научная статья по теме ВЛИЯНИЕ НЕДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ПРИНЯТИИ РЕШЕНИЙ ПО ИХ РАЗВИТИЮ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ НЕДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ПРИНЯТИИ РЕШЕНИЙ ПО ИХ РАЗВИТИЮ»

№ 4

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА

2015

УДК 622.691.4:519.6

ВЛИЯНИЕ НЕДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ

ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ПРИНЯТИИ РЕШЕНИЙ ПО ИХ РАЗВИТИЮ

© 2015 г. М.Г. СУХАРЕВ12, В.С. КУЛИК3

1РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва 2ЗАО "Лорес", Москва 3 НИИГАЗЭКОНОМИКА, Москва E-mail: mgsukharev@mail.ru

Принятие решений при проектировании и планировании систем газоснабжения (добыча, транспорт, распределение, хранение) происходит в условиях, когда информации мало, а достоверность некоторых данных вызывает сомнение. Следствием этого является несоответствие реальных режимов эксплуатации с прогнозными. Предлагается недостоверность информации формализовать с помощью функций принадлежности, используя понятия нечетких (размытых) множеств. Рассматриваются две проблемы: недостоверность знания спроса на газ при определении технологических параметров проектируемой системы распределения газа и недостоверность знания фактических мощностей силового оборудования при оперативном управлении системой магистрального транспорта. Построены математические модели и алгоритмы решения. Приведены результаты расчетов в иллюстративных примерах, с использованием реальных характеристик оборудования.

Ключевые слова: системы газоснабжения, недостоверность информации, нечеткие множества, оптимизация режимов.

INFLUENCE OF INFORMATION UNCERTAINTY ON DECISIONS IN THE REGION OF MANAGING AND DEVELOPMENT OF THE GAS SUPPLY SYSTEM

M.G. SUKHAREV12, V.S. KULIK3

1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Vocational Education "Gubkin Russian State University of Oil and Gas", Moscow

2 Joint-stock CompanyLores, Moscow 3 Limited Liability Company "Scientific Research Institute of Economics and Management in Gas Industry", Moscow E-mail: mgsukharev@mail.ru

Decisions-makingin the region of managing and development planning of the gas supply system (production, transport, distribution, storage), as a rule, occurs by lacking of information, and the validity of some data is questionable. As consequence is a discrepancy between calculating and real operative conditions. We propose to formalize the information uncertainty the terms of membership functions of fuzzy-sets. In the paper are discussed two

problems: uncertainty of knowledge in gas demand in determining the technological parameters of the designed gas distribution system and the uncertainty of knowledge of the actual power capacity of gas compressor units in operational management of the main gas pipelines. Mathematical models and algorithms for the solution are work out. The results of calculations demonstrate the potential of the technique.

Key words: gas supply systems, uncertainty of information, fuzzy-sets, optimization of gas pipelines operation.

ВВЕДЕНИЕ

Практика принятия решений при оперативном управлении, проектировании и разработке перспективных планов развития единой системы газоснабжения (ЕСГ) основана на детерминированных постановках. Однако степень достоверности исходной информации для принятия решений часто недостаточна, что учитывается проведением риск-анализа. С понятием риска связывают обычно риски экономические и конъюнктурные, но наряду с этими видами рисков существуют риски технические, технологические, информационные. Целесообразно в процессе подготовки к принятию решений отделить достоверную информацию от сомнительной.

Есть способы, которые позволяют перейти от детерминированных моделей, к моделям, адекватно учитывающим реальные обстоятельства, в которых приходится принимать решения. Это вероятностные модели, которые учитывают, что в будущем возможны различные альтернативы развития ситуации. Вероятностные модели исходят из предположения, что реальная реализация альтернатив зависит от случая, а численная оценка случайности может быть проведена по ретроспективным данным или правильно поставленным научным экспериментом, или по оценкам экспертов (субъективная вероятность). Другой способ — это аппарат нечетких множеств, который не эксплуатирует понятия математически обоснованной теории вероятностей, а направлен на выведение следствий из исходных предположений о качестве (достоверности) исходной информации.

Нечеткие множества

В основе этого аппарата лежит понятие нечеткого (размытого, расплывчатого, fuzzy-set) множества A = A(x)}, x с X [1—6]. От традиционного множества нечеткое отличается тем, что каждому его элементу x с X приписывается степень принадлежности к этому множеству цA(x): X ^ [0,1]. Степень принадлежности цA(x) = 0 означает, что x наверняка не принадлежит множеству A, а ц A(x) = 1 свидетельствует о несомненной принадлежности x множеству A. Множество может быть конечным; если,

Рис. 1. Трапецеидальная функция принадлежности

например, качество изделия оценивается по категориям: отличное, хорошее, удовлетворительное, брак, то количество членов множества равно 4. Нам понадобятся в основном континуальные множества.

Пример функции принадлежности такого множества цА(х): X ^ [0,1] приведен на рис. 1. Здесь х — скалярная неотрицательная величина, допустим, прогнозное потребление газа д населенным пунктом. Функция цА(х) (рис. 1) свидетельствует, что потребление не будет меньше, чем х^п, и больше, чем хтах. В интервале х е [хт;п,хтах] значение ц А(х) характеризует степень достоверности утверждения, что потребление д > х. График функции принадлежности (ФП) определяется экспертным путем и часто может быть истолкован в вероятностных терминах. В приведенном примере следует говорить о прогнозе потребления д, как о случайной величине, распределение которой определяется субъективно. Точнее, трапецеидальная ФП показывает, что потребление наверняка не может быть меньше, чем х^п, но превышение над этим уровнем носит случайный характер, изменяясь в пределах [0, хтах - хт;п]. В случае, когда трапеция прямолинейная (рис. 1), распределение превышения равномерное. При вероятностной трактовке функция распределения д выражается через цА(х) по формуле Гд(х) = Р{д < х} = 1 - цА(х). Здесь Р{*} вероятность события {•}.

Нечеткие множества называют также нечеткими числами.

Заметим, что применение аппарата нечеткого анализа не может быть сведено к рутинным поправкам. В одной из основополагающих работ по нечеткому анализу [2] подчеркивается сложность построения последовательных (многошаговых) процедур с учетом размытости информации. Над нечеткими множествами определены различные операции, совокупность которых получила название нечеткой логики. Проблема состоит в выборе операции для конкретной ситуации. Здесь необходимо учитывать специфику рассматриваемых процессов и технологий. Исследованиям этого вопроса в приложениях к проблеме газовой отрасли посвящены работы [7—9], в этих работах не исчерпываются возможности аппарата. Чтобы дать представление о них рассмотрим две проблемы, одна из которых относится к управлению развитием, другая — к оперативному управлению системой газоснабжения.

Рациональный выбор структуры и параметров проектируемой системы газораспределения

При создании и реконструкции газораспределительных систем решения по выбору структуры (конфигурации) сети и диаметров трубопроводов принимаются на основании прогноза газопотребления. По данным на 2013 г. общий уровень газификации в РФ составляет 68,5%. Естественно, что газифицированы населенные пункты, расположенные в относительно небольшом удалении от объектов ЕСГ и имеющие перспективы развития. Дальнейшая газификация связана с ростом сроков окупаемости (или с убыточностью) проектов.

В практике основные затраты на новое строительство — сооружение систем газораспределения и соответствующее развитие газотранспортных мощностей — несет ОАО "Газпром". Определение потребности в газе в перспективе проводится на основании предложений администраций муниципальных образований, которые настаивают на схемах максимально возможного развития газификации и склонны к завышенным оценкам будущих потребностей территории. В практике подготовки Генеральных схем газоснабжения и газификации варианты тотальной газификации подвергаются критическому анализу, проводится согласование прогнозных данных по спросу на газ, предусматривающее рациональное развитие ТЭК региона. Окончательный вариант перспективного спроса на газ формируется с учетом всех точек зрения.

В многоступенчатой иерархической процедуре присутствуют элементы субъективности. Неопределенность увеличивается и по другим причинам:

— не все первоначально предполагавшиеся домовладельцы принимают решение о подключении к построенной системе газораспределения;

— прогнозы развития населенного пункта или территории имеют ошибки недооценки и переоценки объемов жилищного строительства и промышленного развития в перспективе;

— изменяющиеся социальные условия приводят к непредвиденным изменениям в демографии и сопряженных сферах и т.д.

Для рационального выбора структуры и параметров системы газораспределения при ее проектировании предлагается методика, включающая следующие этапы исследований.

1. Подготовка исходных данных — построение ФП перспективного спроса каждого потребителя.

2. Экспертный выбор уровня достоверности при принятии решений.

3. Предварительное назначение расходов по трубопроводам на основании выбранного уровня достоверности.

4. Определение диаметров на участках системы.

5. Уточненное определение уровней достоверности как эксплуатационных характеристик полученного варианта проектируемого объекта.

6. Сопоставление различных вариантов структуры сети и проведение экспертизы для выбора наилучшего.

Формализуем задачу. Будем считать, что сеть представляется графом О = (У,Е), где V — множество вершин графа, соответствующих узлам сети. Каждый узел может соответствовать источнику, потребителю или стыку трубопроводов. Множество источников обозначим через V+, потребителей — через V-, стыков — через V*. Эти множества

не пересекаются, их объединение равно V (V = V + и V и V*); Е — множество дуг, которые лучше ориентировать по течению, если направление течения заранее известно.

Из-за недостоверности информации будем считать перспективный

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»