Системный анализ методов принятия решения в области электроснабжения региона

УДК 303.7:620.9

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РЕГИОНА

А.Э. ДЗГОЕВ *, И.М. ХУЗМИЕВ **

* Северо-Кавказский Горно-Металлургический Институт ** Северо-Осетинский филиал ОАО «Межрегиональная распределительная сетевая

компания Северного Кавказа»

Проведён системный анализ методов принятия решения в области электроснабжения региона, который позволил выявить основные нерешенные задачи систем учёта в электроэнергетике. Рассмотрены структурные связи между элементами подсистемы автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ) с целью наилучшего их функционирования. Обозначены актуальные проблемы снижающие эффективность работы системы электроснабжения региона в целом.

Ключевые слова: автоматизированные системы коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ), автоматизированные информационно-измерительные системы (АИИС), измерительно-вычислительный комплекс (ИВС), лицо, принимающее решение (ЛПР).

Обеспечение эффективности электроэнергетического рынка - многогранная проблема, в том числе техническая. Технические и технологические стороны процессов распределения и сбыта электроэнергии подразумевают использование различных информационных автоматизированных систем - учёта электроэнергии, диспетчерского управления, контроля качества энергии и др. Однако, несмотря на успешное решение этими подсистемами локальных задач, можно отметить недостаточную эффективность их работы в системе электроснабжения в целом, главным образом, в связи со слабыми внутрисистемными связями между ними. Это объясняется тем, что изначально многие используемые системы проектировались как самостоятельные, без глубинной идеи их взаимодействия друг с другом. Поэтому на текущем этапе реформирования и развития электроэнергетики страны актуальной является задача совершенствования информационных систем автоматизации разных процессов с интеграцией их в единую систему управления электроснабжением на региональных уровнях.

При проведении общей декомпозиции системы электроснабжения региона в качестве элементов выделяют подсистему генерации электроэнергии, распределения, сбыта и потребления. Во всех этих элементах одним из важнейших процессов является учет электроэнергии. Этот процесс в больших масштабах эффективно обеспечивается только средствами автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС) учета электроэнергии. Обозначим актуальные проблемы, связанные с их использованием и снижающие их эффективность в работе системы электроснабжения региона в целом:

1) недостаточная эффективность в минимизации коммерческих потерь;

2) недостаточная эффективность механизмов стимулирования платежей за потребленную электроэнергию;

3) низкая рентабельность внедрения АИИС в секторе бытовых потребителей.

© А.Э. Дзгоев, И.М. Хузмиев

Проблемы энергетики, 2010, № 5-6

Первая и вторая обозначенные проблемы связаны друг с другом, при этом первая актуальна в промышленном секторе потребления, вторая - в секторе населения. Актуальность коммерческих потерь, обусловленных безучетным потреблением (так называемыми «хищениями»), именно в промышленном секторе объясняется, во-первых, относительно высоким потреблением по сравнению с бытовыми потребителями, и, во-вторых, повышенным относительно населения стимулом к снижению показаний учитываемых объемов потребляемой энергии, так как у потребителей в секторе населения, в силу особенностей законодательства и их многочисленности, имеется потенциальная возможность не платить за потребленную электроэнергию. Таким образом, если у промышленных предприятий единственный способ несанкционированно снизить затраты на реально потребляемую электроэнергию - это каким-либо образом уменьшить показания приборов учета (безучетное потребление), то население имеет возможность просто не оплачивать учтённый счётчиком объем электроэнергии, так как вероятность его отключения от электроснабжения, в отличие от предприятий, не высока.

Третья обозначенная проблема обусловлена высокими затратами на внедрение АИИС в секторе многочисленных мелких потребителей группы населения (таблица).

Таблица

Секторы Стоимость Срок окупаемости

Промышленный сектор (завод) От 200 тыс.р. 8 мес.

Сектор населения (50 кварт. жилой дом) От 400 тыс.р. 4 года

Авторами поставлена задача разработать механизмы повышения эффективности АИИС касательно обозначенных проблем, используя системный подход при принятии решений.

Первую проблему - обнаружение безучетного потребления в промышленном секторе - предлагается решать путем математического анализа комплекса данных по потреблению отдельного потребителя, получаемых в АИИС. В комплекс данных входит информация об объемах энергии с дискретностью 30 минут и параметры электросети (ток, коэффициент мощности и др.). Указанная информация регистрируется и формируется современными приборами учета, применяемыми в АИИС. Математический аппарат должен включать методику анализа архивных статистических и текущих данных с применением вероятностных подходов. Результатом анализа является вероятность наличия безучетного потребления, которая в дальнейшем используется в подсистеме поддержки принятия решений.

Вторую и третью проблемы предлагается решать совместно путем модернизации концепции построения АИИС в бытовом секторе, предполагающей снижение затрат на внедрение и совершенствование механизма управления неплательщиками путем ограничения электропотребления.

Для поиска возможностей снижения затрат на внедрение рассмотрим характерные для сектора многочисленных мелких бытовых потребителей факторы повышения затрат:

1. Каналы связи. АИИС подразумевает наличие двусторонней связи центра сбора информации с каждым прибором учета потребителей. При этом большое количество отдельных потребителей с индивидуальными приборами учета

увеличивает относительную стоимость организации и эксплуатации двусторонней связи.

2. Интеллектуальные приборы учета. АИИС подразумевает использование специально предназначенных для работы в ней приборов учета с необходимыми информационными интерфейсами. Как правило, применяются счетчики с «интеллектуальными» интерфейсами на основе RS-485, PLC и др. Стоимость таких приборов учета относительно высока, что увеличивает удельные затраты при большом количестве потребителей.

3. Эксплуатация измерительных комплексов. Учитывая относительно большое количество отдельных измерительных комплексов, их обслуживание приводит к значительным затратам.

Рассмотрим функциональную схему типовой АИИС (рис. 1):

Рис. 1. Функциональная схема типовой АИИС

Показанная на схеме связь от измерительного комплекса (ИВК) в сторону центра сбора и обработки данных (далее Центр) служит для передачи в Центр от ИК информации об объемах потребления за определенные интервалы. На основе этих данных Центр может передавать на ИК какие-либо управляющие воздействия, для этого служит показанная связь от Центра к ИК. Физически связь, учитывая удаленность Центра от ИК, может основываться на различных беспроводных каналах, таких как сотовые каналы, дуплексная радиосвязь, спутниковая связь и др. Если изменить функциональную структуру, исключив одно из направлений связи, то в качестве канала связи можно будет использовать значительно более дешевые односторонние каналы, например одностороннюю широковещательную радиосвязь.

Снизить стоимость измерительного комплекса можно путем исключения из структуры дорогого прибора учета с интеллектуальным интерфейсом и заменой его на более дешевый с телеметрическим интерфейсом, при этом сохранив требуемую функциональность АИИС.

Для стимулирования платежей в бытовом секторе в АИИС применяется механизм дистанционного ограничения электропотребления по сигналу от Центра. Однако он требует обязательного наличия двусторонней связи, которую предложено исключить.

С учетом вышесказанного предлагается концепция построения системы учета в бытовом секторе со следующей функциональной структурой, принципиально отличающейся от структуры АИИС

Входящие данные с приборов учёта

Рис. 2. Функциональная структура концепции построения системы учета электроэнергии в

бытовом секторе потребления

По определению действительного члена Российской академии наук Н.Н. Моисеева: «Системный анализ - это дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решений в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной природы» [1].

Межрегиональная Распределительная Сетевая Компания - это сложная система, следовательно, решает следующие задачи:

- максимизацию устойчивости системы в процессе управления электроснабжением региона;

- максимизацию продуктивности системы управления электроснабжением региона.

Для выполнения поставленных задач необходимо принимать правильное решение. В настоящее время руководитель или лицо принимающее решение (ЛПР) может использовать при принятии решения различные компьютерные и математические средства. Математические и эконометрические модели позволяют просчитывать последствия тех или иных решений, прогнозировать развитие событий. Наиболее часто используются оптимизационные модели принятия решений:

ВД^шах , X .= А,

где Х-параметр, который выбирает ЛПР (управляющий параметр).

Цель ЛПР - максимизировать целевую функцию Р(Х), выбрав соответствующий Х. Но необходимо учитывать ограничения Х:=А на возможные значения управляющего параметра Х - этот параметр должен лежать во множестве А [2].

В основе архитектуры систем учёта энергоресурсов должна лежать информационная модель обработки информационных потоков, которая позволяет учитывать концептуальные особенности модели учёта энергоресурсов [3].

На основе данных, полученных со счётчиков, ЛПР необходимо своевременно принять правильное решение, что в настоящее время требует дополнительного анализа и, соответственно, появляется задержка во времени.

Основным фактором, влияющим на увеличение потерь электроэнергии, является то, что в связи с экономическим кризисом существенно увеличилось потребление электричества бытовыми потребителями, на которые приходится

основная масса хищений. Сравнение потребления электричества в секторе промышленности и секторе населения за определенный период показано на рис. 3.

Потребление, кВтЧ 30 ООО, 00

25 ООО, 00

20 000, 00

промышленный сектор

сектор населения

л л ¡к

в. ч я

о я £

я а

э с г-

и =

о & о ГЦ

о г-

о

<ч о ГЦ

Рис. 3. Сравнение потребления электричества в секторе промышленности и секторе населения

за определенный период

Выводы

Реструктуризация и либерализация мировой электроэнергетики послужили мощным стимулом для развития принципиально новых технологий взаимодействия энергосбытовых компаний с клиентами [4].

Авторами рассмотрены особенности существующей организации учета потребления и потерь электроэнергии. В настоящее время величина отчетных потерь значительно возросла. Основные причины - нерегулярная оплата потребленной энергии бытовыми потребителями и увеличившийся объем хищений электроэнергии. Проведён системный анализ существующих АИИС.

Выявлены основные проблемы, связанные с использованием систем учета и снижающие их эффективность в работе системы электроснабжения региона в целом.

Недостатки в организации учета приводят к тому, что даже при отсутствии хищений появляются значительные небалансы электроэнергии по всем структурным подразделениям энергосистемы. Таким образом, сложившаяся ситуация способствует хищениям электроэнергии, так как не позволяет эффективно с ними бороться.

Предложена новая концепция функциональной структуры построения системы учета электроэнергии в бытовом секторе потребления, согласно которой установлено, что существует возможность исключить одно из направлений связи,

благодаря чему в качестве канала связи можно будет использовать значительно более дешевые односторонние каналы.

Summary

The system analysis of decision-making methods was lead in the field of region power supply, which allowed revealing the basic unsolved problems of power industry accounting system. Structural links between subsystem elements of automated systems for commercial accounting of electrical power were examined with the purpose of finding the way to their best functioning. Actual problems of factors that lower the effectiveness of power supply system in the district as a whole were accentuated.

Key words: automated systems for commercial accounting of electrical energy (AS CAE), automated information measurement systems (AIMS), measurement calculation systems(MCS), decision making person (DMP).

Литература

1. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981. 488 с.

2. Орлов А.И. Теория принятия решений: Учебное пособие. М.: Издательство «Март», 2004.

3. Москаленко И.В., Кумаритов А.М., Хузмиева О.И. Оптимизация управления потреблением энергоресурсов на промышленном предприятии / Под общей редакцией д.т.н., проф. Хузмиева И.К. Владикавказ, 2006.

4. Осорин М. Распределение и сбыт электроэнергии // Профессиональный журнал. 2005. № 10. С. 21-25.

Поступила в редакцию 24 декабря 2009 г.

Дзгоев Алан Эдуардович - аспирант, ассистент кафедры «Информационные системы» СевероКавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета). Тел.: 8 (8672) 40-75-22; 8-919-4228473. E-mail: Dzgoev_alan@mail.ru.

Хузмиев Игорь Маратович - канд. техн. наук, начальник Отдела мониторинга и контроля Северо-Кавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета). Тел.: 8 (8672) 51-87-72. E-mail: omia@mail.ru.