СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Эта статья описывает причины создания инструментария для исследования живучести систем энергетики с помощью возможностей геоинформационных технологий на примере программного пакета «Нефть и газ России». Описывается метаматематическая модель системы и ее разделение на основные составляющие: топологическую и функциональную, где структурная модель отражает топологию энергетической сети в виде графа, а функциональная модель оценивает производительность с учетом как топологических возможностей, так и функциональных ограничений. Рассматриваются примеры использования геоинформационных систем в исследовании живучести и описания требований при разработке инструментария для новой метаматематической модели. Рассказывается об архитектуре текущей версии «Нефть и газ России», ее особенностях и проблемах, которые повлияли на разработку нового инструментария. Приводятся причины использования и особенности прикладного программного интерфейса QT во время разработки инструментария.Новый инструментарий предполагает использование архитектуры «модель–представление–контроллер», что позволяет модифицировать каждый компонент независимо от другого. Данная архитектура также помогает «отвязать» топологическую и функциональную составляющие посредством инкапсуляции топологической модели в виде отдельного графа, а для связи с функциональной составляющей использовать контроллер. Это дает возможность использовать разные типы функциональных моделей без необходимости изменять топологическую модель. Для каждой функциональной модели используется свой контроллер, который настраивает свой поток данных. Таким образом, предлагаемые изменения комплекса «Нефть и газ России» позволят перейти при исследовании живучести от моделирования отдельных систем энергетики к топливно-энергетическому комплексу страны в целом.

1.   Основные методические принципы исследования и обеспечения живучести систем энергетики / Н.И. Воропай, Л.Д. Криворуцкий, Ю.Н. Руденко, И.А. Шер // Методы и модели исследования живучести систем энергетики / отв. ред. Ю.Н. Руденко. – Новосибирск: Наука, 1990. – С. 9–17.

2.   Voropai N., Rehtanz C. Flexibility and resiliency of electric power systems: analysis of definitions and content // EPJ Web of Conferences. – 2019. – Vol. 217. – P. 1018.

3.   Воропай Н.И. Направления и проблемы трансформации электроэнергетических систем // Электричество. – 2020. – № 7. – С. 12–21.

4.   A review on resilience assessment of energy systems / P. Gasser, P. Lustenberger, M. Cinelli, W. Kim, M. Spada, P. Burgherr, S. Hirschberg, B. Stojadinovic?, T.Y. Sun // Sustainable and Resilient Infrastructure. – 2021. – Vol. 6 (5). – P. 273–299.

5.   System resilience enhancement: Smart grid and beyond / G. Huang, J. Wang, C. Chen, C. Guo, B. Zhu // Frontiers of Engineering Management. – 2017. – Vol. 4 (3). – P. 271–282.

6.   Multi-phase assessment and adaptation of power systems resilience to natural hazards / S. Espinoza, M. Panteli, P. Mancarella, H. Rudnick // Electric Power Systems Research. – 2016. – Vol. 136. – P. 352–361.

7.   Metrics for energy resilience / P.E. Roege, Z.A. Collier, J. Mancillas, J.A. McDonagh, I. Linkov // Energy Policy. – 2014. – Vol. 72. – P. 249–256.

8.   Hussain A., Bui V.H., Kim H.M. Microgrids as a resilience resource and strategies used by microgrids for enhancing resilience // Applied Energy. – 2019. – Vol. 240. – P. 56–72.

9.   Resilience: theory and application / J.L. Carlson, R.A. Haffenden, G.W. Bassett, W.A. Buehring, M.J. Collins III, S.M. Folga, F.D. Petit, J.A. Phillips, D.R. Verner, R.G. Whitfield. – Argonne, IL, 2012. – (Argonne National Laboratory; ANL/DIS-12-1). – 60 p.

10. Hosseini S., Barker K., Ramirez-Marquez J.E. A review of definitions and measures of system resilience // Reliability Engineering and System Safety. – 2016. – Vol. 145. – P. 47–61.

11. Resilience in transportation systems: a systematic review and future directions / C. Wan, Z. Yang, D. Zhang, X. Yan, S. Fan // Transport Reviews. – 2018. – Vol. 38 (4). – P. 479–498.

12. Battling the extreme: a study on the power system resilience / Z. Bie, Y. Lin, G. Li, F. Li // Proceedings of the IEEE. – 2017. – Vol. 105, N 7. – P. 1253–1266.

13. Sharifi A., Yamagata Y. Principles and criteria for assessing urban energy resilience: a literature review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2016. – Vol. 60. – P. 1654–1677.

14. Lin Y., Bie Z., Qiu A. A review of key strategies in realizing power system resilience // Global Energy Interconnection. – 2018. – Vol. 1 (1). – P. 70–78.

15. Johansson J., Hassel H. An approach for modelling interdependent infrastructures in the context of vulnerability analysis // Reliability Engineering and System Safety. – 2010. – Vol. 95 (12). – P. 1335–1344.

16. Zio E. Challenges in the vulnerability and risk analysis of critical infrastructures // Reliability Engineering and System Safety. – 2016. – Vol. 152. – P. 137–150.

17. Toward a consensus on the definition and taxonomy of power system resilience / A. Gholami, T. Shekari, M.H. Amirioun, F. Aminifar, M.H. Amini, A. Sargolzaei // IEEE Access. – 2018. – Vol. 6. – P. 32035–32053.

18. Иерархическое моделирование систем энергетики / под. ред. Н.И. Воропая, В.А. Стенникова. – Новосибирск: Гео, 2020. – 314 с.

19. Jufri F.H., Widiputra V., Jung J. State-of-the-art review on power grid resilience to extreme weather events: definitions, frameworks, quantitative assessment methodologies, and enhancement strategies // Applied Energy. – 2019. – Vol. 239. – P. 1049–1065.

20. Jonsson H., Johansson J., Johansson H. Identifying critical components in technical infrastructure networks // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Pt. O: Journal of Risk and Reliability. – 2008. – Vol. 222 (2). – P. 235–243.

21. Hausken K. Defence and attack of complex interdependent systems // Journal of the Operational Research Society. – 2019. – Vol. 70 (3). – P. 364–376.

22. A review of the measures to enhance power systems resilience / M. Mahzarnia, M.P. Moghaddam, P.T. Baboli, P. Siano // IEEE Systems Journal. – 2020. – Vol. 14 (3). – P. 4059–4070. – DOI: 10.1109/JSYST.2020.2965993.

23. Надежность систем энергетики и их оборудования. В 4 т. Т. 1. Справочник по общим моделям анализа и синтеза надежности систем энергетики / под ред. Ю.Н. Руденко. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 480 с.

24. Sperstad I.B., Kjølle G.H., Gjerde O. A comprehensive framework for vulnerability analysis of extraordinary events in power systems // Reliability Engineering and System Safety. – 2020. – Vol. 196. – P. 106788.

25. Panteli M., Mancarella P. The grid: Stronger, bigger, smarter? Presenting a conceptual framework of power system resilience // IEEE Power and Energy Magazine. – 2015. – Vol. 13 (3). – P. 58–66.

26. Han F., Zio E. A multi-perspective framework of analysis of critical infrastructures with respect to supply service, controllability and topology // International Journal of Critical Infrastructure Protection. – 2019. – Vol. 24. – P. 1–13.

27. Resilient critical infrastructure planning under disruptions considering recovery scheduling / Y. Fang, C. Fang, E. Zio, M. Xie // IEEE Transactions on Engineering Management, Institute of Electrical and Electronics Engineers. – 2019. – Vol. 68 (2). – P. 452–466.

28. Ouyang M., Fang Y. A mathematical framework to optimize critical infrastructure resilience against intentional attacks // Computer?Aided Civil and Infrastructure Engineering. – 2017. – Vol. 32 (11). – P. 909–929.

29. Fang Y., Zio E. Resilience management of infrastructure systems from a multistage decision making perspective // 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019). – Hannover, Germany, 2019. – P. 3382–3389. – DOI: 10.3850/978-981-11-2724-3.

30. Edelev A.V., Zorkaltsev V.I. An algorithm for determining optimal and suboptimal trajectories of the development of a system // Journal of Applied and Industrial Mathematics. – 2019. – Vol. 13 (1). – P. 36–42.

31. Поддержка управления живучестью систем энергетики на основе комбинаторного подхода / И.В. Бычков, С.А. Горский, А.В. Еделев, Р.О. Костромин, И.А. Сидоров, А.Г. Феоктистов, Е.С. Фереферов, Р.К. Федоров // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2021. – № 6. – С. 122–135.

32. Еделев А.В., Сендеров С.М., Пяткова Н.И. Применение геоинформационных технологий для исследования проблем энергетической безопасности // Проблемы управления. – 2015. – № 2. – С. 68–74.

33. Scholz Y. Renewable energy based electricity supply at low costs: development of the remix model and application for Europe: PhD Dissertation / Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart. – Stuttgart, 2012. – 181 p. – URL: http://elib.dlr.de/77976/1/REMix_Thesis_YS.pdf (accessed: 11.02.2022).

34. Edelev A., Fereferov E.S. A software platform to support the energy system resilience study // CEUR Workshop Proceedings. – 2020. – Vol. 2638. – P. 79–88.

35. Edelev A.V., Fereferov E.S., Khmelnov A.E. Workbench for vulnerability analysis of Vietnam energy sector // CEUR Workshop Proceedings. – 2020. – Vol. 2677. – P. 23–35.

36. Воробьев С.В., Еделев А.В. Особенности математического моделирования при распределении излишков газа в Единой системе газоснабжения России // Научный вестник НГТУ. – 2016. – № 1 (62). – С. 181–194. – DOI: 10.17212/1814-1196-2016-1-181-194.

37. Клименко С.М., Сендеров С.М., Янченко В.А. Исследование проблем повышения устойчивости и экологической безопасности магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов // Новые информационные технологии управления развитием и функционированием трубопроводных систем энергетики. – Иркутск: СЭИ СО РАН, 1993. – С. 119–127.

38. Еделев А.В., Сендеров С.М. Интегрированная инструментальная среда ПВК "Нефть и газ России" // Информационные технологии в энергетике: современные подходы к анализу и обработке информации: труды Всероссийского семинара. – Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. – С. 165–169.

39. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений / Г. Буч, Р.А. Максимчук, М.У. Энгл, Б.Дж. Янг, Д. Коналлен, К.А. Хьюстон. – 3-е изд. – М.: Вильямс, 2008. – 720 с.

40. The Software Architecture Chronicles. – URL: https://herbertograca.com/2017/07/03/the-software-architecture-chronicles/ (accessed: 17.02.2022).

41. McConnell S. Code complete. – 2nd ed. – Redmond, WA: Microsoft Press, 2004. – 960 p.

42. Баранов В. Иерархия принципов проектирования, или самые важные слова для инженеров. – URL: https://habr.com/ru/post/169487/ (дата обращения: 17.02.2022).

43. Raymond E.S. The Unix philosophy in one lesson // Raymond E.S. The Art of Unix Programming. – Addison-Wesley, 2003. – ISBN 0-13-142901-9.

44. Hunt A., Thomas D. The pragmatic programmer: from journeyman to master. – 1st ed. – Reading, MA: Addison-Wesley, 1999. – 320 p. – ISBN 978-0201616224.

45. Переверза Д. TDDx2, BDD, DDD, FDD, MDD и PDD, или все, что вы хотите узнать о Driven Development. – URL: https://habr.com/ru/post/459620 (дата обращения: 17.02.2022).

46. Design patterns: elements of reusable object-oriented software / E. Gamma, R. Helm, R. Johnson, J.M. Vlissides. – Reading, MA: Addison-Wesley, 1995. – 395 p.

47. Рогачев С. Обобщенный Model-View-Controller. – URL: http://rsdn.org/article/patterns/generic-mvc.xml (дата обращения: 17.02.2022).

48. Мартин Р.К., Ньюкирк Д.В., Косс Р.С. Быстрая разработка программ: принципы, примеры, практика. – М.: Вильямс, 2004. – 744 с.