Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Принципы построения диалоговой имитационной системы развития энергетики II
1.1. Особенности задач долгосрочного планирования и прогнозирования развития энергетики II
1.2. Основные требования к математическому и информационному обеспечению задач развития энергетики 19
1.3. Стратифицированное процессное представление моделирующей системы 27
1.4, Структура агрегирования данных 32
1.5. Формализация задач принятия решений в имитационной системе 38
1.6. Локальные алгоритмы распределения 43
1.7. Дезагрегирование показателей в многоуровневых структурах 47
ГЛАВА П. Моделирование процессов формирования решений в многоуровневой имитационной системе 51
2.1. Линейные модели в многоуровневых иерархических системах 51
2.2. Взаимодействие линейных моделей на двух уровнях... 53
2.3. Агрегирование линейной модели с двусторонними ограничениями на переменные 61
2.4. Оптимизация линейного функционала 73
2.5. Выбор параметров основной модели и агрегирование.. 76
2.6. Объединение частных моделей принятия решений... 82
2.7. Обеспечение сходимости последовательности решений частных моделей 86
2.8. Декомпозиция задачи линейного программирования на основе алгоритмов проектирования 94
2.9. Разложение задачи линейного программирования на основе согласования приоритетов 102
2.10.Модель анализа возможностей смежных отраслей III
2.II.Задача распределения ресурса на графе 117
ГЛАВА Ш. Реализация первой версии диалоговой системы (СТРАТЭК-М) 127
3.1. Назначение и возможности программного комплекса СТРАТЭК-М 127
3.2. Структура и состав данных 129
3.3. Средства организации диалога 133
3.4. Состав моделей и алгоритмов 138
3.5. Основные подсистемы 143
3.6. Структура программного обеспечения 146
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 149
ЛИТЕРАТУРА 151
Приложение I.. 161
Приложение П 165
Приложение Ш 169
Приложение ІУ 172
Приложение У 177
Приложение УІ 186
Приложение УП 200
Приложение УШ
- Особенности задач долгосрочного планирования и прогнозирования развития энергетики
- Линейные модели в многоуровневых иерархических системах
- Назначение и возможности программного комплекса СТРАТЭК-М
Особенности задач долгосрочного планирования и прогнозирования развития энергетики
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является одной из самых крупных и важных подсистем народного хозяйства. Он представляет собой совокупность предприятий, установок и сооружений, обеспечивающих добычу, производство и переработку первичных энергетических ресурсов, их преобразование и доставку потребителям в удобном для использования виде.
Определяя во многом развитие всей экономики в целом, ТЭК, в свою очередь, находится в сильной зависимости от уровня развития других отраслей (машиностроения, стройиндустрии, транспорта и др.). Как большая система, ТЭК в то же время характеризуется внутренней связностью и собственными объективными тенденциями развития [8,I0j. Эти тенденции являются проявлением как внешних закономерностей (в самом общем виде - закона планомерного и пропорционального развития социалистической экономики), так и внутренних факторов развития. К последним относится значительная инерционность ТЭК как объекта управления, связанная с ростом объёмов и концентрации производства и длительностью проектирования и строительства крупных энергетических предприятий, а также с длительностью сроков разработки, создания и освоения новой техники и технологии. В силу этого развитие ТЭК на перспективу до 10-15 лет в основном предопределено существующим составом технологий и структурой мощностей, принятыми ранее решениями о строительстве основных энергетических объектов и новыми технологиями, находящимися на этапе выпуска головного образца f9,l4,l5].
За пределами этого интервала планирования появляется боль - 12 -шая свобода в выборе управляющих воздействий, возможны коренные изменения в структуре производства и потребления топливно-энергетических ресурсов.
Рассмотрение энергетики в многообразии её внешних и внутренних связей, сочетание анализа долгосрочных тенденций развития и комплексного исследования возможных отклонений составляют основу системного подхода при долгосрочном планировании и прогнозировании [10, II Д 6-І 9/. Целью таких исследований является выявление причинно-следственных связей и существенных факторов, формирующих новые тенденции, и их испильзование в выборе направлений развития ТЭК,
Основной особенностью прогнозных исследований является большая неопределённость будущих условий развития энергетики. Она связана с неопределённостью развития народного хозяйства в целом, а также с неизвестными пока факторами и возможностями в области геологических открытий, научно-технического прогресса и т.п. Вероятностные свойства неопределенных характеристик обычно не известны,и можно указать лишь интервал (или некоторое множество) возможных значений. Для учёта этой неопределённости необходимо рассматривать множество вариантов развития для всей области возможных условий. Крайние точки множества вариантов характеризуют предельные возможности энергетики.
Комплексная оценка вариантов должна включать учёт многих технологических и народнохозяйственных ограничений, социально-экономических факторов. Возникающие задачи являются существенно многокритериальными, причём среди критериев присутствуют как фор-мальные (затраты дефицитных материальных и трудовых ресурсов), так и слабо формализуемые (надёжность, экономические и социальные последствия) \_ 15,18,20].
Характерной особенностью процедур планирования и прогнози - ІЗ -рования является иерархическая структура ТЭК, как управляемой сложной системы, и методов выработки плановых и управляющих решений. Наиболее общими факторами, объективно обусловливающими иерархическую структуру являются концентрация и специализация производства и централизация распределения. Научно-технический прогресс приводит к усилению роли этих факторов.
В производственной структуре ТЭК можно выделить 4 уровня иерархии [21]. Первый (нижний) уровень соответствует отдельным агрегатам (котлы, турбины, установки, транспортные средства и т.п.). Согласование производительности различных технологически связанных агрегатов происходит в рамках отдельных предприятий (электростанции, шахты, нефтеперерабатывающие заводы и т.п.), которые образуют второй уровень иерархии. На третьем уровне располагаются объединённые системы как отраслевые, так и территориальные. Отраслевые системы образуются на основе функций распределения и специализации предприятий, общей технической политики в отрасли. Образование территориальных систем связано с общей инфраструктурой, социальным обслуживанием, экологическими факторами, необходимостью комплексного использования ресурсов. Четвертый уровень межотраслевых комплексов представлен ТЭКом в целом. Такое объединение обеспечивает взаимозаменяемость различных видов продукции, комплексное использование ресурсов, общность технологической базы (возможность унифицирования оборудования). На рис. І.І.І приведены примеры производственных структур для ДВ?х отраслевых систем: электроэнергетики, нефтедобычи и нефтепереработки [21].
Линейные модели в многоуровневых иерархических системах
Иерархическая система характеризуется структурой показателей, описываемой графом сетевого или древесного типа. Вертикальные связи означают агрегирование, чаще всего суммирование, показателей нижнего уровня иерархии в показатель верхнего уровня. Горизонтальные связи выражают взаимозависимости показателей одного уровня.
Будем полагать, что горизонтальные связи описываются линейными зависимостями (в нелинейном случае зависимости можно лианеризо-вать).
На иерархической структуре показателей можно строить различные модели исследуемой системы, сопоставляя каждой модели вершинный разрез графа, описывающего структуру показателей. При этом показатели, попавшие в разрез, рассматриваются в качестве независимых переменных модели. В модель включаются связи показателей, лежащих выше рассматриваемого разреза, в виде линейных соотношений между независимыми переменными модели. Ограничения, накладываемые на значения показателей, включенных в модель, выступают в качестве ограничений модели.
Таким образом, любую модель, построенную на иерархической структуре данных или показателей можно описать в виде вектор независимых переменных модели,
А - матрица, характеризующая связи переменных, і - вектор ограничений модели. Один или несколько показателей могут быть выбраны в качестве критериев для оптимизации.
Поиск решения на рассматриваемой модели сводится к задачам нахождения допустимого решения системы линейных уравнений и неравенств или нахождения оптимального решения (по одному или нескольким критериям) при линейных ограничениях. При формировании модели релаксируются все связи и ограничения показателей, лежащих ниже соответствующего разреза структуры данных. Эти связи и ограничения могут учитываться только при детализации или дезагрегировании решения, полученного на рассматриваемой модели.
Назначение и возможности программного комплекса СТРАТЭК-М)
Система СТРАТЭК-U реализована на ЭВМ НР-3000 в МВТ АН СССР и предназначена для численного имитационного моделирования динамики развития ТЭК и его подотраслей. Система обеспечивает накопление и хранение данных и результатов моделирования различ-вариантов развития ТЭК, представление информации пользователю на экране терминала и вывод на печать форм данных по электро- и теплоэнергетике и топливоснабжению за период 1965-2020 гг., постановку ряда задач и проведение расчетов по ним в диалоговом режиме.
В системе рассматриваются основные технологии и процессы по добыче, производству, переработке и потреблению топливно-энергетических ресурсов. Степень детализации данных была ограничена при начальной постановке задания на разработку и определяется выбранным составом технологий и структурой показателей. )
Учет неопределенности данных производится путем введения интервала возможных значений исходных данных и расчета размаха множества значений вычисляемых характеристик и показателей. Такой подход согласуется с требованиями задач исследования предельных возможностей ТЭК и позволяет достаточно просто строить вычислительные процедуры (в связи с требованием оперативности диалогового взаимодействия с системой).
В целом система позволяет: - моделировать динамику развития различных компонентов ТЭК; ) Постановка задачи осуществлена д.э.н. А.А.Макаровым. расчитывать в агрегированном виде совместную динамику производства основных энергоресурсов;
- проводить оценку и сравнение вариантов развития путем расчета по динамике вводов мощностей различных технологий динамики потребления топлива, производства тепло- и электроэнергии, расчитывать их балансы и требуемые капиталовложения;
- целенаправленно формировать и корректировать варианты развития путем задания целевых установок и ограничений на значения производства и потребления энергоресурсов, переходя от обобщенных ко все более детальным данным;
- имитировать процессы формирования решений в иерархических системах, используя различные схемы и модели принятия решений, связанные с распределением ресурсов и разверсткой производственных заданий на составные части;
- проводить необходимые расчеты при различной степени автоматизации и участия человека, производить частичную оптимизацию различных подсистем и компонентов ТЭК в диалоговом или автоматическом режимах.
Для выполнения этих функций в системе предусмотрен широкий спектр средств организации и поддержки диалога.
Содержательные задачи, обеспечиваемые системой, включают определение динамики развития отдельных подсистем ТЭК и в агрегированном виде всего комплекса, формирование балансов электрической мощности и энергии, теплоэнергии и топлива в принятой номенклатуре и территориальном разрезе, расчет требуемых капиталовложений (по пятилеткам) по всему комплексу и по различным частям, некоторые задачи научно-технического прогресса в энергетике, связанные с рассмотрением возможностей применения новых технологий.
Система не предписывает определенную последовательность иди процедуру решения этих задач. Структура системы и средства диалогового взаимодействия дают возможность пользователю конструировать различные процедуры решения. Единая база данных позволяет обеспечить согласованность и преемственность результатов.
В системе СТРАТЭК-М в основном реализованы принципы и требования, изложенные в 1.2. ЭВМ НР-3000 относится к классу мини-машин, чем обусловлены некоторые ограничения реализации системы. В частности, структура БД системы и состав показателей фиксированы и не могут быть изменены. Возможно расширение множества процессов нижнего уровня (технологий), ограниченное только размерами доступной внешней паняти. В системе не используется универсальный банк данных и СУБД. Частично их функции обеспечиваются операционной системой МРЕ-3000 и более простыни специализированными программными средствами имитационной системы. Отказ от излишней универсальности позволяет экономнее использовать лимитирующие ресурсы ЭВМ (оперативная и внешняя память, время сеанса). Коллективный доступ к системе также обеспечивается возможностями МРЕ-3000 работать с различными копиями данных при регламентации записи коррекций в файлы системы.
