Введение к работе
Актуальность темы Реформа РАО ЕС России привела к выделению из её состава самостоятельных хозяйствующих организационных, экономических и технических систем, в том числе энергоснабжающих организаций. Декомпозиция единого производственного цикла генерации и потребления электроэнергии обусловила необходимость разработки и внедрения каждой выделенной организацией собственной политики управления своим техническим и экономическим состоянием на основе внутренних и внешних показателей. В этом контексте энергоснабжающая организация (ЭСО), включающая в себя воздушные линии, подстанции и другое оборудование совместно с ремонтно-техническим и управленческим персоналом, рассматривается как особая организационно-экономическая система, обеспечивающая получение прибыли и минимизирующая экономические потери.
Известные формальные описания функционирования ЭСО на основе расчетно-логических моделей недостаточно точно и полно описывают состояние ЭСО, так как явно не учитывают воздействие внешней среды. Общая задача управления состоянием ЭСО по бесперебойному отпуску электроэнергии зависит от множества операционных, управляющих и поддерживающих бизнес-процессов, в том числе, контролируемых с помощью автоматизированных систем управления (АСУ), обеспечивающих лицу, принимающему решения (ЛПР), соответствующую информационную поддержку. Среди всего многообразия бизнес-процессов для энергоснабжающей организации выделяются процессы управления организационно-техническими мероприятиями, а важнейшими показателями для них являются экономические затраты на их реализацию и экономический эффект от применения.
В современных АСУ, применяемых в энергоснабжающих организациях, недостаточно проработаны процессы комплексного учета показателей электромагнитной обстановки (ЭМО) с учетом влияния на них показателей погодно-климатических условий (ПКУ), характеризуемых неопределенностью, нечеткостью описания. Кроме того, в условиях перехода энергоснабжающей организации на устройства защиты и автоматики, содержащих цифровую элементную базу, чувствительную к ЭМО и ПКУ, число ложных отключений в значительной степени снижает эффективность энергоснабжения, что уменьшает прибыль самой ЭСО и также создает экономический ущерб для потребителей. Наряду с этим совместный учет показателей ЭМО и ПКУ позволяет качественно оценить негативное воздействие ЭМО на здоровье персонала ЭСО и выработать организационные рекомендации по уменьшению этого воздействия.
Под управлением состоянием ЭМО в энергоснабжающей организации в работе понимается оценка основных показателей внутренней и внешней среды и изменение показателей ЭМО к значениям, обеспечивающих бесперебойное энергоснабжение потребителей (нормализация).
Управление организационными системами, математические модели организаций рассматривались в работах ученых В.Н. Буркова, О.И. Ларичева, Д.А. Новикова, Т. Саати и др. Вопросам разработки и исследования моделей управления системами энергетики, а также проблематики выбора решений занимались такие ученые, как В.Р. Окороков, Ю.Б. Клюев, А.Ф. Дьяков, Г.Я. Вагин, А.А. Башлыков, В.А. Геловани, М.А. Айзерман, Э.А. Трахтенгерц.
Вместе с тем в данных работах вопросам управления состоянием электромагнитной обстановки на энергоснабжающей организации при учете погодно-климатических условий для обеспечения бесперебойного энергоснабженния и сохранения безопасного состояния здоровья персонала уделялось недостаточно внимания. Данное обстоятельство порождает противоречие между необходимостью комплексного учета показателей внешней и внутренней среды энергоснабжающей организации и ограниченными возможностями существующих теоретических и прикладных средств управления электромагнитной обстановкой в энергоснабжающих организациях.
Целью диссертационного исследования является повышение обоснованности и качества управляющих решений по энергообеспечению промышленных предприятий и объектов социальной сферы на основе автоматизации бизнес-процессов управления системой организационно-технических мероприятий и достижения тем самым экономического эффекта.
Следовательно, научно-техническая задача разработки моделей и метода управления процессами энергоснабжения, учитывающих комплексное воздействие внешней и внутренней среды, является актуальной и имеет большое практическое значение.
Диссертационная работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, индивидуального корпоративного гранта концерна «Росэнергоатом» на 2009-2010 учебный год и внутривузовского гранта университета на 2008-2009 годы по теме «Разработка методов управления электромагнитной обстановкой на объектах электроэнергетики».
Объектом исследования является системы управления состоянием энергоснабжающей организации.
Предметом исследования являются модели, метод и алгоритмы оценки и управления состоянием энергоснабжающей организации с учетом погодно-климатических условий.
Научно-техническая задача декомпозирована на следующие частные задачи.
-
Анализ состояния вопроса автоматизации и средств информационной поддержки управления энергоснабжением промышленных предприятий и объектов социальной сферы. Обоснование направлений исследования.
-
Разработка модели оценки напряженности электрического поля и модели расчета времени безопасного нахождения персонала в зоне действия этого поля на энергоснабжающей организации с учетом погодно-климатических условий.
-
Разработка метода выбора приоритетных мероприятий по управлению состоянием электромагнитной обстановки в энергоснабжающей организации и алгоритма формирования текущих приоритетных мероприятий по управлению электромагнитной обстановкой.
-
Экспериментальная проверка и сравнительная оценка полученных результатов с помощью программ автоматизации выбора мероприятий и расчета электромагнитной обстановки.
Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту
-
Модель оценки времени безопасного нахождения персонала на территории энергоснабжающей организации при воздействии электрического поля, отличающаяся учетом погодно-климатических условий и позволяющая повысить точность оценки времени допустимого пребывания персонала и обосновать экономические затраты на обеспечение безопасного состояния здоровья персонала.
-
Метод выбора приоритетных мероприятий, отличающийся применением правил нечеткого логического вывода, вычислением нечетких и четких значений весов мероприятий на основе дифференцирования первичных факторов по семантическим группам, а также вычислением комбинированного показателя эффективности мероприятия, что позволяет при ограниченном объеме финансирования сформировать множество приоритетных мероприятий по изменению состояния электромагнитной обстановки на энергоснабжающей организации.
-
Алгоритм формирования множества приоритетных мероприятий, отличающийся итерационным ранжированием исходных мероприятий и позволяющий сформировать на их основе множество приоритетных по рангу мероприятий, что позволяет уменьшить число ложных отключений оборудования энергоснабжающей организации и тем самым получить положительный экономический эффект.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
-
Разработаны математических модели оценки напряженности электрического поля с учетом погодно-климатических условий и расчета безопасного времени пребывания персонала, положенные в основу определения электромагнитной обстановки для различного класса систем энергетики, что приводит к повышению качества управляющих решений экономического характера за счет обоснования средних экономических затрат в размере примерно 110 руб. на обеспечение безопасного состояния здоровья персонала и границ применимости моделей, начиная с уровня влажности 85%.
-
Разработаны метод выбора мероприятий и алгоритм формирования текущих приоритетных мероприятий по управлению электромагнитной обстановкой, положенных в основу программы выбора мероприятий по изменению ЭМО и расчета ЭМО с учетом погодно-климатических условий, что приводит к принятию обоснованных управляющих решений, уменьшающих до 65% число ложных отключений.
Апробация и публикация. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: IV Всероссийская научно-практическая конференция «Энергетика в современном мире» (г. Чита, 2009 г.); Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы науки - 2010» (Чехия, г. Прага); Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и их практическое применение»; Современное состояние и пути развития» (Украина, г. Одесса, 2008 г.); Международная научно-практическая конференция. «Энергоэффективные технологии. Образование. Наука. Практика» (Белоруссия, г. Минск, 2010 г.); Международная студенческая научно-практическая конференция (г. Чистополь, 2009 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Технологии XXI века в энергетике и транспортных коммуникациях: проблемы и перспективы» (г. Сочи, 2010 г.); Всероссийский смотр-конкурс ЭВРИКА-2009 (г. Новочеркасск, 2009 г. ).
По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи по перечню центральных рецензируемых журналов и изданий, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ. Получено 2 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ: № 2010617222 «Автоматизация выбора наиболее конкурентоспособных мероприятий по улучшению электромагнитной обстановки» и № 2010617221 «Автоматизация расчета электромагнитной обстановки с учетом погодно-климатических условий».
Реализация и внедрение. Результаты работы внедрены на Научно-производственном предприятии в Федеральном государственном учреждении здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии №125 федерального медико-биологического агентства» (г. Курчатов, Курская область). Материалы работы использованы в учебном процессе кафедры «Электроснабжение» ЮЗГУ в курсе «Программное обеспечение в электроэнергетике».
Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве: в [1] обосновано применение нечеткой логики для выбора приоритетных мероприятий по изменению ЭМО с учетом ПКУ; в [2] выполнено описание уточненной модели оценки напряженности электрического поля и модели расчета времени безопасного нахождения персонала на ЭСО с учетом погодно-климатических условий; в [3] описано управление электромагнитным фактором для ЭСО; в [4] приведен анализ путей улучшения ЭМО на ЭСО; в [7] приведен анализ методов управления ЭМО на ЭСО и обоснован вид основного показателя; в [8] определена зависимость ЭМО от ПКУ; в [9] разработан метод выбора приоритетных мероприятий по изменению ЭМО с учетом ПКУ; в [10] описан порядок расчета экономического эффекта от внедрения мероприятий на типовой ЭСО; в [11] проведен анализ показателей ЭМО; в [12] произведен расчет основных показателей ЭМО на типовой ЭСО; в [13] проведено разделение факторов, влияющих на мероприятий по изменению ЭМО, на семантические группы; в [14] произведен расчет напряженности электрического поля на типовой ЭСО при различных ПКУ; в [15] разработан алгоритм управления состоянием ЭМО на ЭСО с учетом погодно-климатических условий; в [16] и [17] разработаны программы выбора мероприятий по изменению ЭМО и расчета ЭМО с учетом погодно-климатических условий.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованных источников (114 наименований) и 5 приложений. Общее количество машинописных страниц - 137, рисунков -39, таблиц - 23.
