РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ПЕРЕВООРУЖЕНИЮ И РЕКОНСТРУКЦИИ РАЙОНА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
Общая характеристика работы 3
Основное содержание работы 7
Введение 7
Глава 1
Глава 2 9
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 21
Заключение 21
Список литературы 23
Актуальность темы. Согласно программе национальной технологической инициативы, применение автоматизированных информационных систем позволит решить ряд проблем эффективности функционирования и развития электроэнергетики, создаст инструменты для модернизации и развития экономики страны. В то же время сохраняется проблема износа электрических сетей (ЭС), особенно остро она стоит для оборудования подстанций 35-110 кВ и питающих их линий электропередач, где износ составляет более 50%. Это вызывает необходимость технического перевооружения и реконструкции (ТПиР) объектов ЭС. Под объектом ЭС в работе понимается совокупность подстанции и питающих ее линий электропередач. Совокупность технологически взаимосвязанных объектов ЭС, расположенных на одной территории и обслуживаемых одним структурным подразделением, образует район электрических сетей.
Многообразие осложняющих факторов при ТПиР электрических сетей, таких как множество целей функционирования; взаимосвязь оцениваемых параметров; современные социально-экономические требования, приводит к увеличению числа возможных решений, а значит и объемов обрабатываемой информации. Это обуславливает необходимость не только автоматизации информационных процессов, но и внедрения интеллектуальных систем поддержки принятия решения (СППР).
Степень разработанности темы исследования. Проведенный анализ исследований в области принятия решения по ТПиР объектов ЭС, показал, что в разработанных СППР выбор предпочтительной альтернативы реализован в условиях многокритериальной оценки каждого решения с использованием положений теорий нечетких множеств, методов экспертного оценивания. Под альтернативами объекта ЭС в работе понимаются вариативные совокупности параметров его элементов, определенные в соответствии с выбранными мероприятиями по техническому перевооружению или реконструкции и видом номенклатурных работ.
Необходимо отметить, что в разработанных СПИР формирование альтернатив объекта ЭС реализовано без учета типизации номенклатурных параметров оборудования, оценки его технического состояния и с обязательным привлечением экспертов, а выбор альтернатив осуществлен по частным критериям, математические модели которых не в полной мере отражают требования нормативных документов по соответствию объема инвестиционных программ типовым технологическим решениям. Вышеизложенное приводит к снижению объективности и достоверности принимаемых решений.
Анализ исследований по ТПиР района ЭС показал, что большинство работ посвящено формированию первоочередных мероприятий по ТПиР путем решения задачи многокритериальной оптимизации ЭС с учетом индикативного анализа состояния оборудования. Отмечая бесспорную ценность существующих исследований, необходимо заметить, что при формировании программы ТПиР для района электрических сетей из альтернатив объектов ЭС не рассчитываются и не сравниваются между собой несколько вариантов, что не позволяет оценить и выбрать приоритетную альтернативу для района ЭС в условиях финансового ограничения.
В виду вышеизложенного разработка системы поддержки принятия решения по техническому перевооружению и реконструкции района ЭС в условиях ограничения объема инвестиционной программы, обеспечивающей выбор приоритетной альтернативы района ЭС, формируемой из предпочтительных альтернатив объектов ЭС, ранжирование которых осуществляется по частным критериям, соответствующим нормативным и законодательным документам, отражающим развитие энергетики в современных условиях, является актуальной и значимой задачей.
Цель работы. Разработка автоматизированной системы поддержки принятия решения по выбору приоритетной альтернативы технического перевооружения и реконструкции района электрических сетей в условиях финансового ограничения и многокритериального оценивания альтернатив каждого объекта ЭС с применением нейросетевых технологий.
В соответствии с целью сформулированы задачи исследования:
1. Выполнить анализ научно-технической литературы в области технического перевооружения и реконструкции электрических сетей и обосновать структуру процесса принятия решения по ТПиР района электрических сетей.
2. Разработать математические модели частных критериев оценки альтернатив объекта ЭС на основе нормативных документов в области электроэнергетики, а также с учетом типизации номенклатурных параметров оборудования.
3. Разработать математическую модель формирования альтернатив объекта ЭС и метод оценки альтернатив в условиях многокритериальности с использованием нейросетевых технологий.
4. Разработать математическую модель и метод выбора приоритетной альтернативы ТПиР района ЭС, формируемой из предпочтительных альтернатив объектов ЭС, в условиях финансовых ограничений.
5. На основе предложенных математических моделей и методов разработать структурно-функциональную модель и алгоритм принятия решения по ТПиР района электрических сетей, программно реализовать их в автоматизированной системе поддержки принятия решений с последующими тестированием и апробацией на примере Центрального района электрических сетей Оренбургской области.
Объектом исследования являются электрические сети и их техническое перевооружение и реконструкция.
Предмет исследования - принятие решения по техническому перевооружению и реконструкции подстанций и линий электропередач напряжением 35-110 кВ, образующих район электрических сетей.
Научная новизна:
• введен и обоснован новый частный критерий - критерий унификации номенклатуры электросетевых объектов, определяемый на основе многомерного анализа номенклатурных параметров оборудования с помощью карт Кохонена;
• предложена математическая модель формирования альтернатив объекта ЭС на основе декартова произведения множеств, составленных из номенклатурных параметров оборудования, которые согласованы между собой и учитывают техническое состояние, вид мероприятий по ТПиР;
• предложена математическая модель выбора приоритетной альтернативы ТПиР района ЭС, представленная в виде системы уравнений условной оптимизации...
1. Многообразие возможных альтернатив технического перевооружения и реконструкции электрических сетей, а также различных условий и требований к ним определяют необходимость многокритериальной оценки и использования систем поддержки принятия решений по ТПиР объектов и районов электрических сетей. Обоснована двухуровневая структура процесса принятия решения по ТПиР района электрических сетей, содержащая: тактический уровень принятия решения по выбору предпочтительных альтернатив для объектов электрических сетей; стратегический уровень принятия решения по выбору приоритетной альтернативы ТПиР района ЭС, формируемой из предпочтительных альтернатив для объектов ЭС. Выявлены основные этапы принятия решения: формирование альтернатив; оценка альтернатив; выбор приоритетной альтернативы. Анализ научнотехнической литературы в области поддержки принятия решений в электроэнергетике позволил заключить, что для разработки СППР целесообразно использовать технологии искусственных нейронных сетей.
2. Разработаны математические модели частных критериев оценки альтернатив объектов электрических сетей. В качестве критерия экономической эффективности выбраны суммарные дисконтированные затраты; критерия технической эффективности - годовые потери электроэнергии; критерия надежности - экономические потери от нарушения в электроснабжении; социально-экологического критерия - площадь изымаемых земель. Впервые предложено и обосновано введение в систему частных критериев - критерия унификации номенклатуры электросетевых объектов, позволяющего осуществить кластеризацию альтернатив объекта электрических сетей с учетом типизации номенклатурных параметров оборудования. Для кластеризации существующих объектов ЭС предложено использовать самоорганизующиеся карты Кохонена, а для определения критерия унификации альтернатив объекта ЭС - однослойную искусственную нейронную сеть, обученную методом обратного распространения ошибки.
3. Предложена математическая модель формирования альтернатив объекта ЭС, включающая в себя модели: оценки технического состояния оборудования; выбора мероприятий по ТПиР и вида номенклатурных работ; определения параметров альтернатив объекта ЭС; составления кортежа альтернативы посредством циклического перебора и декартова произведения, позволяющего согласовывать параметры заменяемого оборудования с учетом перспективной нагрузки. Разработан метод оценки альтернатив объекта ЭС, осуществляющий многокритериальную оценку альтернатив и их ранжирование посредством нейронной сети, обученной алгоритмом обратного распространения ошибки.
4. Предложена математическая модель выбора приоритетной альтернативы ТПиР района электрических сетей, представленная в виде системы уравнений условной оптимизации, включающая в себя: целевую функцию - минимизация затрат на ремонт и ущерб при выходе из строя оборудования, не вошедшего в инвестиционную программу; ограничение - финансовый объем инвестиционной программы. Разработан метод по выбору приоритетной альтернативы ТПиР района ЭС, образуемой из предпочтительных альтернатив для объектов ЭС, в условиях финансовых ограничений. Предложенный метод разработан на основе интеграции алгоритма построения дерева решений и алгоритма решения оптимизационной задачи, реализует: формирование предварительных и окончательных альтернатив ТПиР района ЭС в условиях ограничения объема инвестиционной программы; оценку альтернатив по критерию затрат на ремонт и ущерб при выходе из строя оборудования; ранжирование альтернатив района ЭС по возрастанию значений целевой функции.
5. Разработаны:
- структурно-функциональная модель принятия решения по ТПиР района электрических сетей содержащая: тактический уровень принятия решения для выбора предпочтительных альтернатив объектов электрических сетей; стратегический уровень принятия решения по выбору приоритетной альтернативы ТПиР района ЭС;
- алгоритм принятия решения по ТПиР района электрических сетей включающий в себя: внутренний цикл алгоритма, реализованный с использованием реляционной базы данных для формирования, оценки, ранжирования и выбора предпочтительных альтернатив объекта ЭС; внешний цикл алгоритма, осуществляющий на основе результатов работы внутреннего цикла, оценку и выбор альтернатив, формируемых из предпочтительных альтернатив объектов ЭС с учетом финансового ограничения, технического состояния оборудования, а также последствий его отказа.
Осуществлена программная реализация разработанных моделей, методов, алгоритмов в автоматизированной системе поддержки принятия решений и проведены ее тестирование и апробация на примере электросетевых объектов Центрального района электрических сетей Оренбургской области. Полученные результаты не противоречат предложениям для подстанций ЦЭС, указанным в документах по развитию электрических сетей Оренбургской области.
Перспектива дальнейшей разработки темы заключается в интеграции разработанной системы с другими автоматизированными системами, моделирующими структуру электрических сетей, определяющими их режимные параметры. Предложенные модели и методы могут быть адаптированы для принятия решения по планированию развития электрических сетей с учетом строительства новых объектов.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ПЕРЕВООРУЖЕНИЮ И РЕКОНСТРУКЦИИ РАЙОНА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
