Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики




Скачать 327.36 Kb.
НазваниеОптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики
страница1/3
Дата конвертации09.04.2013
Размер327.36 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3



На правах рукописи





Беляев Роман Юрьевич


ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ В

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ

НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ


Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Красноярск – 2009



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. В связи с вступлением мирового сообщества в качественно новое состояние, одним из показателей которого является глобальная интенсификация техногенных процессов, связанных с созданием электронных систем управления, развитием и применением новейших электротехнологий, процессов энергообмена, необходимо обращать большее внимание на решение научно - технических задач по проблеме повышения качества электроэнергии и обеспечению электромагнитной совместимости.

Улучшению электромагнитной обстановки в системах электроснабжения в настоящее время уделяется достаточно много внимания. Использование разнообразного оборудования в электроэнергетических системах требует применения специальных устройств обеспечения электромагнитной совместимости, а также систем управления данными устройствами.

Оптимальное управление устройствами обеспечения электромагнитной совместимости можно осуществлять на основе многокритериальной модели. Однако использование многокритериальной модели на основе нечеткой логики усложняет задачу управления. При оценке лучшей стратегии по многокритериальной модели необходимо учитывать все показатели качества электроэнергии. В качестве дополнительных оценок могут быть экологические факторы, а также факторы, обеспечивающие наибольший уровень электромагнитной безопасности и т. д.

Решению общих и специальных вопросов управления в электротехнических системах, основанных на нечеткой логике, посвящены работы многих авторов. Лещинской Т. Б. предложено применение методов многокритериального выбора при оптимизации систем электроснабжения сельских районов с учетом неопределенности части исходной информации. Также, совместно с Глазуновым А. А. и Шведовым Г. В., Лещинской Т. Б. предложен алгоритм решения многокритериальных задач оптимизации с неопределенной информацией на примере выбора оптимальной мощности глубокого ввода высокого напряжения. Манусовым В. З. и Седельниковым А. В. рассмотрено применение нечеткой логики для согласования режимов работы ветроэнергетической установки с графиком электрической нагрузки. Манусов В. З. также предложил методы оценивания потерь электроэнергии в условиях неопределенности.

В работе Терехова В. М. по фаззи-управлению в электротехнических системах указано, что в отличие от традиционного регулятора в фаззи-регуляторе процесс преобразования физических входных переменных в управляющее воздействие происходит через три функциональных блока: блок фаззификации, блок логического заключения, блок дефаззификации. Исследования робастности генетически оптимизированного нечеткого автоматического регулятора возбуждения, проведенные Этинговым П. В., показали перспективность новейшего подхода. Жмак Е. И. и Манусов В. З. обосновали принцип нечеткого регулирования напряжения с помощью РПН трансформатора. Исследования показали перспективность развития этого направления. Шеметов А. Н. предложил использование логики нечетких множеств для моделирования энергопотребления. В работах Могиленко А. В. показана оценка и прогнозирование потерь электроэнергии в электроэнергетических системах на основе нечеткого регрессионного анализа.

Широкий круг вопросов общего теоретического и практического характера в проблеме нечеткого управления параметрами в системах электроснабжения вышеуказанными авторами и коллективами решены. Однако вопросы разработки, углубленного теоретического и практического исследования систем нечеткого оптимального управления электромагнитной обстановкой в электроэнергетических системах, и в первую очередь управления устройствами, обеспечивающими необходимый уровень качества электроэнергии, во многом пока изучены недостаточно.

Разработка и создание средств нечеткого оптимального управления электромагнитной совместимостью в значительной степени зависит от усовершенствования прикладного математического аппарата, а именно использования алгоритмов многокритериальной оптимизации. Поэтому теоретические исследования таких систем и вопросы их проектирования чрезвычайно актуальны и имеют большую практическую ценность.

Объект исследований – электроэнергетические системы, электрические сети, системы электроснабжения, системы передачи и распределения электрической энергии.

Предмет исследований нечеткое управление электромагнитной обстановкой в электроэнергетических системах с применением совокупности методов многокритериальной оптимизации.

Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе многокритериального управления и нечеткой логики.

Достижение указанной цели потребовало решение следующих задач:

1. Анализ современного состояния нечеткого управления в электроэнергетических системах.

2. Выбор и обоснование обобщенного метода решения оптимизационных задач, связанного с качеством электроснабжения, отличающегося единообразным подходом.

3. Разработка методов долгосрочного управления электромагнитной обстановкой и качеством электроэнергии на основе нечеткой логики.

4. Применение аппарата нечёткой логики при многокритериальном управлении электромагнитной совместимостью и качеством электроэнергии для случая критериев одинаковой и различной важности.

Основная идея заключается в реализации многокритериального управления электромагнитной совместимостью и качеством электроэнергии в электроэнергетических системах различной структуры, основанного на методах нечеткой логики.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В качестве основных методик теоретического исследования применялись: классические методы расчета электрических цепей, методы теории автоматического управления, методы математического моделирования теория нечетких множеств, многокритериальная оптимизация, теория принятия решений. Исследования проводились с применением пакета Fuzzy Logic Toolbox программного обеспечения MatLab.

Достоверность научных результатов определяется обоснованием расчетных методик и принимаемых допущений, корректным применением современных методов научных исследований. Все разделы работы логически взаимосвязаны, а выводы и рекомендации органически вытекают из материалов теоретических и экспериментальных исследований. В качестве эталонных моделей для сравнения результатов были использованы системы электроснабжения, допускающие аналитическое решение, а также расчеты с помощью других программных средств, прошедших промышленную апробацию.

Научная новизна работы заключается в теоретических и практических исследованиях, сущность которых состоит в следующем:

1. Усовершенствованы методы теории управления сложными динамическими процессами в электроэнергетических системах, функционирующими в условиях неопределенности исходных данных и дефицита времени на принятие и реализацию оптимальных решений при ограниченном объеме информации, характеризуемого неопределенностью.

2. Создан метод ситуационного управления качеством электроэнергии на основе нечеткой логики, отличительной стороной которого является описание условий и метода решения задачи на языке, близком к естественному.

3. Разработаны методы идентификации нечетких состояний объектов управления в ситуационных моделях принятия решений.

4. Развиты методы управления сложными объектами в условиях нечеткости исходной информации с использованием разработанного математического аппарата формализации опыта специалистов, выступающих в роли экспертов, в части моделирования нечетких схем принятия решений.

5. Разработан метод многокритериального управления качеством электроэнергии на базе нечеткой логики для случая критериев различной важности, который является перспективным методом поиска оптимальных решений в многокритериальных задачах оптимизации.

Практическая ценность.

1. Разработан и предложен алгоритм долгосрочного нечеткого управления электромагнитной обстановкой в системах электроснабжения, отличающийся высоким уровнем гибкости и прозрачности.

2. Разработаны рекомендации применения аппарата нечёткой логики при многокритериальном управлении электромагнитной совместимостью для случая критериев одинаковой важности, что обеспечивает выбор стратегии управления, характеризующийся большой эффективностью и универсальностью.

3. Создан алгоритм решения задач многоцелевой оптимизации электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах путем учета большого числа связей, удовлетворяющий обобщенным требованиям.

4. Разработаны алгоритмы управления динамическими объектами электроэнергетических систем, учитывающими ограниченные вычислительные средства микропроцессорных систем и нечеткость исходных данных.

Основные защищаемые положения.

1. Усовершенствованные методы теории управления сложными динамическими процессами в электроэнергетических системах, функционирующими в условиях неопределенности исходных данных.

2. Метод многокритериального управления качеством электроэнергии на базе нечеткой логики для случая критериев различной важности.

3. Метод многокритериального управления электромагнитной совместимостью для случая критериев одинаковой важности.

4. Метод ситуационного управления качеством электроэнергии на основе нечеткой логики, отличительной стороной которого является описание условий и метода решения задачи на языке, близком к естественному.

5. Алгоритмы управления динамическими объектами электроэнергетических систем, учитывающие ограниченные вычислительные средства микропроцессорных систем и нечеткость исходных данных.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при выполнении ряда научно – исследовательских тем, кроме того нашли применение во множестве проектов при грантовой поддержке Сибирского федерального университета. Создан программный продукт, основанный на разработанной методике, что подтверждается наличием свидетельства регистрации (№7528, «Оптимизация качества электроэнергии на основе нечеткой логики», Г. Н. Чистяков, Р. Ю. Беляев, №50200700159; регистр. 24.01.2007; выд. 30.01.2007 г.) разработки в Отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях, научно-технических совещаниях, семинарах, в том числе: XIV Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2008», Томск, 2008; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 2008; VI Региональной научно-практической конференции «Интеллектуальные ресурсы ХТИ – филиала СФУ – Хакасии – 2007 (наука, техника, образование)», Абакан, 2007; научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий ХТИ - филиала СФУ.

Публикации. По результатам выполненных исследований и теме диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, включая 3 в изданиях по списку ВАК, зарегистрирован 1 программный продукт.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка использованных источников из 77 наименований. Основной текст, содержащий 115 страниц машинописного текста, иллюстрирован 89 рисунками и 13 таблицами.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обоснована актуальность проводимой работы, сформулированы цель и задачи работы. Дается краткая аннотация содержания работы по разделам. Определены основные положения проблемы управления электромагнитной обстановкой в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики. Сформулирована научная новизна основных результатов и практическая ценность исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор современного состояния проблемы принятия решений в задачах управления сложными системами кибернетического типа применительно к электрическим системам. Приводится анализ исследований в области оптимизации электромагнитной обстановки, обосновывается перспективность применения методов нечеткой логики.

Согласно теореме о нечеткой аппроксимации (Fuzzy Approximation Theorem), доказанной Б. Коско, любая математическая система может быть аппроксимирована системой, основанной на нечеткой логике. Другими словами, с помощью естественно-языковых высказываний-правил «если-то», с последующей их формализацией средствами теории нечетких множеств, можно сколь угодно точно отразить произвольную взаимосвязь «входы-выход» без использования сложного аппарата дифференциального и интегрального исчисления, традиционно применяемого в управлении и идентификации.




Рисунок 1 - Нечеткий логический вывод


Под нечетким логическим выводом (рис. 1) принимаем аппроксимацию зависимости Y=F(X) с помощью нечеткой базы знаний и операций над нечеткими множествами. Функция принадлежности позволяет вычислить степень принадлежности произвольного элемента универсального множества к нечеткому множеству. Под деффаззификацией принимаем процедуру преобразования нечеткого множества в четкое число. Нечеткая база знаний представляет совокупность логических высказываний. На рис. 1 приняты обозначения: - входной четкий вектор; - вектор нечетких множеств, соответствующий входному вектору; - результат логического вывода в виде вектора нечетких множеств; - выходной четкий вектор.

Под электромагнитной обстановкой в электроэнергетических системах принимаем совокупность реальных электромагнитных явлений, существующих в данном месте в частотном и временном диапазонах (ГОСТ 30372 - 95).

Во второй главе предложен алгоритм долгосрочного и ситуационного нечеткого управления электромагнитной обстановкой в электроэнергетических системах.

Суммарную мощность компенсирующих устройств (КУ) в системе электроснабжения определяют из условия баланса реактивной мощности (РМ) между энергосистемой и промышленным предприятием в период прохождения энергосистемой максимума активной нагрузки. Оптимальное управление суммарной мощностью производится по критерию минимума потерь активной мощности в сети и позволяет получить дополнительный экономический эффект и улучшение режимов напряжений в узлах. Задача формулируется следующим образом: для заданной схемы электроснабжения (рис. 2) с учетом баланса РМ и величин нагрузок необходимо определить оптимальную мощность КУ в узлах.




Рисунок 2 - Схема системы электроснабжения


Расчетная суммарная мощность КУ, устанавливаемых в сети, составляет =2000 квар. В системе проведены замеры суммарных потерь активной мощности при некоторых заданных значениях и , которые выбирали таким образом, чтобы обеспечить “малый”, “средний” и “большой” режимы каждого КУ. Результаты измерений разделены на обучающую и тестирующую выборки (табл. 1 и 2).


Таблица 1 - Обучающая выборка

Q2

0

100

0

0

100

0

2000

1900

1900

1000

1100

900

Q3

0

0

100

2000

1900

1900

0

100

0

1000

900

1100



8892,44

8554,02

8669,98

8889,39

8328,83

8667,25

16412,12

15099,28

15321,73

7720,76

8146,19

7393,92


Таблица 2 - Тестирующая выборка

Q2

1500

0

1000

0

Q3

0

1500

0

1000



11712,20

8012,66

8892,28

7720,92


Решение задачи разбито на два этапа: 1) выявление зависимости потерь активной мощности в сети от мощности КУ на основе исходных данных; 2) нахождение значений мощностей КУ, т. е. собственно оптимизация реактивных нагрузок. Решение задачи выполнялось в системе MATLAB с пакетом Fuzzy Logic Toolbox.

На первом этапе синтезированы нечеткие правила из экспериментальных данных с использованием субтрактивной кластеризации, затем настраиваются параметры нечеткой модели с помощью ANFIS-алгоритма. Субтрактивную кластеризацию использовали как своего рода препроцессинг для ANFIS-алгоритма - синтезированная нечеткая модель является начальной точкой для обучения. Важное преимущество - правила базы знаний получаются объектно-ориентированными, что понижает возможность "комбинаторного взрыва" (катастрофического увеличения объема базы знаний при большом числе входных переменных).

Используемый горный метод субтрактивной кластеризацией позволяет быстро экстрагировать нечеткие правила из данных. В результате синтезируется нечеткая модель Сугэно первого порядка с четырьмя правилами. Однако она плохо отражает действительность и пользоваться такой моделью затруднительно. Зависимость , построенная при использовании полученной системы, показана на рис. 3, а. Далее параметры нечеткой модели настраиваются с помощью ANFIS-алгоритма. Зависимость , полученная после обучения системы, представлена на рис. 3, б.



а б

Рисунок 3 -Зависимости до(а) и после (б) обучения

Обученная система типа Сугэно будет иметь вид, показанный на рис 4, а. Функции принадлежности каждого терма – гауссовы кривые. База знаний при этом состоит из четырех правил:


  1. if (Q2 is Q2mf1) and (Q3 is Q3mf1) then ( is mf1) (1)

  2. if (Q2 is Q2mf2) and (Q3 is Q3mf2) then ( is mf2) (1)

  3. if (Q2 is Q2mf3) and (Q3 is Q3mf3) then ( is mf3) (1)

  4. if (Q2 is Q2mf4) and (Q3 is Q3mf4) then ( is mf4) (1)


На втором этапе при поиске оптимальных величин мощностей КУ наиболее подходит система типа Мамдани (рис. 4, б). Входными переменными будут потери активной мощности в сети (их можно найти в зависимости от двух других переменных по описанной выше системе Сугэно), реактивные мощности КУ – соответственно для узлов 2 и 3; выходные переменные – изменения реактивной мощности КУ в узлах 2 и 3.

Правила базы знаний составлены на основе исходных данных: центров кластеров обучающей выборки и данных тестирующей выборки (I и II на рис 5). Для успешного достижения цели добавлены правила для выбора правильной стратегии управления: при “малых” потерях “не изменять” мощности КУ (III на рис. 5).




а б

Рисунок 4 - Системы типа Сугэно (а) и Мамдани (б) для долгосрочного управления




Рисунок 5 - Термы правил базы знаний: a, b, c - порядковые номера терм соответственно первой, второй и третьей входных переменных (, Q2, Q3); d, e - порядковые номера терм выходных переменных (, ), f – весовые коэффициенты правил, g – логические связки между переменными внутри правил (1 соответствует логической операции И)


Процесс решения задачи сводится к выбору стратегии поэтапного изменения реактивной мощности КУ с наперед заданной точностью конечного результата. Для удобства восприятия на рис. 6 показан процесс долгосрочного управления реактивной мощностью КУ на поверхности , в табл. 3 представлены отдельные итерации этого процесса.

Метод динамического программирования дает
  1   2   3

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconОценка эффективности инвестиционных проектов на основе нечеткой логики
В данной работе показаны перспективы применения для решения подобных задач систем нечеткой логики, в частности, пакета прикладных...

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconОпределение замещаемой мощности альтернативных источников энергии на основе системы нечеткой логики, по приведенным затратам и по сроку окупаемости проектов воробьева С. Н
Рассмотрено определение замещаемой мощности альтернативных источников энергии на основе системы нечеткой логики, по приведенным затратам...

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconРешение обратной задачи посредством пакета нечеткой логики магергут В. З. докт техн наук, проф., Гаевой П. П. аспирант, Тарасов В. Г. инженер
Пакет нечеткой логики Fuzzy Logic Toolbox – это пакет прикладных программ, входящих в систему Matlab, относящихся к теории размытых...

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconРазработка системы нечеткой логики для определения рейтинга альтернативных источников энергии воробьева С. Н., Воробьев Н. П
Рассмотрены принципы создания системы нечеткой логики для определения рейтинга альтернативных источников энергии

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconМетодология управления показателями качества продукции в технологиях метизного производства на основе моделей с элементами нечеткой логики
Работа выполнена в гоу впо «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconБ. А. Кобринский Медицинский центр новых информационных технологий
Представлены аспекты использования нечеткой логики, соответствующей особенностям «размытых» медицинских представлений (терминов,...

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconЭкспресс-обоснование экономической привлекательности инновационных проектов на базе нечеткой логики
Специальность 08. 00. 05 – Экономика и управление народным хозяйством (управление инновациями)

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconТема основы логики (первый этап отношений логики и языка) (6 часов)
История логики. Логика и язык. Миф о полной ограниченности и неприменимости логики в сфере языкознания. Миф о всесилии логики и семиотики...

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconТема основы логики (первый этап отношений логики и языка) (6 часов)
История логики. Логика и язык. Миф о полной ограниченности и неприменимости логики в сфере языкознания. Миф о всесилии логики и семиотики...

Оптимизация электромагнитной обстановки в электроэнергетических системах на основе нечеткой логики iconМетодические рекомендации по уточнению электромагнитной обстановки (эмо) в местах расположения линейных и плоскостных переизлучателей
В практике работы санитарно-эпидемиологических органов, строительных, транспортных и


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница