Теория принятия решений в электроэнергетике

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

В. А. Тремясов, Т. В. Кривенко

ТЕОРИЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ  
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Учебное пособие

Красноярск 
СФУ 
2020

УДК 621.31:519.816(07)
ББК 31.2я73+22.185.1я73
Т662

Р е ц е н з е н т ы: 
В. А. Ермаков, кандидат технических наук, доцент, начальник 
службы энергетических режимов, балансов и развития филиала ОАО 
«СО ЦДУ ЕЭС» Красноярского РДУ; 
А. В. Бастрон, кандидат технических наук, доцент, заведующий 
кафедрой электроснабжения сельского хозяйства Красноярского государственного  аграрного университета

Тремясов, В. А.
Т662 
 
Теория принятия решений в электроэнергетике : учеб. пособие / В. А. Тремясов, Т. В. Кривенко. – Красноярск : Сиб. 
федер. ун-т, 2020. – 126 c.
ISBN 978-5-7638-4298-2

Изложены теоретическая и практическая разработки системного подхода 
к технико-экономическому анализу при проектировании и планировании энергообъектов. Приведены методы принятия решений при выборе энергетического и электротехнического оборудования в условиях риска и неопределенности, 
расчеты технико-экономических показателей. Даны примеры решения практических задач проектирования энергообъектов электроэнергетических систем 
и электротехнологических установок.
Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», а также специалистов, занятых инновационным развитием электроэнергетического комплекса России. 

Электронный вариант издания см.: 
УДК 621.31:519.816(07)
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 31.2я73+22.185.1я73

ISBN 978-5-7638-4298-2 
© Сибирский федеральный 
университет, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ................................................................................................5

Введение .......................................................................................................7

Глава 1. Системный подход к принятию технических решений  
в энергетике .................................................................................................8
1.1. Признаки и свойства больших систем.  
Сущность системного подхода в энергетике ......................................8
1.2. Модели и методы системного подхода  
к задачам оптимизации технических решений ............................... 11
1.3. Природа и сущность многокритериального анализа  ..................... 16
1.4. Процедуры и методы решения многокритериальных задач .......... 22
Вопросы и задания для самопроверки .................................................... 25

Глава 2. Модели и методы многоцелевой оптимизации .................. 26
2.1. Описание объекта оптимизации ....................................................... 26
2.2. Комплексные критерии качества. Квалиметрический подход ....... 30
Вопросы и задания для самопроверки .................................................... 34

Глава 3. Применение экспертных оценок при построениии  
критерия качества и эффективности .................................................. 35
3.1. Экспертная оценка весомостей критериальных свойств  
и частных эффективностей вариантов технических решений ....... 35
3.2. Процедура принятия проектного решения ...................................... 41
Вопросы и задания для самопроверки .................................................... 48

Глава 4. Принятие решений в условиях риска  
и неопределенности ................................................................................ 49
4.1. Критерии выбора решений в условиях риска  
и неопределенности ........................................................................... 49
4.2. Оптимизация технических решений с учетом ущерба ................... 55
4.3. Элементы теории статистических решений .................................... 57
4.4. Многоцелевые задачи в условиях неопределенности .................... 62
Вопросы и задания для самоконтроля .................................................... 70

Глава 5. Нечеткие методики принятия решений  
при неопределенности данных ............................................................. 72
5.1. Нечеткие множества и размытая логика .......................................... 72

Оглавление

5.2. Оценивание текущего состояния электрооборудования  
на основе теории нечетких множеств .............................................. 75
Вопросы и задания для самопроверки .................................................... 80

Глава 6. Оптимизация на множестве параметров ............................ 81
6.1. Метод Бокса – Уилсона при поиске оптимальных решений .......... 81
6.2. Оптимизация при выборе схемы электрических соединений ....... 89
6.3. Учет фактора природы при распределении нагрузки  
между электростанциями .................................................................. 94
6.4. Модели электроэнергетических систем  
и оценка эффективности .................................................................... 97
Вопросы и задания для самоконтроля  ................................................. 107

Глава 7. Принятие решений при проектировании  
и планировании энергосистем ............................................................ 108
7.1. Выбор состава энергоблоков при планировании  
развития энергосистемы .................................................................. 108
7.2. Выбор пропускной способности и числа цепей  
межсистемной связи......................................................................... 111
7.3. Обоснование строительства линий  
основной сети энергосистемы ........................................................ 113
Вопросы и задания для самопроверки .................................................. 118

Заключение ............................................................................................. 119

Список литературы .............................................................................. 120

Приложение ............................................................................................ 121

ПРЕДИСЛОВИЕ

Электроэнергетика является важной частью единого топливноэнергетического комплекса страны, который включает в себя добычу 
и транспорт энергоресурсов, их непосредственное использование энергопотребляющими установками, а также преобразование энергии топлива в другой вид, удобный для ее транспортировки и дальнейшего 
применения. В современном научном представлении энергетическое 
хозяйство рассматривается как единая развивающаяся система. Она охватывает большие территории физико-техническими и экономическими 
связями, включая в себя электроэнергетическую систему, системы угле-, 
нефте- и газоснабжения, а также ядерно-энергетическую систему.
Для управления развитием и эксплуатацией этих систем в целом, 
а также оптимизации их структуры должны использоваться современные экономико-математические методы. Эти методы базируются на непрерывно совершенствуемой методике расчетов, позволяющей выбрать 
такие варианты технических решений, которые обеспечат максимум 
технико-экономической эффективности. При этом учитываются особенности энергетики и другие многообразные факторы, проявляющиеся 
либо в виде некоторых технических ограничений, либо ограничений, 
учитывающих связи энергетики с народным хозяйством и окружающей 
средой.
В современных условиях технические решения должны обеспечивать максимальное повышение производительности труда, высокое 
качество продукции, надежность функционирования энергообъектов 
и систем, оптимальное удовлетворение социальных потребностей общества, рациональное использование и охрану природных ресурсов. 
Задача выбора эффективных технических решений является многокритериальной.
В последние годы в энергетике интенсивное развитие получил новый метод многоцелевой (многокритериальной) оптимизации.
В работе изложены теоретические основы, экономико-математические методы и модели комплексного анализа эффективности технических решений в энергетике с указанием областей их наиболее 
целесообразного применения. Представленные концепции, модели 

Предисловие

и методы поддержки принятия решений при проектировании и эксплуатации электроустановок применимы к электроэнергетическим системам и электротехнологическим установкам, использующим источники 
электроэнергии.
Пособие написано в соответствии с рабочей программой курса 
«Теория принятия решений в электроэнергетике» для магистерских 
программ «Электроэнергетические системы, сети, линии электропередачи, их режимы, устойчивость и надежность» и «Электротехнологии в металлургии» по направлению подготовки «Электроэнергетика 
и электротехника».

ВВЕДЕНИЕ

В работе описаны методы применения системного подхода и  решения многокритериальных задач в электроэнергетических системах.
Используется квалиметрический подход и экспертные оценки. 
Приведена процедура принятия проектного решения и рассмотрены 
критерии выбора решений в условиях риска и неопределенности. Модели и методы многоцелевой оптимизации включают оптимизацию на 
множестве параметров, комплексный анализ эффективности при обосновании структуры энергосистемы и поддержку принятия решений 
при планировании энергосистем.
Объединены детерминированные и вероятностные методы и использован системный подход, чтобы выбрать техническое решение из 
нескольких альтернатив. Представленные примеры решения практических задач помогут проектировщикам энергосистем и будут полезны 
менеджерам при технико-экономической оценки выбора технического 
решения энергообъекта, а также обеспечат полезный вклад в управленческий процесс принятия решения.

Глава 1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРИНЯТИЮ 
ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ЭНЕРГЕТИКЕ

1.1. Признаки и свойства больших систем.  
Сущность системного подхода в энергетике

Современные системы энергетики относятся к категории больших систем (БС) кибернетического типа. Отличительными признаками 
больших систем являются: 
• наличие множества изменяющихся параметров, которые определяют процесс функционирования и его результат;
• целенаправленность функционирования в различных условиях;
• организация взаимодействия множества элементов системы, 
включая человека, в рамках иерархической структуры для достижения 
поставленных целей:
• управление функционированием и развитием системы в условиях неоднозначно известного поведения внешней среды;
• наличие многих критериев оценки решений по управлению 
функционированием и развитием системы;
• непрерывное развитие во времени целей системы, ее возможностей и организации управления.
Главное свойство БС – это множественность целей и функций, 
элементов структуры и связей между ними, параметров конструкций 
и режимов, условий и факторов, определяющих результаты, состояний 
и этапов развития, результатов функционирования, показателей качества и их неопределенность.
Множественность – вполне очевидное свойство БС – обусловливает применение для своего описания языка теории множеств.
Существенное значение имеет неопределенность, заключающаяся 
в невозможности однозначного определения результатов функционирования систем. Одна из причин неопределенности – непрерывность процесса развития системы. Неопределенность может быть обусловлена 
случайностью, отсутствием достаточной информации, неизученностью 
явлений, диффузностью (неоднозначностью) связей и невозможностью 
точного долгосрочного прогноза развития.

1.1. Признаки и свойства больших систем. Сущность системного подхода в энергетике 

Формы неопределенности зависят от того, какие множества рассматриваются. Для счетных множеств целей, функций, результатов, состояний и факторов неопределенность может заключаться в неоднозначности состава элементов, невозможности точного определения важности 
(значимости) элементов, вероятности реализации целей. Для несчетных 
множеств значений факторов, параметров режимов и конструкций, показателей свойств и условий неопределенность может относиться к величине, диапазону значений, распределению вероятностей значений.
Принятие решений в условиях неопределенности целей, функций, результатов, состояний и факторов в случае управления БС опирается на системную иерархию. Иерархия служит средством уменьшения 
неопределенности.
Иерархия целей и функций системы позволяет упорядочить их 
множество; иерархия организации управления – множество решений; 
иерархия моделей системы – ее описание на разных этапах и уровнях 
принятых решений. И наконец, иерархия свойств системы дает возможность упорядочения оценки эффективности функционирования 
и управления.
Практическими средствами преодоления неопределенности при 
системном подходе к задаче оптимизации являются:
• планирование мероприятий для корректировки решений в ходе 
последующего развития;
• задание оптимального решения интервалами значений параметров, полученных с учетом возможных отклонений условий развития 
системы;
• создание запасов и резервов по мощности, производительности, площади, объему на производственных объектах. При этом неиспользованные резервы и неосуществленные корректирующие мероприятия представляют собой отрицательный эффект неопределенности.
Одно из методических средств преодоления неопределенности 
при оптимизации – это проверка оптимального решения на устойчивость. Проверка должна выявить диапазон значений факторов и показателей условий, при которых найденный оптимум продолжает оставаться наилучшим среди возможных решений.
Другим методическим средством, учитывающим неопределенность, служит введение оценки ошибки целевой функции как меры не

Глава 1. Системный подход к принятию технических решений в энергетике

определенности ее величины для отбора более эффективных вариантов 
по некоторому критерию.
Управление электроэнергетическими системами (ЭЭС) неразрывно связано с оптимальным планом развития и эксплуатации. Основу для 
определения этого оптимального плана на стадии развития ЭЭС составляют технико-экономические расчеты, обеспечивающие комплексное 
рассмотрение многочисленных экономических условий создания электроэнергетических и смежных с ними объектов.
Лучший вариант, способный обеспечить наибольшую эффективность, выбирают на основе комплексного технико-экономического анализа. Для того чтобы каждое частное решение, принятое на основе такого анализа, приводило к максимальной эффективности всего народного 
хозяйства, все технико-экономические расчеты должны быть основаны 
на единой методологии. Это особенно важно для энергетических объектов, характеризующихся большой капиталоемкостью, длительными 
сроками сооружения и эксплуатации, тесной взаимосвязью со всеми 
отраслями народного хозяйства. Такой методологической основой в соответствии с требованиями к управлению развитием ЭЭС и их особенностями может быть системный подход, предполагающий комплексное 
рассмотрение не только электроэнергетических систем, но и взаимно 
связанных с ними других подсистем народного хозяйства.
При системном подходе к технико-экономическим расчетам при 
управлении ЭЭС прежде всего необходимо учитывать влияние входных 
и выходных характеристик объекта.
Совершенствование методов комплексного технико-экономического анализа в энергетике должно идти в направлении более полного 
учета внешних связей энергетики с народным хозяйством. Возможны 
два способа такого учета. Первый – это оптимизация энергетики в рамках единой народнохозяйственной модели, где её прямые и обратные 
внешние связи учитывались бы автоматически через балансовые уравнения, коэффициенты расхода различных видов топлива и энергии на 
производство продукции других отраслей, а также через коэффициенты 
затрат различных видов промышленной продукции на нужды энергетики. Однако огромное число связей и показателей, неоднозначность 
информации и другие факторы не позволяют считать такую народнохозяйственную модель пригодной для практического использования.