. С. 57.

5. Стародубцев С.Н., Федорков Е.Д., Щербов C.B. Формирование прогностических моделей динамики энергоэффективности потребителей энергоресурсов в регионе // Высокие технологии в технике, медицине, экономике и образовании: Меж-вуз.сб.науч.тр. Воронеж; ВГТУ, 2000. Ч. 1. С. 148-153.

6. Гранов Д.С., Стародубцев С.Н., Чурюмов В.А. Рациональный выбор системы управляющих воздействий на состояние энергосбережения в регионе // Высокие технологии в технике, медицине, экономике и образовании: Межвуз.сб.науч.тр. Воронеж; ВГТУ, 2000. Ч. 1. С. 154-160.

7. Мануковская Н.С., Стародубцев С.Н., Федорков Е.Д. Оптимизация формирования программы энергосбережения с учетом классификационной модели потребителей энергоресурсов // Высокие технологии в технике, медицине, экономике и образовании: Межвуз.сб.науч.тр. Воронеж. 2000. Ч. 2. С. 9-14.

8. Стародубцев С.Н. Экспертное моделирование энергоэффекгвности потребителей энергоресурсов в регионе И Науч.тр. Всерос.конф. «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах». Воронеж, 2000. С. 26.

9. Стародубцев С.Н. Особенности применения математических методов управления при реализации региональной политики в области энергосбережения // Науч.тр. Всерос.конф. «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах». Воронеж, 2000. С. 25.

10. Стародубцев С.Н. Экспертное оценивание энергоэффекгивности потребителей энергоресурсов в регионе // Высокие технологии в технике, медицине, экономике и образовании: Межвуз.сб.науч.тр. Ворон .С. 4-8.

ЛР№ 066815 от 25.08.99. Подписано в печать 18,04.2000 Объем 1,0 усл.печл. Тираж 75 экз. Заказ № ^-¿г

Издательство

Воронежского государственного технического университета 394026 Воронеж, Московский пр., 14.

ВВЕДЕНИЕ

1. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ НА РЕГИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ

1.1. Особенности региональной политики в области энергосбережения

1.2. Анализ методов интеллектуальной поддержки управления энергосбережением

1.3. Цель и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА КЛАССИФИКАЦИОННЫХ И ПРОГНОСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

2.1. Экспертное моделирование энергоэффективности потребителей энергоресурсов

А." ■ •"■ > ■

2.2. Прогнозирование однородности" состояния1 энергосбережения в регионе по классификационной модели потребителей

2.3. Формирование дуальных прогностических моделей динамики энергоэффективности потребителей

Выводы второй главы

3. РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА РЕГИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ

3.1. Формирование программы энергосбережения с учетом классификационной модели потребителей энергоресурсов

3.2. Рациональный выбор системы управляющих воздействий на текущее состояние энергосбережения

3.3. Оптимизация распределения функции многоуровневого управления программой энергосбережения в регионе

Выводы третьей главы

4. РЕАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ В ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ

Актуальность темы. Одним из главных факторов, определяющих в настоящее время социально-экономическое состояние региона, является эффективное использование энергетических ресурсов и повышение энергетической безопасности. Основные требования энергоэффективности хозяйственных комплексов определены Федеральным Законом "Об энергосбережении" от 03.04.96 № 28-ФЗ и рядом и рядом последующих постановлений правительства РФ. Их реализация на уровне региона требует формирования системы управления состоянием энергоснабжения как составной части многоуровневой системы управления экономикой территории. Эффективной формой такого управления становится формирование и реализация региональной программы энергосбережения.

Несмотря на теоретические исследования в этой области, практический опыт по стимулированию потребителей энергоресурсов, дальнейшее развитие организационных, правовых, методологических, научно-технических и финансовых условий, обеспечивающих повышение энергоэффективности региональной экономической системы, требует привлечения методов теории управления и системного анализа. Управление региональной программой энергосбережения следует организовывать с учетом возможностей интеллектуальной поддержки управленческих решений с использованием компьютерных технологий.

Таким образом, актуальность темы исследования определяется необходимостью инновационного подхода к реализации мероприятий по энергосбережению в регионе на основе рационализации управленческих решений с использованием методов моделирования и оптимизации показателей энергоэффективности потребителей энергоресурсов.

Работа выполнена в соответствии с Законом Воронежской области "Об энергосбережении" от 24.12.98 № 72-П-ОЗ в рамках основного научного на5 правления Воронежского государственного технического университета "Проблемно ориентированные системы управления".

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является создание комплекса моделей и алгоритмов рационального выбора управленческих решений, обеспечивающих достижение требований энергоэффективности региональной экономической системой на основе прогнозирования и классификации состояния энергосбережения потребителей энергоресурсов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: проанализировать современные подходы к формированию и реализации региональных программ энергосбережения и определить пути интеллектуальной поддержки этого процесса на основе методов моделирования и оптимизации с применением современных компьютерных технологий; сформировать процедуры построения классификационных и прогностических моделей энергоэффективности потребителей энергоресурсов на базе экспертной и ретроспективной информации с учетом дуального характера динамики показателей; разработать оптимизационные модели и алгоритмы принятия решений, базирующиеся на классификационных и прогностических моделях, для интеллектуальной поддержки системы управления состоянием энергосбережения в регионе; внедрить разработанные компоненты математического обеспечения при реализации основных требований по энергосбережению потребителями энергоресурсов в Воронежской области.

Методы исследования. При выполнении работы использованы основные положения системного анализа, теории управления, методы прогнозирования, классификации, теории вероятностей, моделирования, оптимизации и экспертного оценивания. 6

Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной: процедура прогнозирования степени однородности потребителей энергоресурсов, отличающаяся вычислением относительной энтропийной оценки для двух классификационных моделей: по показателю потребления и набору индикаторов энергоэффективности и обеспечивающая целенаправленное управление состоянием энергосбережения; дуальная прогностическая модель динамики энергоэффективности потребителей энергоресурсов, позволяющая оценить на основе канонического разложения случайного процесса долгосрочную и краткосрочную тенденции в изменении состояния энергосбережения; многоэтапная схема рационального выбора совокупности элементов региональной программы энергосбережения и степени их реализации для конкретных групп потребителей энергоресурсов, отличающаяся использованием лингвистических переменных и экспертного оценивания при построении многоальтернативных оптимизационных моделей и двухэтапных процедур рандомизированного направленного перебора при принятии управленческих решений; оптимизационная модель и алгоритм распределения функций многоуровневого управления региональной программой энергосбережения, обеспечивающие эффективный характер реализации каждой функции звеньями организационной структуры с учетом их значимости и трудоемкости выполнения.

Практическая ценность работы и результаты внедрения. Разработано методическое обеспечение по использованию компьютерной системы интеллектуальной поддержки формирования региональной программы энергосбережения и планов мероприятий по ее реализации для групп пользователей энергоресурсов. Сформированы предложения управленческого характера для документов, регламентирующих комплексную оценку потребителей энергоресурсов 7 по финансово-экономическим показателям энергоэффективности в соответствии с информацией, в автоматизированной базе данных.

Результаты диссертации внедрены в фирме "Энергорусь" при реализации программы энергосбережения. Достигнутая энергоэффективность обслуживаемых потребителей энергоресурсов Воронежской области определяется снижением энергоемкости ВВП в среднем на 7 %, повышением степени оснащенности приборами учета расхода энергоресурсов на 38 %, увеличением внебюджетных средств, выделяемых на энергосбережение на 46 %.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1997); Всероссийском совещании-семинаре "Интеллектуальные системы региональной информатики" (Воронеж, 1998); Всероссийской конференции "Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах"; общероссийском совещании государственных органов регулирования естественных монополий в энергетике (Москва, 1999); конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университете (Воронеж, 1997-1999).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 111 страницах, списка литературы из 69 наименований, приложения, содержит 10 рисунков, 10 таблиц.

Выводы четвертой главы

1. С целью преодоления отрицательных тенденций в динамике потребления энергетических ресурсов на всю произведенную продукцию в Воронежской области целесообразно проведение структуризации внутреннего потенциала энергосбережения и энергозатратности производства, направленной на формирование альтернативных вариантов мероприятий по рациональному использованию и экономическому расходованию энергетических ресурсов.

2. Для оценки результативности системы управляющих воздействий на состояние энергосбережения в Воронежской области приемлемым являются наиболее информативные показатели энергоэффективности, проранжирован-ные на основе групповых экспертных оценок и вычисляемые на основе данных о потребителях энергоресурсов в автоматизированной базе данных.

3. Эффективный подход к разработке программы энергосбережения Воронежской области базируется на принятой классификации потребителей энергоресурсов, оптимальном выборе мероприятий по повышению энергоэффективности для каждой группы и их интеграции на уровне ресурсных возможностей региональной экономической системы.

110

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Управление состоянием энергосбережения на региональном уровне существенным образом зависит от особенностей групп потребителей энергоресурсов, характерных для данной территории. Эффективность принятия управленческих решений достигается на основе интеллектуальной поддержки этого процесса с использованием прогностических и классификационных моделей. Построение указанных моделей обеспечивает рациональное соотношение по показателям энергоэффективности между нисходящей и восходящими схемами оптимизации комплекса мероприятий энергосберегающего характера при формировании и реализации региональной программы энергосбережения. При решении перечисленных научных задач управления региональной экономической системой получены следующие основные результаты:

1. Проанализированы пути рационализации управления энергосбережением на региональном уровне и обоснованы требования к развитию методов интеллектуальной поддержки принятия решений по обеспечению энергоэффективности групп потребителей энергоресурсов.

2. Проведено экспертное моделирование энергоэффективности потребителей энергоресурсов, на основе которого проранжированы и выделены базовые показатели для принятия управленческих решений.

3. Введена количественная оценка степени неоднородности потребителей энергоресурсов, определяющая управляемость состоянием энергосбережения в регионе в зависимости от группирования потребителей по одномерной и многомерной классификационным моделям.

4. Предложена процедура построения дуальных прогностических моделей динамики энергоэффективности потребителей энергоресурсов, основанные на каноническом разложении случайных процессов.

5. Разработана процедура формирования комплекса мероприятий энергосбережения для региональной программы энергосбережения по оптимизацион

Ill ной модели максимальной значимости для классификационных групп с учетом выделяемого по разным направлениям ресурсного обеспечения.

6. Предложена многоэтапная схема рационального выбора системы мер воздействий на потребителей энергоресурсов с целью обеспечения программных требований в зависимости от прогнозируемых по дуальной модели динамики состояния энергосбережения и экономических условий его улучшения в регионе.

7. Сформированы оптимизационная модель и алгоритм распределения функций многоуровневого управления программой энергосбережения, ориентированные на целесообразный уровень передачи управленческих решений между потребителями энергоресурсов и руководством энергетического комплекса.

8. На основе анализа состояния энергосбережения в Воронежской области оптимизирована структура мероприятий, рекомендуемых для программы энергосбережения и обеспечено повышение энергоэффективности потребителей энергоресурсов, обслуживаемых фирмой «ЭнергоРусь».

112

1. Анчарова Т.В., Хабдуллина З.К., Матюнина ЮЛ. Определение удельных норм расхода электроэнергии и электроемкости продукции для многономенклатурного производства. Изв. вузов: Энергетика, 1991, № 10.

2. Алиев Т.А., Мосаева Н.Ф. Алгоритм улучшения оценок статистических характеристик технологических параметров объектов энергетики // Электричество.- 1996. № 10. - С. 12-19.

3. Батищев Д.И. Генетические алгоритмы решения экстремальных задач. -Воронеж: ВГТУ, 1995. 69 с.

4. Батищев Д.И,, Львович Я.Е., Фролов В.Н. Оптимизация в САПР.- Воронеж: Изд-во ВГУ, 1997. 416 с.

5. Богоявленский Р.Г. Экологическая безопасность энергетики // Тяжелое машиностроение. 1997. - № 8.

6. Брязгунов П.И., Федорков Е.Д. Управление социально-экономическим положением промышленного региона на основе информационного мониторинга показателей безопасного развития. Воронеж: из-во ВГТУ, 1999. - 73 с.

7. Варнавский Б.П., Кудрин Б.И. Проблемы оценки эффективности использования электрической энергии // Промышленная энергетика. 1994. -№ 12.

8. Воробей П.В., Львович Я.Е. Управление режимами электрических сетей. Воронеж: ВГТУ, 1995. - 90 с.

9. Гаскаров Д.В., Голинкевич Т.А., Люзгалевский A.B. Прогнозирование технического состояния и надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. Радио, 1974.

10. Гачечиладзе Т.Г., Панчвадзе K.M. Применение теории экспертонов в задаче диагностирования состояния энергосистемы // Автоматика и телемеханика. 1996,- № 3. - С. 128-134.113

11. Гранов Д.С., Стародубцев С.Н., Чурюмов В.А. Рациональный выбор системы управляющих воздействий на состояние энергосбережения в регионе //Высокие технологии в технике, медицине, образовании и экономике: Межвуз. сб. науч. тр. 4.1. Воронеж, 2000.

12. Гребнев Е.Т. Управленческие нововведения. М.: Экономика, 1995,60 с.

13. Дворянков В.А., Львович И .Я., Стародубцев С.Н. Оптимизация распределения функций между уровнями управления ассоциативного объединения //Прикладные задачи моделирования и оптимизации: Межвуз. сб. науч. тр. 4.2. -Воронеж: ВГТУ, 1999. С. 123-128.

14. Дьяков А.Ф. Энергетика России и энергетическая безопасность // Пром. Энергетика. 1995. -№ 12.

15. Каплинский А.И., Кейзман В.Б., Львович Я.Е. Структурно-параметрическое моделирование в задачах оценивания параметров радиоэлектронной аппаратуры. Воронеж: ВПИ, 1989. - 103 с.

16. Ключников А.Д. Интенсивное энергосбережение: предпосылки, методы, следствия // Теплоэнергетика. 1994. - № 4.

17. Ключников А.Д. Основные направления реализации предельного энергосбережения в теплотехнологии // Промышленная энергетика. 1986. -№ 10.

18. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения. М.: Энергоатомиздат, 1986.

19. Ключников А.Д., Картавцев C.B. Интенсивное энергосбережение в промышленности: предпосылки, научно-методическое и кадровое обеспечение //Пром. энергетика. 1996. - № 8.

20. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982.

21. Кудрин Б.И. Введение в технетику. 2-е изд., перераб. и доп. -Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 1993.114

22. Кудрин Б.И. История и основы теории электроснабжения промышленных предприятий // Промышленная энергетика. 1995. - № 9.

23. Кулешов В.В. Переходная экономика: пройденные этапы, наметившиеся тенденции // Экономика и жизнь. 1998. - № 12.

24. Кучеров Ю.Н. Стратегия развития электроэнергетики России на перспективу до 2010-2015 гг. М., 1999. 87 с.

25. Лескин A.A., Мальцев В.Н. Системы поддержки управленческих и проектных решений. Машиностроение, 1990. - 167 с.

26. Львович И.Я. Вариационное моделирование и оптимизация проектных решений. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1977. - 144 с.

27. Львович Я.Е., Чернышова Г.Д., Каширина И.Л. Оптимизация проектных решений в САПР на основе эквивалентных преобразований задачи о минимальном покрытии //Информационные технологии. 1999. -№ 4. - С. 2-6.

28. Макаров A.A. Мировая энергетика и Евразийское энергетическое пространство. М., 1998.

29. Нечеткие множества и теория возможностей / Под ред. Ягера Р. М.: Радио и связь, 1986.

30. Новая энергетическая политика России / Под общ. ред. Ю.А. Шафраника. -М.: Энергоатомиздат, 1995.115

31. Панчвидзе K.M. Нечеткий подход в задачах принятия решения // Вести Академии наук Грузни. 1993. - Т. 150. - №. 6.

32. Панчвидзе K.M. Об одном подходе к задаче принятия решения метод нечеткой дискриминация и связности // Тр. Тбилисского ун-та (Кибернетика. Прикладная математика.), 1993. -Т. 316. - С. 115-136.

33. Подгорный Э.В., Бирюков И.Л., Сливко В.М. Интегрированное планирование энергетических ресурсов. Изв. Вузов: Электромеханика. - 1995.-№ 1-2.- С. 99-103.

34. Поликарпов Е.А. Особенности оценки эффективности краткосрочных инвестиций предприятий в энергосбережение // Промышленная энергетика. -1995. № 4.

35. Программа МАГАТЭ "DECADES". VIII. 1998.

36. РАО ЕЭС. Итоги деятельности. 1996.

37. Смит Жр. У. Тепловая энергетика США // Электрические станции. -1994. №4. - С. 52-60.

38. Стародубцев С.Н. Особенности применения математических методов управления при реализации региональной политики в области энергоснабжения //Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Науч. тр. Всерос. конф. Воронеж, 2000.

39. Стародубцев С.Н. Экспертное моделирование энергоэффективности потребителей энергоресурсов в регионе //Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Науч. тр. Всерос. конф. Воронеж; 2000.

40. Стародубцев С.Н., Чижов С.Д. Организация регионального информационного мониторинга показателей оптового рынка энергоресурсов // Интеллектуальные информационные системы: Тр. Всерос. конф. 4.2. Воронеж, 1999. - С. 57.

41. Фаворонский О.Н. Энергетика России // Вестник Российской академии наук. 1999. - Т. 69. - № 9. - С. 311-336.

42. Фаворский О.Н. Проблемы освоения энергоГТУ конверсируемыми авиапредприятиями // Конгресс «Экономические реформы России». М., 1 996.

43. Фаворский О.Н., Ольховский Г.Г. Пути развития ГТУ для энергетики СССР // Теплоэнергетика. 1990. - № 3.

44. Фролов В.Н., Львович Я.Е., Меткин Н.П. Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства РЭС. М.: Высш. Шк., 1991. - 463 с.

45. Фролов В.Н. Моделирование и оптимизация сложных систем (избранные главы). Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1997. 151 с.

46. Фуфаев В.В., Кучинская O.A. Прогнозирование электропотребления по цехам и основным производствам на основе семейств Н-распределсния // Условия присоединения потребителей к сети энергосистем: Мат. конф. М.: Центральный Российский Дом знаний, 1993.

47. Хассан Ю., Поспелова Т.Г. Влияние энергосбережения на развитие энергетических систем // Электрические станции. 1998. - №2. - С. 49-56.117

48. Ценологическое определение параметров электропотребления многономенклатурных производств / Б.И. Кудрин, Б.В. Жилин, О.Е. Лагуткин, М.Г. Ошурков. Тула: Приокское кн. изд-во, 1994.

49. Энергетическая стратегия России (Основные положения). М, 1995.

50. Энергетическая стратегия России в XXI веке / Э.А. Конторович, IT.Л. Добрецов и др. Вестник Российской академии наук. - 1999. - Т. 69. - № 9. -С. 771-789.

51. Annual Report of The International Bank for Reconstruction and Development // The World Bank. Washington, 1996.

52. Capocelli R.M., De Lulca A. Fuzzy Sets and Decision // Theory Information and Control. 1973,- V. 23,- № 5.- P. 446-473.

53. De Lulca A., Termini S. A Difinition of Nonprobabilistic Entropy in the Setting of Fuzzy Sets Theory // information and Control. -1972. V. 20. - № 4. -P. 301-312.

54. De Lulca A., Termini S. Entropy of L-Fuzzy Sets // Information and Control. 1974,- V. 24,-№ 1. - P. 55-73.

55. Favorsky 0. On the especially harmiful components of the fossil fuels combustion products // Forum Worldlab. Italy. Sicilia. 1993.

56. Kaufman A. Les Expertons. Paris, Hermes, 1987.

57. Kaufman A. Theory of Expertons and Fuzzy Logic // Fuzzy Sets and Systems. 1988. - V. 28. - № 3. - P. 295-304.

58. Norris D., Pilsworth B. W., Baldwin J.F. Medical Diagnosis from Patient Records a Method Using Fuzzy Discrimination and Connectivity Analyses // Fuzzy Sets and Systems. - 1987. - V.23. - P. 73-87.

59. Power Engineering. 1998. - № 3.

60. Statistical Abstract of the States 1997 // U.S. Dep. Of comerce: Bureau of census. Wash.- 1997.

61. Statistical Yearbook 1972. United Nation. New York, 1973.