Содержание к диссертации
Введение
1. Задача принятия решения по размещению энергетических объектов, математические методы, предназначенные для ее решена 12
1.1 Современное состояние и перспективы развития электроэнергетики России 12
1.2 Задача управления развитием ЭЭС и этапы ее решения. Задача развития и размещения электростанций, развития электрических сетей 22
1.3 Проблема принятия решения по размещению энергетических объектов 28
1.4 Обзор методов решения задачи многокритериального выбора места размещения энергетических объектов 40
1.5 Выводы по главе 1 48
2. Совершенствование методик многокритериального анализа вариантов размещения энергетических объектов и разработка методики комплексного их использования на базе системного подхода 50
2.1 Разработка методики комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа для идентификации возможных площадок на базе системного подхода 50
2.1.1 Совершенствование методики многокритериального анализа площадок на основе процедуры компенсационного отбора с формированием множеств потенциально непригодных альтернатив 56
2.1.2 Совершенствование методики отбора альтернатив на основе предельных оценок многокритериальных функций ценности с использованием информации процедуры компенсационного отбора 60
2.1.3 Совершенствование методики многокритериального отбора альтернатив на основе метода последовательного сужения множества Парето с заменой оценок по критериям значениями однокритериальных функций ценности 73
2.2 Разработка алгоритма многокритериального выбора конфигурации электрической сети на основе метода последовательных уступок 85
2.3 Разработка методики многокритериального выбора трассы ЛЭП на основе оценок многокритериальной функции ценности 88
2.4 Выводы по главе II 91
3. Разработка программного обеспечения и исследование на его основе качества результатов принятия решения с использованием предложенных методик 93
3.1 Разработка программного обеспечения поддержки принятия решения по размещению энергетических объектов 93
3.1.1. Разработка СППР по размещению энергетических объектов на базе предложенных методик 93
3.1.2 Разработка программы многокритериального выбора конфигурации электрической сети на базе предложенного алгоритма 95
3.2 Постановка задачи и исходные данные для проведения исследования 97
3.3 Выбор мощности электрической станции 101
3.4 Применение методики комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа для идентификации возможных площадок 102
3.4.1 Структуризация целей, выбор и описание критериев для идентификации возможных площадок 102
3.4.2 Применение процедуры стандартного отбора 107
3.4.3 Исключение доминируемых площадок 109
3.4.4 Применение методики многокритериального анализа альтернатив на основе процедуры компенсационного отбора с формированием множества потенциально непригодных альтернатив 111
3.4.5 Применение методики многокритериального отбора альтернатив на основе предельных оценок многокритериальных функций ценности с использованием информации процедуры компенсационного отбора 115
3.4.6 Применение методики многокритериального отбора альтернатив на основе метода последовательного сужения множества Парето с заменой оценок по критериям значениями од-нокритериальных функций ценности 123
3.4.7 Оценка чувствительности и достоверности решения 127
3.5 Применение предложенного алгоритма многокритериального выбора конфигурации электрической сети 132
3.6 Выводы по главе 111 135
Заключение 137
Библиографический список 139
Приложение
- Современное состояние и перспективы развития электроэнергетики России
- Задача управления развитием ЭЭС и этапы ее решения. Задача развития и размещения электростанций, развития электрических сетей
- Разработка методики комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа для идентификации возможных площадок на базе системного подхода
- Разработка программного обеспечения поддержки принятия решения по размещению энергетических объектов
Введение к работе
В оптимистическом варианте развитие электроэнергетики России ориентировано на сценарий экономического развития страны, предполагающий темп роста производства валового внутреннего продукта до 5-6 % в год с соответствующим устойчивым ростом электропотребления 2-2.5 % в год. Для надежного обеспечения прогнозируемого спроса на электроэнергию потребуется увеличение суммарной установленной мощности России за счет сооружения новых энергетических объектов.
К настоящему времени разработаны экономико-математические модели, позволяющие решать данные задачи с позиций экономической эффективности, одной из многих составляющих общественной эффективности. Однако, размещение энергетических объектов, таких как электростанция, линия электропередачи, трубопровод, является сложной комплексной проблемой.
При размещении объектов энергетики помимо экономической эффективности необходимо учитывать их социальные, экологические воздействия, влияние на здоровье, безопасность людей. Неэкономические критерии в задаче размещения энергетических объектов могут иметь решающее значение. Требуется многокритериальное решение задачи с позиций общественной эффективности.
Размещение энергетических объектов с учетом многих критериев связано с необходимостью анализа многочисленных альтернативных вариантов и учета значительного количества критериев и некоторых технических аспектов (единство процесса производства, передачи и потребления электрической энергии, ограничения по пропускной способности при передаче электроэнергии, требования надежности электроснабжения и т.д.), что обуславливает специфику задачи. В этой связи существующие многокритериальные методы и процедуры не позволяют достаточно эффективно решать такую задачу, или требуется значительные затраты усилий лица, принимающего решения (ЛПР), доработка получаемых решений.
В ближайшее время будет сооружено значительное количество энергетических объектов. Настоящая диссертационная работа посвящена проблеме многокритериального анализа вариантов их размещения. Целью диссертационной работы является совершенствование программно-математического обеспечения, совокупности методик и разработка их комплексного использования на базе системного подхода для размещения энергетических объектов.
В соответствии со сформулированной целью были поставлены и решены следующие задачи:
анализ современных методов многокритериального анализа с точки зрения их применения к задаче размещения энергетических объектов;
разработка методики комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа для идентификации возможных площадок на базе системного подхода;
совершенствование методик отбора альтернатив включением в соответствующие процедуры дополнительных элементов анализа;
разработка алгоритма многокритериального выбора конфигурации электрической сети на основе метода последовательных уступок;
разработка методики выбора трассы линии электропередачи (ЛЭП) на основе оценок многокритериальной функции ценности (МФЦ);
разработка системы поддержки принятия решений (СППР), реализующей предложенные методики;
- апробация предлагаемой методики идентификации возможных площадок,
алгоритма выбора конфигурации электрической сети на реальном
энергодефицитном районе, определение возможной целесообразной области
применения предложенных методик и качества принимаемых решений.
Методы исследования рассмотренных в диссертации задач разработаны на основе теории принятия решений, с применением основных положений теории векторной оптимизации, теории управления, теории полезности.
Проверка эффективности предложенных методик и алгоритмов основывалась на вычислительных экспериментах, проводимых на базе разработанной с участием автора СППР SitingEF и программы для ЭВМ Optiline применительно к реальному энергодефицитному району.
На защиту выносятся следующие научные результаты:
1. Определена необходимость и особенности использования системного
подхода при решении задачи размещения энергетических объектов,
заключающегося в комплексном применении методов, процедур
многокритериального анализа, являющихся подсистемами. Комплексное
использование методов и процедур анализа на базе системного подхода
отличается определенной очередностью и взаимодействием подсистем, что
позволяет получить решение более высокого качества. Разработана методика
комплексного использования методов и процедур многокритериального
анализа для идентификации возможных площадок при размещении
энергетических объектов. Подсистемы данной методики включают некоторые
модификации и дополнительные элементы анализа.
Усовершенствована методика использования процедуры компенсационного отбора за счет дополнительного анализа получаемого результата. Дополнительный анализ направлен на формирование из исключаемых площадок множеств потенциально непригодных альтернатив (ПНА). Окончательный отбор в соответствии с усовершенствованной методикой осуществляется на основании анализа пересечений множеств ПНА, что позволяет убедиться в действительной непригодности площадок.
Модифицирована методика многокритериального отбора альтернатив на основе анализа МФЦ. В отличие от традиционной методики с построением одной МФЦ, производится построение трехкритериальных функций ценности для набора критериев, что обеспечивает снижение загрузки ЛПР и повышение адекватности обобщенных показателей. Отбор альтернатив осуществляется на основании одновременного выбора предельных оценок полученных МФЦ, для чего разработаны соответствующие рекомендации. Дополнительным отличием
является определение шкалирующих коэффициентов МФЦ на основании информации, полученной при работе с процедурой компенсационного отбора с учетом возможного сужения диапазона изменения оценок по критериям.
4. Усовершенствована методика многокритериального отбора альтернатив на
основе метода последовательного сужения множества Парето добавлением
шагов, направленных на анализ имеющихся сообщений об относительной
важности критериев и выявление таких пар площадок, для которых эти
сообщения дают результат. При этом такая информация в соответствии с
предложенной методикой формируется при отборе альтернатив на основе
предельных оценок МФЦ и процедуры компенсационного отбора, что
позволяет применить методику без участия ЛПР при сохранении качества
решения. Дополнительный анализ позволяет эффективно реализовывать
имеющуюся информацию об относительной важности критериев.
5. Разработан алгоритм многокритериального выбора конфигурации
электрической сети на основе метода последовательных уступок. Алгоритм
позволяет проводить выбор на основе принципов минимизации суммарной
длины сети, минимизации потерь мощности с учетом требований к надежности
электроснабжения потребителей. Разработана методика выбора трассы ЛЭП на
основе оценок МФЦ. Методика основана на получении количественной оценки
участков территории и поэтому позволяет сравнивать все возможные варианты
трасс с учетом многих критериев.
Практическая ценность полученных научных результатов состоит в решении актуальных научно-технических задач, связанных с многокритериальным выбором мест размещения энергетических объектов. Разработана СППР, позволяющая проводить многокритериальный выбор наиболее перспективных площадок для размещения. Разработана программа многокритериального выбора конфигурации электрической сети.
Результаты позволяют формализовать проблему выбора мест размещения энергетических объектов, повысить качество принимаемых решений, снизить экономические, экологические, социальные риски.
Во введении обосновывается актуальность исследований, направленных на совершенствование методик многокритериального анализа вариантов размещения энергетических объектов, их комплексное использование на базе системного подхода. Сформулированы цель и основные задачи исследований, определена научная и практическая ценность работы. Приведено краткое содержание работы.
В первой главе проведена оценка современного состояния и перспектив развития электроэнергетики. Выявлены причины, обусловившие в отрасли серьезные проблемы, требующие безотлагательного решения. Показана существующая необходимость в сооружении энергетических объектов.
Определены условия, позволяющие отнести задачу размещения энергетических объектов к слабоструктуризованной проблеме принятия решений при неопределенности в выборе цели. Рассмотрены факторы, обуславливающие актуальную необходимость создания СППР.
Проведен анализ многокритериальных методов и процедур принятия решений по размещению энергетических объектов. Определены недостатки анализа альтернатив при идентификации площадок - важном этапе размещения энергетических объектов, целью которого является определение наиболее перспективных площадок. Автор предлагает следующие направления совершенствования многокритериального анализа альтернатив при идентификации энергетических объектов:
повышение результативности при выборе ограниченного числа альтернатив из исходного их множества;
уменьшение числа обращений к ЛПР;
- учет большого количества критериев (пять и более) при анализе;
-снижение вероятности исключения площадки вследствие неверного
определения предельных уровней критериев отбора.
Кроме того, установлены факторы, обуславливающие необходимость многокритериального анализа при выборе конфигурации электрической сети, выборе трассы ЛЭП.
Выявленные недостатки диктуют необходимость использования системного подхода при решении задачи размещения энергетических объектов, заключающегося в комплексном применении методов, процедур многокритериального анализа, являющихся подсистемами. Кроме того, совершенствование в указанных направлениях может быть осуществлено включением в соответствующие процедуры и методы дополнительных элементов анализа.
Во второй главе для совершенствования идентификации в направлениях:
повышения результативности при отборе альтернатив;
уменьшения числа обращений к ЛПР;
предлагается методика комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа на базе системного подхода. При этом в качестве подсистем выступают процедуры и методы отбора. Взаимодействие подсистем основано на информационном обмене - использовании данных, полученных на предыдущих этапах идентификации.
Повышение результативности связано с тем, что отбор альтернатив осуществляют методы и процедуры с различными механизмами исключения -на основании доминирования по Парето, на основании предельных уровней оценок, на основании информации об относительной важности критериев. Информационный обмен при работе с процедурами снижает загрузку лица, принимающего решение (ЛПР).
Совершенствование идентификации площадок в направлениях:
- учета большого количества критериев при анализе;
-снижения вероятности исключения альтернативы вследствие неверного определения предельных уровней критериев отбора; достигается совершенствованием методик многокритериального отбора. 1. Усовершенствована методика использования наиболее удобной для ЛПР двухкритериальной процедуры компенсационного отбора за счет формирования и анализа множеств потенциально непригодных альтернатив, что позволяет учесть необходимое количество критериев.
Модифицирована методика многокритериального отбора альтернатив на основе анализа МФЦ. Методика реализует отбор на основе выбора предельных оценок трехкритериальных функций ценности. Часть необходимой информации может быть получена при работе с процедурой компенсационного отбора. Разработаны рекомендации по выбору предельных оценок МФЦ.
Усовершенствована методика многокритериального отбора альтернатив на основе метода последовательного сужения множества Парето добавлением шагов, направленных на анализ имеющихся сообщений об относительной важности критериев и выявление таких пар площадок, для которых эти сообщения дают результат. При этом такая информация формируется при отборе альтернатив на основе предельных оценок МФЦ и процедуры компенсационного отбора, что позволяет применить методику без ЛПР.
Предложенные методики многокритериального отбора альтернатив позволяют исключить выявленные недостатки, встречающиеся в исследованиях по размещению энергетических объектов.
Для осуществления многокритериального выбора конфигурации электрической сети предложен алгоритм на основе метода последовательных уступок. Алгоритм позволяет при выборе конфигурации учесть требования надежности электроснабжения потребителей, минимизировать длину сети, потери мощности. Для осуществления многокритериального выбора трассы ЛЭП предложена методика на основе оценок МФЦ.
В третьей главе исследуются особенности разработанных с участием автора СППР SitingEF, программы OptiLine, проводится многокритериальный анализ вариантов размещения ТЭС в энергодефицитном районе.
СППР SitingEF осуществляет поддержку принятия решения по многокритериальному выбору площадки для размещения энергетического объекта на основании предложенных в главе 2 методик.
Рассмотрены вопросы, связанные с реализацией в СППР SitingEF процедур анализа чувствительности результатов к изменениям ценностных соотношений ЛПР, дополнительные процедуры, направленные на снижение загрузки ЛПР.
Программа Optiline проводит выбор конфигурации высоковольтной электрической сети на основе алгоритма, предложенного в главе 2.
Рассмотрены реализованные в программе OptiLine процедуры направленные на выявление величины уступки снижения целевой функции.
С помощью СППР SitingEF проводится многокритериальный выбор площадки для размещения ТЭС. В качестве района размещения выбран один из наиболее перспективных энергодефицитных районов для освоения, развития - север Читинской области, Чарская долина Каларского района. Район сложен для освоения. При размещении электростанции необходим всесторонний многокритериальный анализ.
Рассматриваемый район позволяет оценить работоспособность предложенных в главе 2 методик, СППР SitingEF и программы OptiLine.
При идентификации площадок для размещения электростанции на угле в Чарской котловине предложена иерархия целей и критериев. Применена предложенная методика комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа на базе системного подхода.
В результате анализа получено семь площадок. Проведенный в заключении анализ чувствительности позволил выявить из семи альтернатив четыре площадки, наименее чувствительные к изменениям ценностных соотношений. Данные площадки наиболее перспективны для дальнейших исследований.
При помощи программы OptilLine, реализующей предложенный алгоритм многокритериального выбора, производится выбор конфигурации электрических сетей для возможных мест размещения электрической станции. Показано, что разработанный алгоритм проводит выбор конфигурации с учетом принципов надежности электроснабжения потребителей, минимизации длины сети, потерь мощности.
В заключении приведены основные выводы по работе и отмечено, что на основе проведенных исследований решен ряд актуальных задач в проблеме многокритериального анализа вариантов размещения энергетических объектов.
Современное состояние и перспективы развития электроэнергетики России
Электроэнергетика России - базовая отрасль экономики страны, обеспечивающая энергией народное хозяйство и население. Единая энергетическая система России представляет собой уникальный электроэнергетический комплекс, объединяющий 66 энергосистем, около 550 электростанций с суммарной установленной мощностью 194 млн. кВт, а также более 2.2 млн. км электрических сетей всех классов напряжения.
Электроэнергетический потенциал России создан в основном за 1955-1990 гг., когда электроэнергетика развивалась опережающими темпами по сравнению с остальной промышленностью. При росте национального дохода за этот период в 6.2 раза производство электроэнергии выросло более чем в 10 раз[1].
Вместе с тем уже к концу 70-х годов в развитии топливно-энергетического комплекса страны наметился ряд негативных явлений, которые отрицательно сказывались на экономике страны. Это было обусловлено и объективными факторами, связанными с относительным исчерпанием наиболее благоприятных запасов органического топлива и гидроэнергоресурсов в европейской части СССР, и необходимостью освоения энергоресурсов в отдаленных и труднодоступных районах страны. Примерно 80% топливно-энергетических ресурсов находится в настоящее время на востоке страны, тогда как 75% всех энергетических потребностей сосредоточено в европейских районах [2].
Причинами отставания электроэнергетики явились [2]: - медленный рост единичной мощности турбоагрегатов вводимых ежегодно в эксплуатацию (средняя мощность новых агрегатов на конденсационных электростанциях 220 МВт практически не изменялась в течение 15 лет, в США этот показатель 500-550 МВт); - недостаточная маневренность генерирующих мощностей, работавших в ЕЭС СССР. Доля специальных типов маневренных электростанций (ГАЭС, ГТУ, полупиковых энергоблоков) составляла менее 1%, в то время как в США, Японии этот показатель был равен 6-9%; - систематическое невыполнение планов сооружения тепловых и атомных электростанций; - увеличение с каждым годом доли физически и морально изношенного оборудования в отраслях ТЭК.
В 1983 г. была принята Энергетическая программа СССР на длительную перспективу, во многих своих положениях опиравшаяся на опыт разработки и реализации первого плана электрификации - ГОЭЛРО [2].
В 1992 году в результате реформ электроэнергетика России за исключением атомной была приватизирована.
В результате не всегда адекватных существующим условиям мер по реформированию экономики и электроэнергетики и затяжного экономического кризиса в отрасли накопились серьезнейшие проблемы, требующие безотлагательного решения [1].
Установленная мощность электростанций России на 1 января 2006 г. составляла 217 млн. кВт. Выработка электроэнергии в 2005 г. всеми электростанциями РФ составляет 928 млрд.кВт-ч.
ЕЭС России включает в себя 7 объединенных электроэнергетических систем, сформирована с использованием двух систем номинальных напряжений: 220-500 кВ на большей части территории страны; 330-750 кВ на Северо-Западе и в западной части Центра (рис. 1.1) [1]. На рис. 1.1. показано, что электрические связи между ОЭС являются слабыми. Функционируют энергосистемы различного масштаба. В ЕЭС России избытком генерирующей мощностей располагают сейчас только 14 энергосистем из 84 [3]. Недостаток мощностей в одних системах и избыток в других определяется фактическим их состоянием на момент создания АО Энерго. При сложившейся ситуации потребовалось организовать отношения купли-продажи между энергосистемами на энергетическом рынке [4].
Европейская зона и Урал имеют более 70% общероссийской установленной мощности электростанций и электропотребления. Тепловые электростанции в регионе используют в основном природный газ, а также разные виды угля. Среди производителей электроэнергии - АЭС и пиковые (полупиковые) ГЭС. Генерация относительно равномерно распределена по обслуживаемой территории. Основная электрическая сеть сравнительно хорошо развита [1].
Зона Сибири имеет более 20% установленной мощности электростанций и электропотребления России. Около 50%) генерирующих мощностей региона составляют ГЭС. Основным топливом для тепловых электростанций является уголь, причем около 65% мощностей этих электростанций приходится на ТЭЦ. Крупные электростанции Сибири (главным образом ГЭС) строились с привязкой к ним крупных энергоемких потребителей, являющихся градообразующими. В суровых климатических условиях превалирование городского населения приводило к повсеместному сооружению привязанных к городам ТЭЦ. Вследствие размещения электростанций преимущественно в местах потребления электроэнергии, а также большой протяженности территории в широтном направлении при сравнительно низкой плотности населения основная электрическая сеть существенно менее развита по сравнению с Европейской зоной и Уралом [1].
Дальневосточная зона, составляющая около 6% общероссийских мощностей электростанций и электропотребления, имеет всего несколько относительно крупных электростанций и слабую сеть при большой ее протяженности. Около 75% мощностей региона представлены тепловыми электростанциями, работающими на угле, причем около 85% из них ТЭЦ [1].
В августе 2003 г. Правительством РФ была утверждена «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года».
К числу наиболее важных задач Энергетической стратегии России относятся определение основных количественных и качественных параметров развития электроэнергетики и конкретных механизмов достижения этих параметров, а также координация развития электроэнергетики с развитием других отраслей топливно-энергетического комплекса и потребностями экономики страны.
Задача управления развитием ЭЭС и этапы ее решения. Задача развития и размещения электростанций, развития электрических сетей
Электроэнергетическая система является сложным объектом с точки зрения управления. Она содержит значительное число отдельных элементов, их режим характеризуется многочисленными параметрами, связанными между собой сложными соотношениями.
Электроэнергетика переживает период коренного изменения условий и возможностей своего развития, а потому особое значение приобретают вопросы системного анализа эффективности решений, принимаемых на стадии управления развитием ЭЭС.
Применительно к конкретному объекту - электроэнергетической системе -понятие «управление» определяют как целенаправленное воздействие на систему с целью ее перевода из данного состояния в оптимальное в соответствии с поставленными целями и принятыми критериями эффективности.
Чем эффективнее решения по развитию электроэнергетики, тем меньше финансовых, трудовых и материальных ресурсов потребует эксплуатация электроэнергетических систем (ЭЭС) и объектов (ЭО).
Методология управления развитием электроэнергетики исторически развивалась при переходе от отдельных электростанций к разветвлённым энергосистемам, охватывающим территории регионов, а в дальнейшем стран. Наиболее значимые этапы развития - создание в 60-80-х гг. в СССР Единой электроэнергетической системы, устойчиво работавшей на территории двух континентов, создание энергосистемы «Мир», объединившей ЭЭС стран-членов Совета экономической взаимопомощи. Методология, математическое и программное обеспечение автоматизации проектирования и планирования ЭЭС, достигшие к концу XX века высокого уровня, были созданы для условий централизованного управления и планирования.
В конце XX, начале XXI вв. возникли иные условия развития электроэнергетики, связанные с возникновением рынка в сфере производства и сбыта электроэнергии, глобализацией мировой экономики, озабоченностью мирового сообщества состоянием окружающей среды. К настоящему времени сформировался ряд аспектов и факторов, с которыми необходимо считаться при выборе решений по развитию ЭЭС.
Методологические принципы и структура управления развитием ЭЭС и ЭО в своей основе не изменились и предусматривают подготовку, обоснование, принятие и реализацию решений [17, 18]. На рис. 1.3 представлена структура управления ЭЭС и её развитием
. Структура управления ЭЭС и се развитием Принципы, используемые при подготовке и принятии решений по развитию ЭЭС [18]: системный подход; принцип иерархии; учёт связей с другими отраслями экономики, экологических и социальных ограничений; учёт неполноты, неоднозначности информации; итеративность и непрерывность процессов обоснования и принятия решений; многовариантность решений при сопоставимости вариантов.
На стадии подготовки и обоснования решений имеют место три известных, связанных информационно и технологически вида деятельности: долгосрочное прогнозирование, проектирование на перспективу, планирование развития ЭЭС иЭО.
Целью долгосрочного прогнозирования на длительный период времени (15-20 лет) является определение основных направлений научно-технического прогресса в энергетике, ориентировочной величины потребности в электро- и теплоэнергии и необходимых объемов топливно-энергетических ресурсов, продукции смежных отраслей для покрытия этих потребностей.
На этапе прогнозирования и проектирования (5-15) лет составляются прогнозы потребности в электроэнергии, прогнозы изменения технико-экономических показателей нового оборудования и т.д. Целью проектирования является определение оптимальной Структуры системы, обоснование развития электростанций и оптимизация развития электрических сетей. Перспективное планирование и прогнозирование развития системы на 5-Ю лет включает в себя составление перспективного плана ввода генерирующих мощностей, выбор схем развития электрических сетей и средств управления ЭЭС.
Принятые проектные решения уточняются на этапе планирования в отношении балансовой увязки с возможностями смежных отраслей топливно-энергетического комплекса и народного хозяйства, с учетом ограничений по материальным, трудовым и денежным ресурсам. В случае необходимости плановые решения могут дополнительно согласовываться с проектировщиками. Проектирование и планирование развития ЭЭС, а также проектирование отдельных объектов ведется во многом параллельно, в увязке друг с другом.
При управлении развитием электроэнергетики имеется неоднозначность исходной информации о будущих условиях ее развития. Для снижения возможных экономических, экологических, социальных последствий от незнания будущих условий развития ЭЭС желательно уменьшить заблаговременность принятия и обоснования решений. С этой целью процесс развития разбивается на последовательность принимаемых решений с минимальным требуемым сроком обоснования. Это позволяет использовать наиболее точную исходную информацию.
Разработка методики комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа для идентификации возможных площадок на базе системного подхода
Совершенствование процесса идентификации площадок для размещения энергетических объектов в диссертационной работе предлагается осуществить комплексным использованием методов и процедур многокритериального анализа [94] на базе системного подхода (рис. 2.1).
Комплексное использование подразумевает применение методов в определенной последовательности с реализацией информационного обмена. Информационный обмен позволяет использовать при работе с процедурами отбора информацию, полученную на предыдущих этапах идентификации.
Рассмотрим подробнее этапы методики комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа.
На этапе 1 производится учет нормативных требований или обязательных условий ЛПР. Используется процедура стандартного отбора. Для такой процедуры отбора предельное значение выбранного критерия соответствует нормативному требованию или обязательному условию, предъявляемому при размещении данного вида энергетического объекта. Площадка с оценкой по критерию не удовлетворяющей требованию процедуры стандартного отбора в дальнейшем не рассматривается. Например, однозначно могут исключать сооружение такого сложного энергетического объекта как электростанция территории с сейсмичностью выше IX, площадки с уклоном более 10, территории с полезными ископаемыми материалами, охранные зоны природных целебных источников, резервации и национальные парки.
На этапе 2 производится (см. рис. 2.1) исключение доминируемых альтернатив. В последующем рассмотрении участвуют площадки, принадлежащие множеству недоминируемых альтернатив, определяемых по (1). Роль ЛПР заключается в определении критериев, которые будут участвовать при определении множества недоминируемых альтернатив. Набор критериев должен быть полным, действенным, неизбыточным, минимальным, разложимым [58].
Дальнейший отбор площадок, если он необходим, может быть осуществлен только на основании дополнительной информации, характеризующей предпочтения ЛПР (Этапы 3-5). Дополнительная информация необходима для формирования математического описания предпочтений ЛПР в отношении выбранных для идентификации критериев. Для учета ценностных суждений ЛПР используются процедура компенсационного отбора (этап 3), отбор на основании предельных оценок многокритериальных функций ценности (МФЦ) (этап 4), метод последовательного сужения множества Парето (этап 5).
Целью разработки методики комплексного использования процедур и методов отбора является исключение недостатков, свойственных традиционным исследованиям по размещению энергетических объектов.
Покажем, что методика исключает недостатки и совершенствует процесс многокритериального отбора перспективных альтернатив в направлениях, отмеченных в главе 1. 1. Методика комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа для идентификации возможных площадок (рис. 2.1.) позволяет повысить результативность отбора альтернатив. Повышение результативности связано с тем, что отбор альтернатив на всех этапах (1-5) реализуют различные механизмы исключения. На этапе 1 производится исключение альтернатив на основании нормативных требований или обязательных условий ЛПР. На этапе 2 производится исключение заведомо худших доминируемых по Парето альтернатив. На этапе 3 производится исключение альтернатив на основании выбираемых ЛПР предельных уровней критериев отбора. Исключению подвергаются лишь заведомо худшие альтернативы, что связано с использованием новой категории - потенциально непригодных альтернатив, что будет рассмотрено в параграфе 2.1.1.
На этапе 4 производится исключение альтернатив на основании предельных оценок МФЦ. На данном этапе ЛПР может обеспечить требуемую результативность отбора, исключить требуемое количество площадок с низкими и средними оценками по критериям. Идентифицированные альтернативы будут иметь высокие оценки по критериям, поскольку МФЦ представляют собой агрегацию всех частных показателей. Предложенная методика отбора альтернатив на основании предельных оценок МФЦ рассматривается в параграфе 2.1.2.
На этапе 5 производится исключение альтернатив с использованием метода последовательного сужения множества Парето. В отличие от предыдущих этапов, на данном могут быть исключены альтернативы с высокими оценками по критериям, поскольку отбор осуществляется на основании информации об относительной важности критериев, а не на основании предельных оценок. Этап 5 рассматривается в параграфе 2.1.3.
Реализация сочетания различных механизмов исключения альтернатив позволяет утверждать, что предложенная методика обладает высокой результативностью отбора.
2. Методика комплексного использования процедур и методов многокритериального анализа для идентификации возможных площадок (рис. 2.1.) позволяет уменьшить число обращений к ЛПР за счет реализации информационного обмена. При отсутствии информационного обмена достижение высокой результативности применением различных механизмов отбора требует значительных затрат усилий ЛПР. В предложенной методике дополнительная информация, получаемая от ЛПР на этапе 3, используется на последующих этапах 4 и 5. Информация, получаемая от ЛПР на этапе 4, используется на этапе 5 (см. рис. 2.1). Таким образом, этап 4 может быть выполнен с минимальными усилиями ЛПР, метод последовательного сужения множества Парето может быть применен без участия ЛПР. Реализация использования дополнительной информации от ЛПР рассматривается в параграфах 2.1.2, 2.1.3.
Разработка программного обеспечения поддержки принятия решения по размещению энергетических объектов
Разработанная СППР SitingEF [100, 101] осуществляет поддержку принятия решения по размещению энергетических объектов с учетом многих критериев на основании предложенных в главе 2 методик (см. рис. 2.1, 2.3, 2.10, 2.14).
Структура СППР SitingEF Представлена на рис. 3.1. В СППР SitingEF реализованы процедуры проверки согласованности ответов ЛПР его предпочтениям, основанные на дополнительном опросе и информации, получаемой при построении кривых безразличия.
В СППР SitingEF реализована процедура анализа чувствительности результатов к изменениям ценностных соотношений ЛПР.
Принимается во внимание, что изменения ценностных соотношений в процедуре компенсационного отбора (этап 3, рис. 2.1) не приведет к изменению результата, поскольку производится отбор заведомо худших площадок, с очень низкими оценками по нескольким критериям. В большей степени чувствительны к изменению ценностных соотношений получаемые МФЦ и результаты, полученные методом последовательного сужения множества Парето (этапы 4, 5, рис. 2.1.). Поэтому производится повторный анализ многокритериальных альтернатив на этапах 4, 5 (рис. 2.1) с измененными ценностными соотношениями. Производится изменения шкалирующих коэффициентов и коэффициентов относительной важности. Соответственно изменение шкалирующих коэффициентов Я влечет за собой изменение коэффициентов относительной важности в. Эта особенность учитывается в СППР SitingEF.
Реализация анализа чувствительности при помощи СППР SitingEF рассматривается в параграфе 3.4.7.
В СППР SitingEF реализованы дополнительные процедуры, направленные на снижение загрузки ЛПР: - проверка независимости критериев по предпочтению на этапе 4, совмещенная с построением кривых безразличия на этапе 3 (рис. 2.1). Процедура рассматривается в параграфе 3.4.4 (см рис. 3.13); - упорядочение по важности критериев на этапе 3 (см. рис. 2.1) при построении кривых безразличия. Рассматривается в параграфе 2.1.1.
Требуемые СППР SitingEF исходные данные: карта местности с информацией о водоемах, населенных пунктах, железных и автомобильных дорогах, существующих генерирующих источниках, потребителях тепловой и электрической энергии, линиях электропередачи, трубопроводах, объектах социального значения.
СППР SitingEF реализована на языке программирования Borland Delphi. SitingEF имеет Windows-ориентированный интерфейс, возможность сохранения и загрузки исходных данных и результатов, графической интерпретации полученных результатов, вывода результатов на печать.
Системные требования для работы с SitingEF: IBM PC не ниже Pentium, 64 Mb оперативной памяти, поддержка разрешения 1024x768 пикселей, операционная система Windows 9х, NT, ХР.
Разработанная программа OptiLine [98] проводит выбор конфигурации высоковольтной электрической сети в соответствии с разработанным автором алгоритмом, представленным на рис. 2.15.
В соответствии с алгоритмом производится последовательная минимизация целевых функций F} и F2. ЛПР необходимо определить величину уступки, на которую допустимо увеличить значение целевой функции Fi при снижении F2. Величины уступок могут изменяться в зависимости от конкретных условий, например, в зависимости от назначения проектируемой сети, от уровня напряжения.
