Введение Энергопотребление является одной из основных статей расходов учреждения, поэтому управление потреблением электрической энергии, ориентированное на минимизацию финансо-вых расходов, является актуальной задачей. При эксплуатации систем электроснабжения появ-ляется потребность в алгоритме определения оптимального управленческого решения. Объектом исследования является энергетическая система [1], на примере государственного бюджетного учреждения по ремонту и эксплуатации инженерных сооружений «Гормост» (г. Москва). На 2019 г. в оперативном управлении учреждения находилось 1 693 инженерных сооружения, из которых электрифицированы 869 с электропотреблением – 121 млн кВт в год. Электрическая энергия на объекты подается от трансформаторных подстанций электросетевых компаний города, в единичных случаях – от иных юридических лиц. Расчеты за потребленную электроэнергию осуществляются с энергосбытовой компанией. Граница предметной области со стороны электросетевых компаний включает в себя трансформаторные подстанции 0,4 кВ на 827 объектах, трансформаторные подстанции 10 кВ на 42 объектах. Данная граница соответ-ствует актам технологического присоединения и является разграничением балансовой принад-лежности и эксплуатационной ответственности между учреждением и сетевыми организациями. Граница предметной области со стороны электропотребителей включает в себя различные тех-нологические системы и оборудование, которое необходимо для городской инфраструктуры.Мировая тенденция в вопросе управления электропотреблением предполагает принятие нормативных документов и реализацию программ, которые позволяют абоненту принимать си-стемные, долгосрочные и экономически выгодные решения [2, 3]. Из этого следует, что тема оптимального управления электрическим потреблением в энергетической системе является вос-требованной и перспективной [4–6]. Целью работы является разработка алгоритма выбора управленческого решения в энер-гетической системе. Идеология алгоритма должна быть направлена на минимизацию финансо-вых затрат и обеспечение функциональности, которая предоставляется системой. Учреждение как объект исследования является сложной иерархической структурой, которая может быть де-композирована в соответствии с целевым и функциональным назначением на подсистемы ниж-него уровня (рис. 1): подземные пешеходные переходы, надземные пешеходные переходы, мо-сты, тоннели малой протяженности, административные здания (объекты до 670 кВт), фонтаны и тоннели большой протяженности (объекты свыше 670 кВт). Рис. 1. Декомпозиция объекта исследованияПодсистемы имеют общие признаки: назначение объектов, структура инженерных систем и типы электрических потребителей, взаимосвязанность по отношению к системе. Элементы подсистем как объекты управления рассматриваются с позиции потребления электроэнергии.Постановка задачи Критерием выбора управленческого решения являются финансовые расходы, направляе-мые на оплату потребленной электрической энергии ( ). Основные параметры системы, поз-воляющие управлять инженерными сооружениями: функциональность системы, которая позво-ляет поддерживать работоспособным каждый элемент и избегать незапланированных расходов; бюджет, который выделяется для оплаты электрической энергии. Следовательно, ограничениями являются обеспечение функциональности системы и непревышение бюджета. Задача оптимального управления: минимизация финансовых расходов при потреблении электрической энергии на этапе эксплуатации функциональной энергетической системы, где – входные данные на этапе априори, электрическое потребление (в кВт⋅ч) за расчетный период (1 календарный месяц); – выходные данные, стоимость (в руб.) потребленной электрической энергии за расчетный период; и – входные и выход-ные данные в режиме реального времени; и – управляющие воздействия; – структура модели; – параметры модели, которые зависят от управления и структуры. При формировании организационных и технических управляющих воздействий учтены структуры и параметры моделей. Критерий – потребление электроэнергии , где – минималь-ное суммарное электропотребление; и . Первое ограничение – бюд-жет , где – максимальное суммарное электропотребление, второе ограничение – функциональность . Формализованная постановка задачи: Элементы, входящие в подсистемы, реализуют различные функции, поэтому вне зависи-мости от объекта управления, количества и типа реализуемых функций рассчитаем ограничение обеспечения функциональности системы как минимальное суммарное электропотребление обо-рудования; при условии утрачивается функциональность. Временной интервал наблюдения (во время которого происходили сбор исходных данных и анализ полученных ре-зультатов) за энергетической системой – 5 лет (с 2015 по 2020 г.), он включает этап эксплуата-ции объекта, состоящий из планово-предупредительного, текущего и капитального ремонта. Поставленная задача включает организационные и технические воздействия, поэтому для ее дальнейшего поэлементного исследования и решения произведем декомпозицию: найдем реше-ние для управления потреблением электрической энергии на этапе априори (организационные воздействия), и ; найдем решение в режиме реального времени (технические воздействия), и .На основе взаимосвязей между элементами построим модели подсистем на этапе априори и в режиме реального времени (рис. 2). Рис. 2. Модели подсистемИсходя из моделей подсистем предопределим структуру модели энергосистемы (рис. 3). Рис. 3. Структура модели энергетической системы В рассматриваемой системе управляющие воздействия могут быть разделены в соответ-ствии со способом нанесения воздействия на объект по двум типам: организационные, связан-ные с проведением определенного вида работ, и технические, влияющие на расчеты с энерго-сбытовой компанией (табл. 1). Таблица 1Организационные и технические управляющие воздействияПодсистема или типинженерного сооруженияОрганизационное воздействиеТехническоевоздействиеПодземные пешеходные переходы1. Применение светодиодных светильников, .2. Применение трансформаторов тока с максималь-ным межповерочным интервалом – 16 лет, 3. Применение счетчиков с максимальным межпове-рочным интервалом – 16 лет, 1. Изменение ценовой кате-гории и тарифа на услуги по передаче электроэнергии, выбор из 1, 3 и 4 ценовой категории .Надземные пешеходные переходыМостыТоннели малой протяженности (до 125 м)Административные зданияФонтаны1. Применение светодиодных светильников, .2. Применение трансформаторов тока с межповероч-ным интервалом – 16 лет, .3. Применение счетчиков с межповерочным интерва-лом – 16 лет, .4. Применение электрооборудования (насосы, венти-ляторы, электрические печи и т. д.) с классом энер-гоэффективности А, .5. Произведение расчета по уровню напряжения, .6. Произведение расчета перехода объекта на оптовый рынок электрической энергии и мощности, .1. Изменение ценовой кате-гории и тарифа на услуги по передаче электроэнергии, выбор из 3 или 4 ценовой категории, .2. Изменение профиля мощ-ности, .Тоннели большой протяженностиОрганизационные управляющие воздействия применяются на этапе априори , до запус-ка системы электроснабжения объекта. А техническое управляющее воздействие применяется в режиме реального времени , при эксплуатации системы электроснабжения. Результаты исследования Разработан алгоритм определения оптимального управленческого решения в энергетиче-ской системе учреждения (рис. 4) с учетом заданного критерия и 2-х ограничений. Исходя из принадлежности элемента к одной из семи подсистем, сформированы и введе-ны исходные данные для расчета: потребление электроэнергии за все время работы электро-установки, управляющие воздействия (организационные и технические), бюджет. Информация распределяется по модулям: планово-предупредительный, текущий и капитальный ремонт, функциональность элемента – для дальнейшего параллельного вычисления. Рассчитано мини-мальное и максимальное электропотребление в элементе, подсистеме и системе при условии выполнения планируемых работ (к примеру, замена трансформаторов тока). Выполнено сравне-ние результатов решения с первым ограничением (бюджет) и критерием (потребление электро-энергии). В завершении цикла функциональности получили функции, необходимые для работы элемента, подсистемы и системы. Выполнено сравнение результатов параллельных вычислений со вторым ограничением (функциональность). Если итог сравнения не соответствует заданным требованиям, решение на этом завершается, с последующим предложением корректировки ис-ходных данных элемента и повторного прохождения процедуры расчета. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнут результат, соответствующий заданным требованиям. Ре-зультатом прохождения алгоритма является решение, соответствующее заданному критерию и 2-м ограничениям. Рис. 4. Алгоритм определения оптимального управленческого решения Для апробации выбрана подсистема «Фонтаны», элемент – инженерный объект (прототип): фонтан «Дружба народов», по адресу: г. Москва, просп. Мира, д. 119, лит. 24. Выбор данного прототипа позволили проверить 8 управляющих воздействий. Проведены пассивный и активный эксперименты, в ходе которых были приложены 6 организационных и 2 технических воздействия, результатом является проверка алгоритма и решение задачи исследования (табл. 2). Таблица 2Результат решения задачи исследованияСтоимость энергииОписание воздействияСредние расходы за месяц, руб.Планируемая экономия, руб.фактическиепланируемые Применение светодиодных светильников (организационное)12 5445 0187 526 Применение трансформаторов тока с межповерочным интервалом 16 лет (организационное)3 172,8973,82 199 Применение счетчиков с межповерочным интервалом 16 лет (организационное)28,22,8225,38 Применение электрооборудования с классом энергоэффективности А (орга-низационное)6 557,41 502,75 054,7 Произведение расчета по уровню напряжения (организационное)290 893,9242 753,448 140,5 Произведение расчета перехода объекта на оптовый рынок электрической энергии и мощности (организационное)290 893,963 920,8226 973,1 Изменение ценовой категории и тарифа на услуги по передаче электроэнергии, выбор из 3 или 4 ценовой категории (тех-ническое) 34 907,331 657,13 250,2 Изменение профиля мощности (техническое)7 536,43 318,64 217,8Итоговая планируемая экономия финансовых средств на 1-ом объекте (фонтан «Дружба народов»), без учета и (всего 869 объектов)22 273,08Решения для оставшихся шести подсистем будут аналогичны, с учетом объема электро-потребления.Исследован существующий подход к выработке управленческих решений в процессе электропотребления энергосистемы [8, 9], направленный на минимизацию финансовых расхо-дов. Предложен алгоритм определения оптимального управленческого решения, учитывающий функциональность системы, выделяемый бюджет и минимизацию финансовых расходов на оплату потребленной электроэнергии. Процедуру расчета можно дополнить другими парамет-рами энергопотребления (газа, холодной и горячей воды) и применять в различных энергоси-стемах [10, 11]. Результаты исследования применимы при разработке программного обеспече-ния, которое на основе исходных данных автоматически определяет итоговые показатели си-стемы и предлагает оптимальное решение, паритетное заданным требованиям.Выводы Произведено экспериментальное исследование на объекте «Фонтан “Дружба народов”», изменена ценовая категория (с 3-й на 4-ю, ) и профиль мощности электрообрудования ( ), что привело в 2019 г. к средней экономии в месяц 7 468 руб., а статья расходов «Оплата потреб-ленной электроэнергии» на объекте сократилась на 2,56 % (от 290 893,9 руб.). Предложен опытно проверенный алгоритм выбора оптимального управленческого реше-ния в энергетической системе. На действующем объекте решена и реализована задача исследо-вания, выполнена минимизация финансовых расходов в процессе электропотребления. Найдены и экспериментально проверены решения для управления потреблением электрической энергии на этапе априори и в режиме реального времени, которые направлены на минимизацию финан-совых расходов при эксплуатации функциональной энергетической системы учреждения.