УДК 621.311:568.264
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЙТИНГА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
,
Россия, г. Барнаул, АлтГТУ
Рассмотрены принципы создания системы нечеткой логики для определения рейтинга альтернативных источников энергии.
Principles of creation of system of indistinct logic for definition of a rating of alternative power sources are considered.
При оптимизации энергоснабжения автономных потребителей в Алтайском регионе с учетом альтернативных источников энергии возникает проблема адекватного распределения мощности потребителя по альтернативным видам энергии, которая заключается в следующем. Входные данные, касающиеся альтернативных источников, представлены, как правило, как в цифровой форме, с различной размерностью, так и в нечетких термах (низкий, средний, высокий). Интерпретировать такие данные с целью оценки рейтинга альтернативных источников сложно без использования понятий нечеткой логики. Кроме того, есть целый ряд дополнительных соображений, влияющих на целесообразность и надежность получения энергии тем ли иным альтернативным или традиционным источником. Это энергетический ресурс (количество энергии), среднесуточное количество энергоресурса в течение года (вероятность наличия энергоресурса в течение года), экономический потенциал вида энергии, возможности автономного потребителя энергии в плане размещения оборудования для получения энергии, воздействие на окружающую среду и на человека.
В связи, с чем нами разработана система нечеткой логики для определения рейтинга альтернативных источников (Fuzzy Logic Toolbox в Matlab). Система нечеткой логики разработана с помощью теории нечетких множеств, изложенной в работе [1]. Структурная схема системы представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Иерархическая структурная схема нечеткого логического вывода для альтернативных источников энергии
В таблице 1 приведены влияющие факторы к рисунку 1.
Таблица 1 – Совокупность влияющих факторов к рисунку 1
Обозначение фактора | Описание фактора |
x1 | Энергетический ресурс (количество энергии) |
х2 | Среднесуточное количество энергоресурса в течение года (вероятность наличия энергоресурса в течение года) |
х3 | Экономический потенциал вида энергии |
х4 | Себестоимость производства 1 кВт∙час |
х5 | Возможности автономного потребителя энергии в плане размещения оборудования для получения энергии |
х6 | Воздействие на окружающую среду и на человека |
y1, y2, y3, q1 | Укрупненные влияющие факторы |
Q | Корень дерева – рейтинг альтернативных источников энергии |
Нечеткая модель состоит из четырех управляющих m-файлов (bioreactor. m, hydrogenerator. m, sungenerator. m, hydrogenerator. m) и 5-ти систем нечеткого вывода: q_y1.fis, q_y2.fis, q_y3.fis, q_q1.fis, Q. fis. Каждая система нечеткого вывода имеет по 2 входных фактора, влияющих на рейтинг альтернативных источников энергии.
Обоснование выбора влияющих факторов для определения рейтинга альтернативных источников энергии с целью распределения энергетических потребностей автономного потребителя по различным видам энергии представлено в таблице 2.
Так как разработанная программа работает с величинами в диапазоне от -100 до 100, а значения входных параметров изменяются в различных пределах, то целесообразно использовать дополнительный m – файл - нормализатор.
Таблица 2 – Обоснование выбора влияющих факторов для определения рейтинга альтернативных источников энергии с целью распределения энергетических потребностей автономного потребителя по различным видам энергии
Влияющие факторы | Обоснование необходимости учета влияющих факторов при создании системы нечеткой логики, определяющей рейтинг источников энергии |
Энергетический ресурс (количество энергии) | Энергетический ресурс - запасы отдельного вида энергии, которые при данном уровне техники могут быть использованы для энергоснабжения конкретного автономного потребителя энергии. Они различны для одного и того же географического местоположения автономного потребителя. |
Среднесуточное количество энергоресурса в течение года (вероятность наличия энергоресурса в течение года) | Нетрадиционные возобновляемые источники энергии обладают таким свойством, как изменчивость во времени. Например, процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, но содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра, воды. Стабильность производства биоэнергии может быть обеспечена при условии надежного снабжения требуемым количеством сырья. |
Экономический потенциал вида энергии | Экономический потенциал - совокупная способность отраслей народного хозяйства производить промышленную и с/х продукцию, осуществлять капитальное строительство, перевозки грузов, оказывать услуги населению, вырабатывать энергию в определенный исторический момент. Для различных видов энергии он не одинаков. |
Возможности автономного потребителя энергии в плане размещения оборудования для получения энергии | У возобновляемых источников есть отрицательное качество - это малая плотность потока (удельная мощность). Это заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса и т. п.). Не у всех автономных потребителей есть возможность использования огромных площадей по причине их отсутствия или сложности рельефа. |
Окончание таблицы 2
Влияющие факторы | Обоснование необходимости учета влияющих факторов при создании системы нечеткой логики, определяющей рейтинг источников энергии |
Воздействие на окружающую среду и на человека | Вред окружающей среде наносят не только традиционные источники энергии, но возобновляемые. Вклад их различен как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе и влияет не только на окружающую среду, но и на человека. |
Себестоимость производства 1кВт∙час мощности | Себестоимость производства электроэнергии – удельная величина затрат, необходимых для работы энергоустановки на условиях самоокупаемости. Хотя нетрадиционные возобновляемые источники энергии и являются «бесплатными» (отсутствует необходимость использования топливных ресурсов), этот фактор нивелируется значительными расходами на приобретение соответствующего оборудования. Себестоимость производства 1 кВт мощности различна для отдельных видов энергии. |
Единицы измерения влияющих факторов для определения рейтинга альтернативных источников представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Единицы измерения влияющих факторов для определения рейтинга альтернативных источников энергии
Влияющие факторы | Единицы измерения |
Энергетический ресурс (количество энергии) | низкий, средний, высокий |
Экономический потенциал вида энергии | низкий, средний, высокий |
Себестоимость производства 1кВт∙час мощности | руб./кВт∙час |
Возможности автономного потребителя энергии в плане размещения оборудования для получения энергии | низкие, средние, высокие |
Воздействие на окружающую среду и на человека | низкое, среднее, высокое |
Вероятность наличия энергоресурса в течение года | % |
В связи с тем, что исходная информация распределена, как правило, по случайному закону, для лингвистической оценки этой переменной использованы 5 термов модификации стандартной функции распределения gaussmf – qgaussmf, которая позволяет использовать как четкие, так и нечеткие входные величины.
Для получения результатов нечеткого вывода (y_1->Промежуточный результат 1) по заданным параметрам использованы нечеткие базы знаний типа Mamdani.
Иерархический вывод по дереву (рисунок 1) осуществляется одним из четырех m-файлов (bioreactor. m, hydrogenerator. m, sungenerator. m, hydrogenerator. m).
Разработанная система нечеткой логики позволит обоснованно определять рейтинг альтернативных источников по результатам изменения: величины энергетического ресурса (количества энергии), среднесуточного количества энергоресурса в течение года (вероятности наличия энергоресурса в течение года), экономического потенциала вида энергии, возможности автономного потребителя энергии в плане размещения оборудования для получения энергии, воздействия на окружающую среду и на человека.
Литература
1) , Проектирование нечетких систем средствами MATLAB. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 288 с., ил.
, аспирант, кафедра «Электрификация производства и быта», АлтГТУ им. , тел. служ. (385-2) 36-71-29.
, д. т.н., доцент, кафедра «Электрификация производства и быта», профессор АлтГТУ им. , тел. служ. (385-2) 36-71-29, тел. моб. 8-961-999-93-04, *****@***ru.
