CC BY
21
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Боев В. Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World. СПб. : БХВ-Петербург, 2004. 368 с.
2. Владимиров Д. Кластерная система Condor // Открытые системы. 2000. № 7-8. С. 20-26.
3. Ковалев С. Схемная эмуляция в основе системы графического программирования // Передовые технологии и технические решения. 2006. № 4. С. 16-20.
4. Емельянов А. Симуляторы GPSS World и Actor Pilgrim: экономика и массовое обслуживание // Прикладная информатика 2007. № 3 (9). С. 73103.
5. Кореньков В. В., Нечаевский А. В. Пакеты моделирования DATAGRID // Системный анализ в науке и образовании. 2009. № 1. C. 21-35.
6. Минухин С. В., Коровин А. В. Моделирование планирования ресурсов Grid средствами пакета GridSim // Системы обработки информации. 2011. № 3 (93). С.62-69.
7. Aida K., Takefusa A., Nakada H., Matsuoka S., Nagashima U. Performance Evaluation Model for Job Scheduling in a Global Computing System // Proceedings of 7th IEEE International Symposium
on High Performance Distributed Computing, 1998. P.352-353.
8. Xia H. The MicroGrid: Using Online Simulation to Predict Application Performance in Diverse Grid Network Environments // Proceedings of the Workshop on Challenges of Large Applications in Distributed Environments (CLADE'04), IEEE Press., 2004. P. 1-10.
9. Taura K. Grid Explorer: A Tool for Discovering, Selecting, and Using Distributed Resources Efficiently // Joho Shori Gakkai Kenkyu Hokoku. 2004. 81 (HPC-99). P. 235-240.
10. Foster I. Globus Toolkit Version 4: Software for Service-Oriented Systems / I. Foster // IFIP Intern. Conf. on Network and Parallel Computing. Springer, 2006. P. 2-13.
11. Корсуков А. С. Инструментальные средства полунатурного моделирования распределенных вычислительных систем / А. С. Корсуков // Современные технологии, системный анализ, моделирование. 2011. № 3 (31). С. 105.
12. Дмитриев В. И., Башарина О. Ю., Феоктистов А. Г., Ларина А. В. Моделирование современных логистических складских комплексов с использованием вычислительной техники // Экономика и управление. 2010.№ 6. С. 88-91.
УДК 004.42 Трофимов Иван Леонидович,
аспирант Института систем энергетики им. Л.А.Мелентьева СО РАН,
e-mail: tjohn88@mail.ru Стенников Валерий Алексеевич,
д. т. н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, заместитель директора Института систем энергетики им.
Л.А.Мелентьева СО РАН, e-mail: sva@isem.sei.irk.ru
СПОСОБ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ТЕПЛОВЫМ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМ РОССИИ
I.L. Trofimov, V.A. Stennikov
THE COMPUTING TECHNIQUE OF REPRESENTATION AND PROCESSING OF STATISTICAL DATA RELATED TO HEAT AND POWER PLANTS OF RUSSIA
Аннотация. Рассматривается методический подход к представлению и обработке статистической информации по теплоэлектростанциям России; проводится анализ технико-экономических показателей энергообъектов на разных уровнях территориального деления. Приводится описание информационно-вычислительной системы с базой данных, программными модулями для анализа, редактирования и обра-
ботки информации и модулями для визуального представления данных.
Ключевые слова: анализ данных, обработка информации, проблемно-ориентированная база данных, энергетика, тепловая электростанция.
Abstract. The paper discusses the analysis and processing of statistical data related to heat power plants of Russia; the analysis of technical and economic performance of heat power plants at different levels of administrative areas. The information-
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
processing system which contains the database, program modules intended for the data analysis and data processing, and graphic modules, has been developed.
Keywords: data analysis, data processing, problem-oriented database, energy, heat and power plant.
Введение
Сфера теплоснабжения в нашей стране обладает высокой социальной и экономической значимостью. Для оптимального развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны необходимо осуществлять регулярный мониторинг теплоснабжающих систем (ТСС), обеспечивающих производство электрической и тепловой энергии в стране и её регионах [1]; анализ и прогнозирование энергетики, контроль состояния основных тепло- и электрогенерирующих мощностей, таких как теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), гидроэлектростанции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и другие.
Основными инструментами для исследования, обработки и анализа сведений о работе теплоснабжающих систем являются методы системного анализа и вычислительный эксперимент. Для поддержки вычислительного эксперимента разрабатываются и используются различные программные комплексы и информационно-вычислительные системы (ИВС). Одна из таких ИВС разрабатывается в отделе трубопроводных систем в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелен-тьева СО РАН.
Целью настоящей работы является создание информационно-вычислительной системы [2], которая позволяет производить энергетические расчеты, используя статистическую информацию, полученную за разные годы, прогнозировать развитие энергетики страны и её регионов на краткосрочную и долгосрочную перспективу.
В основе ИВС лежит проблемно-ориентированная СУБД, которая включает в себя возможность формирования запросов к содержащемуся в ней составу информации и позволяет получать соответствующие ответы в виде различных таблиц и графиков для анализа тенденций изменения показателей энергообъектов, а также имеет возможность пополнять и редактировать находящиеся в ней данные.
ИВС содержит базу данных (БД) со статистической информацией по производству и потреблению тепла и электроэнергии России и её регионов, и программные модули для обработки и представления информации. При работе с ИВС пользователь имеет возможность агрегировать данные на разных уровнях административных де-
лений - по федеральным округам, областям или районам Российской Федерации; анализировать тенденции развития производства и потребления энергии с учетом их ретроспективы, формировать различные графики и отчеты.
Объекты БД
Основной объем БД составляет информация по теплоэлектростанциям (ТЭС). Наполнение осуществляется через программный модуль, позволяющий импортировать данные из Ехсе1-таблиц, содержащих технико-экономические показатели по функционированию ТЭС России, её регионов и городов. Показатели, такие как номинальная мощность станций, значения выработанной и отпущенной ими энергии за год, количество и тип затраченного топлива, удельные расходы топлива на отпущенное тепло и электроэнергию и другие. Количество крупных ТЭС по стране достигает более 2000, и каждая из них имеет несколько десятков показателей.
По разным причинам, в том числе и в связи с реформами в энергетической отрасли возникают проблемы идентификации объектов в статистических таблицах:
• с 2005ого года изменились количество и формат таблиц, отражающих основные показатели работы электростанций;
• нередко изменяются наименования теплоэлектростанций в таблицах, в связи со сменой форм собственности;
изменяется порядок и расположение станций в статистических таблицах;
• теплоэлектростанции в таблицах не проиндексированы, что значительно затрудняет их поиск для автоматической обработки.
Для того чтобы найти и обработать необходимую для использования в прикладных задачах информацию требуются большие затраты времени, и при этом не исключены грубые ошибки при переносе данных в БД [3].
Для решения поставленной задачи было предложено реструктурировать данные в отдельные файлы-досье на каждую станцию. Досье можно представить в виде редактируемой таблицы, которая содержит набор параметров ТЭС и их значения разбитые по годам (табл. 1). Набор параметров можно расширять по мере необходимости.
Модуль ввода статистической информации и контроля данных
Учитывая сложность структуры входных статистических таблиц по электростанциям РФ, был разработан модуль для автоматизированного ввода информации.
Таблица 1
Содержимое файла-досье__
Условное обозначение Наименование показателя Значение показателя
1990г. 1991г. 1992г. ..
Станция Название станции ТЭЦ г. Макаров
N^., кВт Номинальная установленная электрическая мощность станции 25000 | 25000 | 25000
Worn, тыс.кВт.ч Отпуск электроэнергии станцией 84199 | 71280 | 30203
Q станции Гкал Установленная тепловая мощность 331440|316000| 133446
Газ, т.у.т. Расход газа, тонн условного топлива 0||0||0
Уголь, т.у.т. Расход угля, тонн условного топлива 109936||106959||43541
При считывании таблиц Excel, информация по каждой отдельной станции записывается в соответствующую структуру базы данных (рис. 1). После этого эксперт или пользователь программы наглядно идентифицирует выбранную в БД станцию с уже имеющейся станцией с информацией за
последние годы либо создает новый объект. Графическое представление любых параметров электростанции позволяет однозначно определить их соответствие вновь вводимым данным (рис. 2). Такой способ организации ввода информации в БД, с одной стороны, исключает практически лю-
Рис. 1. Структура таблицы 6-ТП за 2009 год
SSF_comp6tp
шт
Кемеровская область ¡2009
1EI
Года, за которые есть информация 01990 О 2000 © 2004
01992 о 2002
01994 о 2003
000®
:0;со!;Наз
Ново-Кемеровская ТЭЦ Управление тепловых сетей Беловская ГРЭС г. Белове Южно-Кузбасская ГКЗС г.Калтан 6 8 Томь-Усинская ГРЭС г.Мыски
Западно-Сибирская ТЭЦ г.Новокузнецк Кузнецкая ТЭЦ-1 г.Новокузнецк ТЭЦ Кузнецкого металлург, к-та ТЭЦ 000"Юрмаш"
Я
Вхождение б РАО
ФЛ ОАО <Кцзбассзнерго> <Томь-Усинская ГРЭС>
Томь-Усинская ГРЭС г.Мыски
а
Турбин./не турбин.
параметр Знач. в 6-ТП I Знач. в
ИИЕИ
0
Nycr. кВт 1272000 1272000
Мраспол.,кВт 1272000 1272000
W, ть с.кВт.ч 7883345 7400114
Worn ,тыс. кВт • 7265691 6782946
Qorn Гкал 30343G 31663
Оста ции. Гкал 30343В 31663
Qkot Гкал 0
Э/эн аэ/э, X В.Э 8.1
Э/эн Q, кВт. 63.5 63.8
н исг уст.ср.г 6284 5818
< И
н
4?ООООСБООООО
0Э1225060097
Рис. 2. Определение соответствия параметров электростанции
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
бую возможность ошибок, а с другой стороны, позволяет формировать временные тренды по электростанциям в БД, даже если название электростанции в корне поменялось в связи со сменой формы собственности.
Все электростанции, импортируемые в БД, автоматически индексируются, и на каждую из них заводится специальное досье со значениями показателей станции. Таким образом решаются проблемы целостности и достоверности вводимых данных. Одновременно с идентификацией пользователь может добавлять информацию из встроенного справочника - классификатора адресов Российской Федерации (КЛАДР), благодаря чему рассматриваемая электростанция автоматически получает территориальные координаты на интерактивной карте России.
Модуль запросов к базе данных
Для обработки досье была разработана специальная таблица для настройки параметров запроса [4]. Согласно этой таблице, из БД могут выбираться не только значения отдельных показателей, но и линейные комбинации из нескольких показателей, связанных друг с другом какими-
либо аналитическими зависимостями, как показано на рис. 3.
Существует традиционный набор технико-экономических показателей ТЭС. Пользователь выбирает из списка тот или иной показатель либо их группу и добавляет в текущую таблицу параметров запроса. Одним из ключевых столбцов в этой таблице является столбец «func» - «функция», в котором пользователь может указать необходимую для осуществления вычислений функцию; например, в случае если за определенный год отсутствует значение данного показателя, можно вычислить его, воспользовавшись линейной интерполяцией - путем определения среднего значения за два соседних года. Список доступных пользователю функций является достаточно гибким и постоянно дополняется. Когда такая таблица со встроенными функциями сформирована, она сохраняется в библиотеке хранимых запросов.
На основе выбранного из библиотеки запроса формируется итоговая таблица, например в виде, представленном на рис. 4. Каждая строка таблицы обозначает объект - теплоэлектростанцию, страну, область или район, а соответствующие
4 (8) Список запросов
0000
namej
Мазут-уголь
Worn., тыс. кВт Отпущенная э лектроенергия Оотп., Гкал Отпущенное тепло
\*/0атп.[Гкал) ^ Вего отпущено энергии
□га
Идентификатор в досье: Wo тп, ты с. кВт
Топливо, ту.т. Контроль топ.
Контроль использования топлива
Вставить столбец: 0 После текущего О Перед текущим О Вместо текущего
17 (17] Требуемые столбцы
name d
name rus
typ vis suma agí ag2
name vedom
(w_otp*0.86+q_otp) (w_otp*0.86+q_otp) (w_otp*0.86+q_otp) (w_otp"0.86+q_otp) (w_otp"0.86+q_otp) (¥¥_о1р*0.86+с|_о1р)
Станция Ведомство WQ отп., 1993 WQo-WQom, WQom, WQom, WQom,
1995 ,1997 1999 ,2001 ,2003
IL=1993 IL=1995 IL=1997 IL=1999 IL=2001 IL=2003
150 char[41 ] 100 char[31 ] 115 f
oat
oat
П ÍU-Л
sum sum
sum sum
sum sum
sum sum
sum sum
sum sum
21 [45) Столбцы из DOS IE. DB
name name s name 1
n ust Nycr., кВт Номинальная установленная
n_rasp Ираспол., кВт Располагаемая э л. мощность
w_p W, тыс. кВт. ч В ыработано э л\э н
w_otp Worn., тыс. кВт Отпущено зл\зн на сторону
q_otp Qom, Гкал Всего отпущено тепла
q_st Останции, Гкал Отпущено тепла станциями N
q_kot Qkot., Гкал Отпущено тепла р-ными коте
e_proc Э/э наэ/э, X Уд. расход эл\эн на собств.нь
e_q Э/э на Q, кВт. Уд. расход эл\эн на co6ctb.hi
hjsp Н исп.уст.срг Уисло часов исп-ия установл
top_e Топл. наэ/э. Уд. расход топлива на отпуще
ы
sum sum sum
sum <>0
Рис. 3. Таблица для настройки параметров запроса
х1997 «1999 х2001 х2003
Запрос: ЮОоиМГкал)
Конфигурация
Показать таблицу
Собрать данные
Агрегировать О Области 0Фе д. округа О Россия
О «О О=о
О «о О=о
О «о О=о
17(2278)
00В
Станция \л/С огп.,1993 WQ отп., 1395 WQ отп., 1337 WQ отп., 1333 WQ отп., 2001 WQtii-п., 2003 I
ТЭЦ Дмигро-Тарановского с 193 315 76 184137.3 215 730.43 247 383.08 278 375.67 293 05.
ТЭЦ Ржевского сахарного з- 104 836 31 110 964.99 16333317 215 713.42 268 087.67 133 8Е
ТЭЦ Волоконовского сах. з-£ 348 450 33 278 574.96 283 865.53 301 156.03 312 446.66 237 3S
ТЭЦ Сахарного з-да "Больше 110 506 57 103 025.01 135 351.34 167 677.68 200 004.01 167 57'
ТЭЦ Сахарного з-да им. Лен1 37 434 22 75 028.1 63 730.5 52 432.3 41 135.3 21 74!
ТЭЦ Сахарного з-да 247 35651 160 252.4 178 826.02 137 333.63 215 373.24 111 30'
ТЭЦ Сахарного з-да с.Ракип- 17433467 147 923.07 123 50321 33135.35 74 881.43 50 64I
ТЭЦ Сахарного з-да п.Черня! 171 58463 160 984.23 171 423 6 181 874.38 132 320.35 247 31
из
2 740 3G7 994.93| 2 494 221 555.11| 2 355 820 607.34| 2 217 419 659.59| 2115 544 078.24| 2 136 465 745.66|
Рис. 4. Итоговая таблица показателя «отпуск тепла и электроэнергии» по всем ТЭС РФ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
столбцы - вычисленные ранее показатели, значения которых были получены с помощью встроенных функций из таблицы параметров запроса.
После формирования итоговой таблицы с вычисленными значениями в ретроспективе за рассматриваемый временной период пользователь может агрегировать их на необходимый ему уровень административного деления РФ - по федеральным округам, областям, районам или городам.
В качестве практического примера была получена таблица значений показателя «Отпуск электроэнергии и тепла» по всем станциям Иркутской области.
На основании этой таблицы в ИВС можно построить график, представленный на рис. 5., который отражает структуру производства электрической и тепловой энергии в Иркутской области и процентный вклад каждой электростанции в энергоснабжение потребителей.
Выводы
Особенностью предложенного подхода, ориентированного на представление и обработку статистической информации по ТЭС России, является гарантированная однозначная идентификация тепловых электростанций, что улучшает качество и эффективность работы с данным видом информации. Разработанная ИВС предоставляет возможность визуального представления любых показателей ТЭС в ретроспективе за 20 лет, на любом уровне административного деления РФ. Предложенный подход может применяться для универсального представления разного рода статистических таблиц, что дает пользователю гибкий, быстрый и удобный доступ к любой информации в БД и обеспечивает формирование графи-
ков, сводных энергетических и отчетных таблиц.
К сложностям реализации ИВС можно отнести обработку большого объема информации, представленного в БД, поскольку во многих энергетических задачах необходимо формировать множество сводных таблиц с различными наборами показателей, что является довольно трудоемким процессом с непосредственным участием программиста или администратора БД. Разработанный и предложенный автором интерфейс ИВС направлен на удобную, эффективную и непосредственную работу пользователя-энергетика без привлечения программиста.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мастепанов А. М. Топливно-Энергетический Комплекс России на рубеже веков. Ч. 2. М. : Energy, 2009. 251 с.
2. Трофимов И. Л. Автоматизированная обработка статистической информации по электростанциям страны // Труды XIII Байкал. Всерос. конфер. Часть II. Иркутск : ИСЭМ СО РАН, 2010. С.152-158.
3. Федяев А. В., Федяева О. Н. Комплексные проблемы развития теплоснабжающих систем. Новосибирск : Наука, 2000. 256 с.
4. Трофимов И. Л. Особенности информационно-вычислительной системы для обработки и представления данных по теплоэлектростанциям России // Системные исследования в энергетике. Вып. 41 Иркутск : ИСЭМ СО РАН, 2011. С.162-170.
1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017 Год
Рис. 5. Структура отпуска тепла и электроэнергии на основе суммированных показателей
