Управление структурой СЭЭС

Любой процесс управления структурой содержит в себе два компонента: определение новой структуры и способ (траектория) перехода к ней. Напомним, что под структурой СЭЭС принято понимать электрическую схему соединения ее элементов, участвующих в текущий момент в процессе генерирования, преобразования, распределения электроэнергии вместе с этими элементами. Процесс управления структурой СЭЭС определяется техническим и коммутационным состоянием ее элементов.

Коммутационное состояние непосредственно связано с тем - функционирует элемент или нет, т.е. «включен» он или «выключен». Под техническим состоянием элементов подразумевается их работоспособное или неработоспособное состояние - отказ. Отказы могут быть двух типов - «обрыв» и «замыкание». Отказы, которые требуют прекращения функционирования элемента или уже привели к этому – «обрыв». Отказы, которые связаны с невозможностью прекращения функционирования элемента – «замыкание». Тип отказа отдельных элементов системы определяет ее структуру. Способ же перехода к ней во многом зависит от характера отказов. По характеру отказы бывают: постепенные, характеризующиеся постепенным изменением одного или нескольких параметров, и внезапные, характеризующиеся скачкообразным изменением параметров. Техническое состояние элементов обусловливает их работоспособность и может быть причиной изменения коммутационного состояния.

Таким образом, каждый элемент СЭЭС является, в общем случае, источником информации из трех составляющих:

- по техническому состоянию (ТС): «Работоспособен», «Обрыв», «Замыкание» (Р, Об, З);

- по характеру отказа (ХО): «Постепенный», «Внезапный» (ОП и ОВ);

- по коммутационному состоянию (КС): включен – 1, выключен – 0.

Необходимо отметить, что присутствие, значимость и содержание каждой из перечисленных составляющих информации в характеристике объекта зависит от его физической природы. Например, под КС у генератора понимают его готовность к приему нагрузки, а у автоматического выключателя – замкнут или разомкнут и т.д. Кроме этого, информация об объекте только этими составляющими, чаще всего, не ограничивается.

СЭЭС представляет собой совокупность элементов, поэтому ее состояние можно характеризовать вектором с числом компонентов, равным числу элементов.

В настоящее время используется два подхода к решению задач автоматического управления структурой СЭЭС: функционально – логический и конструктивно – логический, предложенный К. В. Недялковым.

Функционально – логический метод управления структурой СЭЭС

Данный метод требует определения множества возможных вариантов входящей информации, состояний системы, путей ее перехода из одного состояния в другое. Метод предполагает заранее полученное разработчиком решение исхода управления по каждому возможному сочетанию указанных факторов. Он не обеспечивает автоматического управления системой в тех ситуациях, которые заранее не предусмотрены. Метод ориентируется на математический аппарат алгебры логики и конечных автоматов. Его реализация требует определения множества состояний для каждого элемента СЭЭС. Фактически это метод для простых систем, в которых множество состояний и объем входной информации – обозримы.

Конструктивно – логический метод управления структурой СЭЭС

Конструктивно-логический метод предполагает существование решения задачи управления на основе единого алгоритма переработки всех возможных вариантов входящей информации. Он не требует заранее составленного решения, обеспечивает необходимую гибкость и надежность автоматического управления СЭЭС в сложных ситуациях. Он формирует структуру системы по информации о техническом состоянии ее элементов.

Этот метод ориентируется на аппарат, связанный с машиной Тьюринга и рекуррентными соотношениями, т.е. соотношениями, позволяющими определять любой член последовательности, если заданы ее первые члены. Его целесообразно применять для сложных систем.

Алгоритм практически любого управления представляет собой решение экстремальной задачи по некоторому критерию. Абстрактное выражение этого критерия есть функция полезности (целевая функция). Теория меры полезности разработана в теории игр, суть ее заключается в том, что предпочтительному действию в игре придается большая (или меньшая) мера. Использование такого подхода к управлению структурой СЭЭС требует определения меры полезности от действий при переключениях. Ограничением к применению данного метода является необходимость обеспечения связности переключения, т.е. вначале создается резервный путь току, а затем отключается аварийный участок.

Основные положения конструктивно-логического метода формирования алгоритмов управления структурой рассмотрим на примере СЭЭС, представленной на рис. 8.4.

В ней допускаются следующие режимы работы:

- одиночная работа любого генераторного агрегата на шины ГРЩ;

- параллельная работа валотурбогенератора (ВТГ) и турбогенератора (ТГ);

- длительная одиночная работа турбогенератора и дизель-генератора на свои шины;

- кратковременная параллельная работа на время перевода нагрузки между ТГ и ВТГ, ДГ и ВТГ, ТГ и ДГ;

- работа аварийного дизель-генератора.

Выбор режима использования станции может осуществляться оператором в зависимости от режима работы судна или автоматически, в результате действия системы управления.

Используя теорию графов можно построить граф-модель СЭЭС (рис. 8.5). В графе вершина «э» физически истолковывается как источник энергии, содержащейся в топливе, вне зависимости от конкретных ее видов. Ребра эa, эb, эc эd, выходящие из вершины э соответствуют преобразователям различных видов энергии в электрическую с линиями передачи электроэнергии: эa – ВТГ и А₁; эb – ТГ и А₂; эc – ДГ и А₃; эd – АДГ и А₇. Вершины a, b, c, d соответствуют секциям ГРЩ, от которых получают питание судовые потребители электроэнергии; они являются стоками электроэнергии и узлами соединения межсекционных перемычек. Ребра ab, bc, cd соответствуют межсекционным перемычкам: А₄, А₅, А₆.

Рис. 8.5. Граф-модель СЭЭС

Далее для каждого режима работы станции определяются номера приоритетов источников и путей канализации энергии: чем ниже номер, тем выше приоритет. Данные номера, называемые коэффициентами веса, присваиваются соответствующим ребрам графа. На рис. 8.5 показана значимость элементов для режима одиночной работы генераторных агрегатов (первый режим). Наиболее предпочтительным в данном случае является питание потребителей от валотурбогенератора.

В процессе управления должно обеспечиваться бесперебойное электроснабжение потребителей, подключенных к секциям ГРЩ в точках a, b, c, d.

Допустимым управлением является построение “деревьев”, имеющих корень в вершине “э”. Из всех возможных деревьев выбирают то, которое будет иметь минимальную сумму весов составляющих ребер.

Пути распределения энергии в каждом режиме представляют собой подграфы основного графа. Одним из алгоритмов построения минимально связных ”деревьев” (связный граф – это граф в котором любые две вершины связаны) является алгоритм Краскала: на каждом шаге последовательно вводятся ребра с приоритетом по минимуму весов.

Таким образом, процедура формирования структуры СЭЭС начинается с выбора ребра, имеющего минимальный вес, и далее на каждом шаге к нему добавляется следующее ребро, имеющее также минимальный вес и не образующее с ранее выбранными ветвями цикла. Процесс заканчивается после отбора для «дерева» (р -1) ребер, где р количество вершин графа.

В соответствии с изложенным, первому режиму использования СЭЭС соответствует подграф (рис. 8,6, а) ее граф – модели (рис. 8.5).

Рис. 8.6. Подграфы граф-модели: а - при отсутствии отказов в оборудовании;

б – при отказе АВ₄; в – при отказе АВ₄ и турбогенератора

Техническое и коммутационное состояния элементов СЭЭС, соответствующие указанному подграфу, можно представить в виде следующей записи:

ТС – 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7;

КС – 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1,

где в верхней строчке указано техническое состояние элементов СЭЭС (работоспособны); в нижней строке указано коммутационное состояние тех же элементов (1 – включен, 0 – выключен). Генератор и автоматический выключатель рассматриваются как единый элемент в управлении структурой.

В случае отказа, например, секционного автоматического выключателя А₄, (ребро с весом 3) в соответствии с алгоритмом Краскала структура будет определяться подграфом рис. 9.6, б, для которого справедлива запись:

ТС – 1, 2, 3^*, 4, 5, 6, 7;

КС – 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1,

где «^*» означает неработоспособность элемента.

Если к отказу А₄ добавится отказ турбогенератора (ребро с весом 2) структура СЭЭС будет соответствовать подграфу рис. 8.6, в. Техническое и коммутационное состояние элементов такой системы будет:

ТС – 1, 2^*, 3^*, 4, 5, 6, 7;

КС – 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1.

Переход с одного подграфа на другой происходит дискретно, а критерием выбора варианта перехода служит минимальная сумма весов элементов СЭЭС. Аналогичные операции будут осуществляться при управлении структурой СЭЭС в других режимах ее использования. В общем случае для каждого режима необходимо перейти к графу с новыми весами ребер, соответствующими новой значимости каждого элемента СЭЭС в рассматриваемом режиме ее использования. В режимах с параллельной работой генераторов, необходимо к тому же снять ограничения на циклы, образуемые этими ребрами.

Отказу типа «обрыв» элемента, входящего в цепочку, которая составляет i – е ребро, соответствует присвоение ребру веса равного бесконечности, что равносильно исключению этого ребра из граф – модели СЭЭС.

Если произошел отказ типа «замыкание», то соответствующее ребро необходимо включить в граф – модель в замкнутом состоянии, что равносильно присвоение ему веса «0». Эта операция соответствует «склеиванию» вершин графа.

В общем случае процесс автоматического управления структурой, рассматриваемый в трехмерном пространстве, является ступенчатым (рис. 8.7). В каждой из трех плоскостей ТС – КС, соответствующих разным режимам эксплуатации СЭЭС, управление структурой будет происходить по алгоритму Краскала. Переход с режима на режим по оси Р будет происходить либо по команде оператора, либо при достижении критического значения параметра Р. Переменная Р, управляющая переходом СЭЭС с одного режима ее использования на другой, является параметром перехода.

Рис. 8.7. Управление в осях ТС, КС, Р

Дата добавления: 2014-01-20