Прогнозні моделі електричних навантажень розподільчих мереж в умовах невизначеності вихідної інформації

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 «Електричні станції, мережі і системи» (141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Таврійський державний агротехнологічний університет МОН України, Мелітополь. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» МОН України, Харків, 2017. Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково- прикладної задачі розроблення сучасного науково- методичного апарату прогнозу споживання електричної енергії в умовах невизначеності, що враховує можливості інформаційного забезпечення автоматизованих систем комерційного обліку електроенергії та особливості окремих споживачів і має на меті підвищення ефективності використання та збереження електричної енергії. Вдосконалено метод нечіткого регресійного аналізу для побудови довгострокових прогнозних моделей електричних навантажень в розподільчих мережах. Враховано паритетну участь двох критеріїв ефективності нечітких моделей: ступіня сумісності та ступіня нечіткості при побудові прогнозних моделей. Розроблено метод корекції довгострокових прогнозних моделей для короткострокового прогнозу. Запропоновано підхід до побудови виду прогнозних моделей при будь-яких типах навантажень. Аналітично встановлено зв'язок нечітких показників точності прогнозу з відносною середньомодульною похибкою. Розроблену методику апробовано при розробці прогнозних моделей електричного навантаження ряду споживачів з різними типами графіків навантаження. Основні результати дисертації знайшли практичне застосування у вигляді програмно-апаратного комплексу для автоматизації процесу довгострокового та II оперативного прогнозування електричних навантажень електроспоживачів, що може інтегруватись інформаційно в автоматизовану систему обліку електроенергії, а також при оперативному керуванні режимами розподільчих мереж. Внаслідок проведення дослідження за темою дисертаційної роботи одержані такі наукові результати: – удосконалено метод отримання прогнозних моделей електричних навантажень, який відрізняється шляхом побудови критерію ступеню сумісності нечіткої регресії на основі перетину нечітких чисел, який дає можливість розкрити невизначеність вихідних даних та підвищити якість прогнозу електричних навантажень. – вперше запропоновано метод уніфікації виду прогнозних моделей, який відрізняється тим, що в добовому графіку електроспоживання виділено функціональні ділянки, з роздільним використанням для них нечіткого регресійного аналізу, завдяки чому можна отримати вид прогнозних моделей при будь-яких навантаженнях. – вперше запропоновано метод підвищення адекватності моделей, отриманих на базі нечіткого регресійного аналізу, який відрізняється паритетним врахуванням ступеню сумісності та ступеню нечіткості опису, що дозволить зробити прогноз електричних навантажень більш якісним. – вперше аналітично визначено метод визначення ефективності прогнозу електроспоживання в електричних мережах, який дозволяє виконувати порівняльний аналіз нечітких регресійних моделей прогнозу з моделями, отриманими іншими методами. Практичне значення одержаних результатів для електроенергетичної галузі полягає в розробленій методики прогнозування електроспоживання на базі нечіткого регресійного аналізу, що включає принципи побудови прогнозних моделей, алгоритмічне забезпечення, а також програмне забезпечення, реалізоване у зручній для інтегрування в АСКОЕ формі. Результати досліджень впроваджені та підтверджені відповідними актами: III – ПП «Молокозавод-ОЛКОМ» щодо аналізу електроспоживання та оперативного керування з метою зменшення втрат енергії в мережі внутрішньозаводського електропостачання . – у навчальному процесі основні результати роботи включені у відповідні дисципліни – «Практична інженерна підготовка» та «Інженерна діяльність» за спеціальністю: 8.10010101 – Енергетика сільськогосподарського виробництва. – Приазовським РЕМ ВАТ «Запоріжжяобленерго» використаний апаратно-програмний комплекс для процесу довгострокового та короткострокового прогнозування електричних навантажень та оперативного керування режимами розподільчих мереж. Основні наукові положення за матеріалами дисертаційної роботи опубліковані у 15 друкованих працях, з них: 9 статей у наукових фахових виданнях України (5 – у виданнях, включених до міжнародних наукометричних баз, 1 ¬– у виданні з індексом SCORUS), 6 – у матеріалах конференцій та семінарів. Дисертаційна робота складається зі вступу, анотації, чотирьох розділів,ї висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг дисертації складає 190 стор., серед них: 18 рисунки по тексту, 20 таблиць по тексту, список використаних джерел містить 115 найменувань на 12 сторінках, додатки на 19 сторінках.The thesis for getting scientific degree of the Candidate of technical science on the specialty 05.14.02 «Electric power stations, network and system» (141 Electrical energetics, electrical engineering and electromechanics). – Tavricheskiy State Agrotechnology University, Melitopol, Ukraine National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» MES of Ukraine, Kharkiv, 2017. The dissertation devoted to solving actual scientific and technical problem of development of modern science and analytical tools forecast electricity consumption in the face of uncertainty, taking into account the possibility of information support automated systems of commercial accounting of electric power and features of individual consumers and aims to increase efficiency and save electricity. Improved method of fuzzy regression analysis to build long–term forecasting models of electric loads in distribution networks. Included balanced participation of two performance criteria fuzzy models: the degree of combination and degree of fuzziness when building predictive models. The method of correction term predictive models for short–term forecast. An approach to building the type of predictive models in any type of stress. Analytical contacted fuzzy indicators forecast accuracy Mean absolute percentage error. The technique was tested in the development of predictive models of electric load number of consumers with different types of load charts. The main results of the dissertation found practical application in the form of hardware and software to automate the process of long–term and operational forecasting electricity consumers of electrical loads that can integrate information into an automated accounting system of electricity, as well as operational management mode of distribution networks. VII As a result of the research on the theme of the thesis, the following scientific results were obtained: - the method for obtaining predictive models of electrical loads is improved, which is distinguished by constructing a fuzzy regression compatibility criterion based on the intersection of fuzzy numbers, which makes it possible to uncover the uncertainty of the output data and improve the quality of the prediction of electrical loads. - for the first time the method of unification of the type of forecasting models is proposed, which differs in the fact that in the daily schedule of electricity consumption allocated functional areas, with the separate use for them of fuzzy regression analysis, which allows you to get the kind of forecast models at all loads. - for the first time the method of increasing the adequacy of models obtained on the basis of fuzzy regression analysis, which differs from the parity considering the degree of compatibility and the degree of fuzzy description, which will make prediction of electrical loads more qualitative. - for the first time an analytical method for determining the efficiency of the forecast of electricity consumption in electric networks is determined, which allows to perform a comparative analysis of fuzzy regression models of the forecast with models obtained by other methods. The practical significance of the obtained results of work for the electric power industrylies in the developed method of forecasting electricity consumption based on fuzzy regression analysis, which includes the principles of constructing predictive models, algorithmic support, as well as software implemented in a convenient for integration in AMSCA form. The research results are implemented and confirmed by the relevant acts: - PE "Molokozavod-OLKOM" for the analysis of electricity consumption and operational control in order to reduce energy losses in the network of intra-electric power supply. VIII - in the educational process, the main results of the work are included in the relevant disciplines - "Practical engineering training" and "Engineering activities" in the specialty: 8.10010101 - Power engineering of agricultural production. - Azov REM OJSC "Zaporizhiaoblenergo" used a hardware and software complex for the process of long-term and short-term prediction of electrical loads and operational control of the modes of distribution networks. The basic scientific positions on the materials of the dissertation work are published in 15 printed works, including 9 articles in the scientific professional editions of Ukraine (5 in the publications included in the international science-computer bases, 1 ¬ in the edition with the index SCORUS), 6 in the materials of the conferences and workshops. Thesis consists of introduction, abstract, four sections, conclusions, list of used sources and applications. The total volume of the dissertation is 190 pages, among them: 18 figures in the text, 20 tables in the text, the list of used sources contains 115 titles in 12 pages, applications in 19 pages.