Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: материалы Всероссийской научно-технической конференции / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 351 с.

 

СТРУКТУРНО-ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ S-РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕХНОЦЕНОЗОВ
В.В. Фуфаев

Центр системных исследований

 

Исследования динамики электропотребления, включая сравнение между предприятиями, отраслями, регионами, странами, является актуальным для развития рынка электроэнергии. Анализ  абсолютных показателей электропотребления показывает неравномерный характер темпов прироста или спада. На фоне роста лидеров или в условиях  всеобщего спада в абсолютной величине остается скрытой информация о большой устойчивой группе объектов, развивающихся более энергоэффективно, устойчиво, конкурентоспособно и являющихся базой развития экономики. В системах потребителей электроэнергии действуют законы, которые заставляют их структуру организовываться определенным устойчивым образом даже в периоды самых сильных кризисов. Одной из фундаментальных закономерностей в концепции техноценозов проф. Кудрина Б.И. является ранговое распределение по параметру электропотребления A(r)=A1r, где r - ранг объекта; A1 – коэффициент; β – характеристический показатель. Рассматриваются объекты трех уровней техноценозов: предприятия отрасли, предприятия региона, регионы России.

С переходом от рассмотрения статики к анализу динамики рангового распределения произошло смещение акцентов – от изучения состояния структуры системы к изучению процессов в этой структуре. Структурно-топологическая динамика получается добавлением к осям рангового распределения третьей оси – времени, исключая этап аппроксимации. В результате получается совокупность траекторий случайных процессов изменения показателей электропотребления рангово - упорядоченными объектами во времени. Учитывая фрактальность и нелинейность картины траекторий выделенного ценоза, подобное рассмотрение структуры открывает возможности соединения достижений общей теории ценозов и синергетики при рассмотрении динамики структуры сложных целостных систем, формирующихся по законам самоорганизации. Трехмерная поверхность раскрывает двойственный характер поведения объекта электропотребления. Параметрическая проекция системы координат отражает ту часть динамических свойств объекта, которая отражает внутренние качества. Ранговая проекция отражает часть динамических свойств объекта, которая складывается под влиянием на этот объект динамики ценоза в целом.

С течением времени объекты меняют ранги, осуществляя перескок в сторону низкого ранга (первых мест с большим электропотреблением) – «минус» или в сторону высокого ранга (последних мест с меньшим электропотреблением) – «плюс». Линейные тренды траекторий перескоков объектов по рангам формализуют угол наклона (конкурентную скорость), представляя интенсивность электропотребления объекта во времени. Ранжирование по уменьшению этого угла, включая отрицательные значения, дает вторичное ранговое распределение, которое оказалось формализацией нового устойчивого закона самоорганизации электропотребления техноценозами. Это распределение названо ранг-размерным S-распределением интенсивностей электропотребления:

 

 

 

где r – целочисленные значения оси абсцисс; S – значения угла на оси ординат; N - точка между положительными и отрицательными скоростям на оси абсцисс; К – количество объектов; S1, S2 – максимальные положительная и отрицательная скорости; β1, β2 –ранговые показатели распределений положительных и отрицательных скоростей.

S-распределение представляет собой композицию двух гиперболических распределений с разными знаками: одно – для положительных интенсивностей и второе – для отрицательных. При этом оба распределения описываются гиперболическими распределениями.  На рисунке изображены распределения для некоторых техноценозов. Значение рангового показателя является некоторой оценкой хаоса в ценозе. Высокий показатель говорит о большей устойчивости. Чем меньше значение показателя, тем большие скорости у большинства объектов ценоза. Наличие значительных скоростей перемешивания по величине электропотребления объектов может характеризоваться как хаос в ценозе. На S-распределении выделяются три зоны активности: первая - высокой интенсивности электропотребления  (это предприятия с высокой положительной скоростью); вторая  – низкой интенсивности  электропотребления (предприятия с высокой отрицательной скоростью); третья (суперкаста) – малых изменений ценологически устойчивого электропотребления вокруг точки бифуркации предприятий с незначительным отличием от нулевого значения скорости (синхронизированная с ценозом зона стабильности, минимального риска).

Знание закона ранг-размерной самоорганизации S-распределения интенсивностей электропотребления позволяет более эффективно решать задачи электроэнергетики различных уровней: адекватно оценивать рейтинги по электропотреблению; сегментировать по динамичности электропотребления рынки электроэнергии; выполнять более точный прогноз пообъектно, базируясь на динамике структуры сложных объектов с механизмами самоорганизации; управлять процессом потребления электроэнергии; структурировать генерирующие мощности и электрические сети по соотношению величин и видам традиционных и возобновляемых видов энергоресурсов с учетом перспективной устойчивой динамики электропотребления сложными системами.

Рис.1  Ранг-размерные S-распределения ценологической интенсивности

электропотребления (1 – предприятия Хакасии; 2 – регионы России;

3 – предприятия черной металлургии; 4 – банки России).