автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Регулирование режимов электропотребления промышленных предприятий. Моделирование возможных результатов управления



1

1 I

НИЖЕГОРОДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОЗОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ТАТАРОВ Евгений Иосифович

РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОГОТРЕВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗОЗМОЭШХ РЕЗУЛЬТАТОВ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы

и системы, включая их управление и регулирование.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 1992

Работа выполнена на кафедре "Электроэнергетика" Нижегородского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Е.М. Червонный

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Г. Я. Вагин,

кандидат технических наук, доцент К.В.Иакарина

Ведущее предприятие - НШ ¡экономики энергетики г.Москва

Зашита состоится 1992 г. в // "часов

в ауд. заседании специализированного совета

К 063.85.06 по пржг\дениго ученой степени кандидата технических наук в Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте (603600, ГСП-41, г.Нижний Новгород, ул. Минина, 24).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского политехнического института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета канд.техн.наук, с.н.с.

Э.В.Соколов

ОБШАЯ .ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Одними из важнейших задач развития энергетики на современном этапе являются дальнейшее повышение надежности электроснабяения (ЭС) потребителей; повышение эффективности генерации, передачи и потребления электроэнергии; снижение дефицита регулировочной способности генерирующего оборудования в условиях перехода РФ к новым условиям хозяйствования.

Одним из перспективных направлений решения этих задач является элективное испотьзование регулировочной способности потребителя электроэнергии.

Поямомасгтгабноэ использование регулировочной способности проигаленных предприятий (ПП) требует изменения система взаида-отнотчй !■• ?гду гнерппредприятием - продавцом я предприятием -покупат.^еч ггтровн' ргим на основе учета взаимных интересов и может бить декомпозирована на гех<п.чоские, экономические, юридические, организационные и научные направления и мероприятия.

Задачи, связанные с проблемами управления нагрузками ГТП, обседались на ¡заседаниях секции развития к функционирования электроэнергетических и тяпсосяабудюцих систем Научного совета по комплексным проблемам энергетики АН СССР и включены в контур управления АСДУ ЕЭС.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с координационным планом работ ОФТПЗ РАН на 1992-1996 г. г. по направлении 5 : "Оптимальное управление развитием и функционированием электроэнергетических систем"; пробле;га 5.2; работа 5.2.1 и мезгзузоЕСКОй научно-технической протравой "Новые методы и средства экономии ресурсов и экологические проблемы энергетики"; задания 3.1.01, 3.1.02, соисполнителем которых является кафедра электрогнергетики Нижегородского политехнического института.

Цель работа. Обеспечение возможности выбора оптималыпгх решений по управлении режимом электропотребления (ЗП) отдельного среднего или крупного ПП за счет использования методов и моделей прогнозной оценки возможных технико-экономических последствий изменения режима ?П при реализации управ л шлих поз-действий (УЗ) на схему ?С ПП в форме отключения групповых и (или) индивидуальных аппаратов управления электроприемниками.

3

В диссертации поставлены и решаются следующие задачи:

1. Анализ современного состояния проблемы использования регулировочной способности ПП, включая вопросы формализованного отбора допустимых способов реализации УВ.

2. Анализ современного состояния проблемы оценки технико-экономических последствий УВ на схему 8С ПП. Сформировать систему количественной оценки технических последствий реализации УВ.

3. Разработка формализованной концептуальной модели (ФКЫ) ПП, позволяющей учитывать реакцию производственной системы на управляющее воздействие.

4. Анализ динамики изменения состояний ФКМ ПП в ходе моделирования последствий реализации УВ на базе агрегативного год-хода и на его основе выделение характерных групп предприятий, объединенных единством правил моделирования изменений состояния исследуемых ПП.

5. Исследование характерных подпроцессов проявления возможных технико-вкономичаских последствий от реализации УВ на ФКМ и выделение из них основного подпроцесса. Обоснование выбора классов математических моделей, применяемых для некоторых выделенных групп ПП.

6. Разработка математической модели основного подпроцесса реакции ФИЛ ПП на УВ, предназначенной для формирования на ее основе имитационной модели (ИМ) ПП со смешанной структурой ФКМ и последовательной схемой запуска участвовавших в реализации УВ смекных элементов ФША.

7. Разработка Щ универсального (настраиваемого) типа, предназначенной для прогнозной оценки возможных технико-экономических последствий реализации УВ на средних и крупных ПП, моделируемых ФЙМ со смешанной структурой и последовательной схемой запуска отключавшихся при реализации УЗ агрегатов.

Методы исследований. В работе использовались теория множеств, элементы теории управления больших систем и системного анализа, метода теории вероятности и математической статистики, методы аналитического и имитационного математического моделирования.

Научная новизна. В диссертации впервые предложены аналитическая (для линейной структуры) и имитационная универсальная иерархическая (для произвольных структур) модели оценки послед-

ствий УВ на режим ЯП, пригодные для широкого класса промышленных потребителей электроянергии. Обоснована принципиальная возможность расширения состава реяиишх мероприятий, охватываемых моделью. Предложенная модель позволит выработать теоретические и практические решения по учету требований режимной управляемости при проектировании систем ЭС ПП.

Практическая ценность. Использование предложенных моделей оценки реакции производства на управление режимом ?П позволяет осуществить выбор оптимально Я реализации управляющего воздейст-зия из :.:- !те::тг;'л допувтиюпе; обеспечивает уп->якчен1'в диапазона регулирования ?П ПП г>а счет реализации подготовительных мероприятий ча стадиях проектирована и пкеплуатапчи; позволяет широкому кругу ии^рш'пю-т'хчкчлоч!^ работников ПП и служб энергонадзор' прочз^од-ть Ем^ор, обоснование и анализ решений по управлению ГП; ~ перег.эятиво -озв!-.тт<т нарабатывать практические решения по учету требований режимной управляемости при проектировании систем ?" ПП.

РеачнзГ'ТП'Я результатов работы. Результата исследований использованы в научно-исследовательских работах, выполненных для оптимизации режимов ялектромлбтения потребителей Нижновэнерго.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на X и XI сессиях Всесоюзного семинара АН СССР "Кибернетика электрических систем" по тематике Тлектроснабжение промышленных предприятий", г. Новочеркасск 1288 г., г.Абакан 1989 р. ; на У Всесоюзной конкуренции по проблемам управления развитием систем, г. Саратов, 1938; на научно-технических конференциях "Актуальные проблемы ¡электроэнергетики", г. Горький, в 1985,... ,1989, 1991 гг.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ и 5 отчетов по ЧИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 125 наименований. Работа содержит 195 страниц основного машинописного текста, s том числе 18 рисунков, 12 таблиц, 23 страницы приложений.

КРАТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Во введении на основе анализа современного состоя-

ния ЕЭС обоснована актуальность использования регулирования режимов ЭП в двух аспектах:

з узком - как средство снижения противоречия между тотреб-ной и располагаемой регулировочной способностью основного генерирующего электрооборудования энергосистем;

в широком - как одно из средств повышения конечной эффективности использования электроэнергии и энергетического оборудования.

В первой главе рассмотрено современное состояние исследований по проблеме регулирования режимов ?П ПП и выполнена постановка задач диссертации.

Регулирование ЗП реализуется путем воздействия на групповые и индивидуальные аппараты управления плектроприемниками. Конкретная величина снижения РП ПП может быть обеспечена путем воздействия на различный состав электроприемников, что может сопровождаться различными по величине и составу показателей последствиями. 3 диссертации рассматривается прогнозная оценка возможных последствий реализации УЗ, требуюшая проведения системного анализа влияния отключений электроприемников одних участков производства на функциональные возможности других участков производства, связанных с первыми единством технологического процесса. При этом основное внимание сосредоточено на получении численных характеристик ожидаемых технико-экономических последствий от реализации УЗ.и вероятностях возникновения этих последствий. Для количественной оценки составляющих ушерба, перерасхода энергоносителей и других последствий от реализации УВ предусматривается использование результатов проводившихся ранее исследований других авторов.

При проведении исследовательских работ в области использования регулировочной.способности электропотребителей к настоящему времени выработан подход к оценке экономических последствий управления йП - метод микромоделирования; разработана универсальная аналитическая модель оценки длительности простоя полностью отключаемэго участка производства; разработана удовлетворяющая потребностям практики методика оценки экономического '/герба.

3 то же время следует отметить, что несмотря на теоретическое обоснование необходимости системного подхода к оценке последствий от управления сП на участках производства, связанных с

б

погашаемыми единством технологии, а также необходимости обеспечивать прогнозную оценку технических характеристик последствий управления дополнительно к экономической характеристике - ущербу, в настоящее время отсутствуют модели, обеспечивающие требуемый спектр оценок в условиях детерминированной и стохастической информации об исходном состоянии производства и пригодные к массово и у применении на ПГ1 и в предприятиях Энергонадзора. Следует подчеркнуть, что в результате разработки пригодных к »ассозому использовании моделей оценки возможных технико-рко-номическ"х последствий УЗ регеется задата информационного обеспечения процедуры принятая решения об оптимальном УЗ, причем теоретические ссиопг для разработки формализованно8 процедуры принятия рошений ° эртв уя<з разработан::.

Од;а! но разделов г';1~:г ¡мсвяяен анализу современного состояния простом ^гулуровчн»я ?П в промгапенно развитых странах с рниочиоЧ рконо:'ик1Й.

3 качестве осчоеного свойства, обеспечивающего способность прмытлониых систем "С изменять ро~ик ЗП при сохранении полной или частичной способности материально-производственной подсистемы ПП выполнять свои целевую '¡такцига, ранее выделено наличие избыточности производственной подсистемы как сложной технической ' систега, В рамках задач регулирзания ЭП з первую очередь необходим учет временной избыточности ПП (прежде всего наличие прмежуточных запасов полуфабрикатов в различных накопителях) при том условии, что на од величину существенное влияние оказывают такте нагрузочная и функциональная виды избыточности.

3 рассмотрении работах доказано, «то из оби'его числа возможных способов реализации УЗ целесообразно отобрать множество допустимых способов реализации УЗ ухе на ртапз предварительного анализа структур» РП ПП. Важнейшим критерием отбор до пуст и иле УЗ является сохранение пнетаих обязательств ПП, т.е. недопустимость срыва поставок предприятиям-сметникам. Рто может быть достигнуто за счет целенаправленного использования временной избыточности ПП.

В диссертаций приводится формализованный анализ регулировочной способности ПП на основе обследован/Я ПП с непрерывным технологическим пртцессом различных отраслей прютленности. Знделены характерце зоны возмояного снижения <П с точки зрения сохранения ПП возможности осуществлять свою целевую функцию. Соответст-

вие между зонами возможного снижения ЭП и зонами характерного изменения производительности ПП устанавливается за счет введения понятия "уровней" РП. Общая' картина возможного соответствия зон и уровней ЭП и производительности показана на Рис. 1. Предложенная структура РП ПП может оказать существенную пэмошь при выявлении допустимых способов управления РП формализованными способами.

Принятие обоснованных решений о способе реализации конкретного УЗ из числа допустимых можно осуществлять на основе предложенной системы численных прогнозных оценок возможных технико-экономических последствий УВ: изменения во времени фактически отключенной мощности; степени локальности разрушения технологического процесса (число агрегатов, выходивших из нормального технологического режима); отсутствия невосполнимого недовыпуска продукции; величине перерасхода энергоносителей; возможному браку продукции, выходу га строя инструмента и оборудования, возникновению опасности для людей; полной длительности простоев отдельных участков производства и величине ожидаемого экономического ущерба. Обоснована необходимость моделирования на РВМ для получения требуемого спектра оценок.

Анализ работ, посвященных рассматриваемой проблеме показывает, что существенный положительный эффект от использования регулировочной способности ПП может быть получен лишь в условиях массового активного участия в работах данного направления энергослужб крупных и средних ПП с одной стороны и соответствующих служб энергосистем с другой. Поскольку выбор решений по управлению режимами ЭП, осуществляемый енергослухб&ми ПП на основе сравнения оценок возможных последствий реализации УВ и предлагаемых энергосистемами льгот, существенно зависит от индивидуальных особенностей ПП (структуры, параметров, технологических особенностей и т.д.) и является сложной технико-экономической задачей, методическое, математическое и программное обеспечение получения системы численных прогнозных оценок возможных технико-экономических последствий реализации УВ должно быть максимально унифицировано и, по возможности, формализовано. Поэтому во второй и третьей главах диссертации изложены: методические подходы, система ограничений, результаты исследований, области применения различных видов моделей, позволяющих достичь определенной универсальности информационного обеспечения решений задачи управления

_________________Урдрднь максимального электропотЕС^ленил

Зона

выпуска

продукции

Зона

сохранения

планового

выпуска

Зона работа с пзниеснноЯ производительностью

Зона

постепенного прекращения выпуска продукции

¿Уровень сезонных и технологических (колебаний электропотреб;.снкя

Уровень потребителе;-? - регуляторов

МОЩНОСТИ __________

Зона I

обязательного

использования

регулировочной

способности

Уровень сохранения планового ЕЬ'дуг^А-сшажд'л_______

(.Зона оптими-

" ЗОЦИОН1ШХ

Уровень брони $ункцпоннрова1Ш

Уровень поддержания тохнолог:го о к их параметров (щфкуляция)

Тровень технологической брони ____Уголен^ агпр^йноД,, брони т1 ||<м

Зона ви.чуз (ава] регулирования

вынужденного (аварийного)

Зона полного погашения 0 {

Зона возможного регулирования

.Зона недопустимого регулирования

Рис. ^Обобщенная модель электропотребления предприятия с непрерывны;* технологически!! процессом.

режимами ЭП Ш в условиях эксплуатации и проектирования.

Вторая глава посвящена принципам построения формализованной концептуальной модели ПП как объекта управления и формализация правил взаимодействия элементов модели.

В диссертационной работе понятие "<рорыализованная концептуальная модель" (ФНМ) объекта исследования трактуется как ы од о л ь абстрактного, описательного типа, отражающая представления (концепцию) исследователя о сущности процесса нарушения функционирования исследуемого объекта при рассмотрении этого вопроса а границах, определенных целями исследования и принятыми'ограничениями.

Обследование большого числа ПП различных отраслей промышленности показало, что последствия УВ на системы ЭС ПП проявляют себя, главным образом, в технологической подсистеме предприятия. В связи с этим основой для построения ФИМ является технологическая подсистема ПП. ФНМ может строиться для всего ПП или части его при условии, что последствия УВ на эту часть ПП при их длительности до 3-4 часов, заведомо не окажут влияния на другие части этого предприятия (производства, группы цехов, филиалы и т.д.) или другие ПП за счет запасов временной избыточности на входе и выходе моделируемой части производства.

При разработке ФКМ для оценки возможных последствий УВ на схемы ЕС ПП реализован подход, основанный на принципах микромоделирования, дополненных системным анализом влияний, оказываемых отключением разных совокупностей электроприемников на общий ход производственного процесса.

В качестве элементов ФНМ выбраны агрегат - элемент, юдоли-руший обрабатывающую функцию некоторого "элементарного" участка реальной производственной системы, выделяемого с учетом особенностей исходной и конечной технико-экономической информации; и буфер - элемент, моделируюший эквивалентное проявление всех видов возможной избыточности производственной системы.

3 качестве основного подпроцесса развития последствий УВ выделен подпроцесс распределения длительностей простоев элементов ФК?.1, уодалирутих обрабатывающие звенья реальных производств. 05 па лая информацией о результатах моделирования основного подпроцесса с помощью нослотчнх анап'/т-'чоских выражений можно получить численкиа значения остальное видов последствий УЗ в устозиях детерм'/нирозанной и стоха^т''Чяской исход-

кой информации.

Анализ временных диаграмм ФИ различных структур при наиболее статной з реализации последовательной (поочередной) схеые запуска отключившихся агрегатов показал, что:

реализация математического моделирования должна бнть осно-3s- ¡-а событийном подходе к моделирования;

и случае ФКМ с линейной структурой существует универсальная система ахалитичзских выражений, позволявшая оценивать технико-якономические последствия УЗ с использованием РЗМ;

з случае DKM с произвольной (последовательно-параллельной) структуреслелаио заключэние о необходимости применения метода имитационного •.■^л"1т-розания (VIA), поскольку развитие последствий 73 определяется стохастическим характерец исходных состояний моделируемого ПП и не может быть определено до начала имитационного эксперимента.

Разработана модель оценки длительности простоя агрегата, подвергавшего^ ; •-• посредственному УВ, оостояшему в отключении части алектропр'-•-ыников связанных с механизмами моделируемого Элементарного" -частка (частичная разгрузка агрегата). На осно-априорных декомпозиции л анализа моделируемого "злементарюго" участка он представляется набором параллельных агрегатов, один .из которых моделирует отключаемую часть оборудования и имеот упрошенный механизм восстановления работоспособности после снятия 73, второй моделирует оставшуюся в работе часть оборудования. Тага Я подход, расширяя область применения рассматриваемого типа ФГОЛ, сохраняет подтвержденный пр.^ггикой обследования механизм взаимодействия елекентов модели.

Третья глава посвящена разработке универсальной математической модели основного подпроцесса реакции '5КН ПП на УЗ и алгоритма имитационного монтирования реакции производственной системы на упрааляу,ш-;о воздействие.

Построение алгоритма и '/рраэлпгшей программ! имитационного моделирования,обладавших высокой степенью универсальности непосредственно на основе or.'/camstх во- второй главе диссертации правил построения 'I'.íí, незозмо-^чо з силу недостаточгай степени формализации описания мэделмр7р(.-ого ПП. Поэтому содержаниям следующего птапа исследований стало построение матсматкчезкой модели, адекватно отражаюдей динамку поведения «ИМ мэделируемоЯ производственной системы и пригодной по степени формализации для noli

строения универсальной управляющей программы имитационного моделирования последствий различных го величине, длительности и подбору отключаемых объектов управляющих воздействий на рехим РП ПП в условиях произвольной структуры ФЮА и последовательной схемы запуска отключавшихся агрегатов.

Функционирование ФКМ, при решении задачи использования регулировочной способности Ш в соответствии с выполненной постановкой, наиболее полно отражает математический аппарат агрега-тивного подхода. Разработанное описание универсальной математической модели ПП ориентировано на решение основной задачи -обеспечения моделирования длительности простоев отключавшихся агрегатов ФКМ, поэтому вопросы фиксации результатов моделирования, перерасчета связанных показателей последствий УЗ по результатам имитационного моделирования основного подпроцесса последствий УВ в описании математической модели не рассматриваются.

На атапе математичес кого моделирования агрегатизных систем под агрегатом понимается некоторая математическая схема. 5'споль-вуемне при составлении ФНЭД ПП понятия об элементах ФКМ - агрегате и буфере - при составлении математической модели описываются агрегатами (математическими схемами) двух типов: типа А - моделирующими обрабатывающие звенья реального технологического участка и типа В - модулирующими функции звеньев хранения. Модель ПП на данном этапе последовательной '¡«реализации представляет собой совокупность математических схем типов'А и Б, функционирующих в-соответствии с внутренней логикой каждого типа агрегатов и структурными связями, объединяющими их воедино.

Отметим важную особенность -разрабатываемой модели - те сос- ■ тояния а(Т) агрегатов типа А,"что соответствуют нормальному режиму работы моделируемого участка производства, в процессе моделирования учитываться не должны. В качестве промежуточной цели (моделирование основного подпроцесса реакции ФКМ на УВ) модель должна обеспечивать вычисления длительностей интервалов времени нахождения отдельных агрегатов типа А в состояниях, связанных с полным или частичным нарушением хода производственного процесса. В качестве средства достижения цели модель должна определять м о м е н т ы перехода агрегатов типа А из рабочего состояния в отключенное и обратно, поддающиеся имитационному моделированию в рамках событийного подхода. Динамика изменения состояний агрегатов типа Б рассматривается а математической модели лишь по-

стольку, поскольку она оказывает влияние на состояния агрегатов типа А.

В пространствах состояний агрегатов типа А и Б выделяются особые группы кратковременных состояний, соответствующих моментам взаимодействия с другими агрегатами модели или внешней средой (получение или генерация сигнала), определяемые как особые состояния агрегатов.

Применительно к математическим агрегата« типа А определим дискретное пространство возможных состояний следующим образом:

, а) а) /и , .

А» ( а , а , а ), где (1)

а1^- рабочее состояние агрегата, характеризуемое 100% произво-

. дительностью;

(2)

а - неработоспособное состояние агрегата, характеризуемое интервалом времени (или от момента останова агрегата до момента начала технологической подготовки к пуску и отсутствием выпуска продукции; а - режим технологической подготовки и выхода агрегата на 100% производительность, характеризуемый интервалом врзмени ( + f^ + и отсутствием выпуска продукции. Применительно к агрегатам типа В пространство состояний определим как:

- , ф U) 13/ м ,оч

В»(з,в,в,в), где (2)

в'"- неособое состояние, соответствующее уровню ваполнения моделируемого буфера ФКИ от минимального до максимального возможного уровня заполнения, не вызывавшего отключений смеж-ннх агрегатов;

в - критическое по переполнению, соответствующее максимальному возможному уровню заполнения моделируемого буфера ФКЫ; критическое по истогаению, соответствующее минимальному воа-^ можному уровню заполнения моделируемого буфера ФЮА; в - особое кратковременное состояние агрегата, соответствующее промежуточному уровню заполнения буфера ФЬИ в момент при котором снимается запрет на восстановление разорванных в критическом состоянии связей с агрегатами типа А, отключившимися по причине истощения или переполнения моделируемого буфера ФКМ.

Переход агрегата из одного состояния з другое по некоторым траекториям а'^СГ) или BW(T), где U 1,2,3; J- 1,...,4, описн-

13

вается с помощью частных видов оператора переходов Н, который позволяет по предыдущему определять последующее состояние агрегата:

Н » Шт, V', V", и/), (3)

конкретный вид которого определяется причиной, вызвавшей происходящий скачком переход агрегата ив одного состояния в другое.

Агрегат имеет две обязательные группы контактов: входные Кгде С- номер агрегата, /- номер клеммы данного типа, на которые поступают входные сигналы от других агрегатов, моделирующие факт прекращения (х^) или восстановления поступления материального потока для обработки или хранения в рассматриваемом агрегате; к выходные контакты Ку<-^, на которнх формируются выходные сигналы, моделирующие факт'разрыва (ур или восстановления (у£) материального потока, выходящего из рассматриваемого агрегата после обработки или хранения, с помощью которых данный математический агрегат воздействует на связанные агрегаты. Агрегат типа А имеет дополнительную группу входных контактов на которыо поступают управляющие сигналы, причем под управляющими сигналами понимаем внешние управляющие воздействия на агрегат типа А, соответствующие событиям: началу участия в регулировании и окончанию участия в регулировании данного агрегата. Допустима состояния математических агрогатоп обоих типов описываются некоторым фиксированном'для кагдого типа агрегатов набором параметров. Параметры агрогатоп могут бнть разделены на дво группы, числ&кныэ значения которнх либо определяют состояние агрегата (подготавливают изменения), либо определяются состоянием агрегата (изменяют значение в момент изменения состояния).

В диссертации приведены приь-ерн моделирования изменения состояний математических агрегатов типа А и Б с ситуациях воздействия еиташх управляющих сигналов ^с " входных сигналов х^.

Предлагаемой агрегативный подход к моделированию динамики функционирования изучаемой системы соответствует разовой реализации модельного эксперимента (не учитывает стохастического характера моделируемого процесса), которая является базой для организации многократных реализаций имитационной модели в соответствии со схемой метода Конто-Карло, позволяющего учесть вероятностный характер моделируемого процесса. Алгоритм и программная реализация Ш позволяют получить полный набор вероятностных ха-

рактеристик оценок возможных технико-экономических последствий УЗ. Выходные документы Ш содержат основные характеристики (математическое ожидание, среднее квадратическов отклонение) всех случайных величин, получение которых обеспечивается ИМ с требуемой точностью.

При построении эффективного алгоритма базисной (управляющей) модели реализованы: событийный подход к моделированию динамики функционирования; решены вопросы организации модельного времени (механизм продвижения с переменным шагом, единица измерения минута, определено предельное возможное значение в разовой реализации); решены вопросы организации квазипараллелизма. Базисная программа реализована на языке фортран. Разработана универсальная структура базы данных, являющейся сервисной моделью, организующей настройку модели, хранение исходной информации, накопление результатов экспериментов и хранение результатов экспериментов в условиях имитационного моделирования при детерминированной и частично стохастической исходной информации.

Проведена валидация базовой модели на линейной; смешанной, на базе структур, характерных для нефтепереработки; смешанной, на базе конкретного химического производства структурах ФКМ. Получено совпадение результатов машинных имитационных экспериментов с представлениями разработчика о динамике изменения состояний ФКМ.

В четвертой главе показана реализуемость принципов и моделей, лежащих в основе построения ФКМ ПП и универсальной (настраиваемой) иерархической V!! оценки возможных технико-экономических последствий управления ЭП ПП на примере полного комплекса работ (формирование ФКМ, выделение допустимых способов регулирования, настройка универсальной Ш и модельные эксперименты в условиях детерминированной и частично стохастической исходной информации) на базе крупнотоннажного производства аммиака.

Обследования производства аммиака, зходяшего в состав крупного многономенклатурного химического объединения, выполненные кафедрой электроэнергетики,обеспечили основу принятия решений при '{ормировании ч-К!« и заполнении структур базы- данных сервисной модели. На момент обследования электроэнергетическое хозяйство предприятия характеризовалось следующими данными: установленная мощность электрооборудования 255,7 тыс.кЗт; заявленный максимум

нагрузки 94 тыс.кВт; среднее суточное потребление анергии 2130 тыс.кВт.ч; коэффициент заполнения суточного графика нагрузки составлял 0,967. Электропотребление анализируемого производства составляет порядка 50% обшого ?П предприятия.

Обследование показало неэффективность, а часто и невозможность регулирования РП групповыми и индивидуальными аппаратами 0,4 кЗ. Управление нагрузкой в схеме РС южно осуществлять воздействием на выключатели 6 кЗ отдельных присоединений. В качестве объектов управления могут выступать электродвигатели основного технологического оборудования: газовых компрессоров (ГК, СДКП - 5000 кВт), турбокомпрессоров (ТК, СШ - 3500 к3т), нагнетателей кислородо-вовдушной смеси (НКВС, АТД- 800 кЗт). Реальная регулировочная способность производства составляет не более 10 -15% потребляемой мощности.

Полученная в результате обследования технологическая, энергетическая, экономическая исходная информация позволила сформировать ФКМ производства аммиака, в состав которой входят 40 агрегатов! и 6 буферов полу{>абрикатов, объединенных 94 связями.

В диссертации приведены результаты имитационных экспериментов то оценке возможных технико-экономических последствий от реализации УВ, состоящего в отключении электродвигателя ТК-1 в условиях:

1. Детерминированной информации о. заполнении буферов ФНМ, при длительности УЗ один час и времени заблаговременного преду-прехдония об УВ - 4 часа, достаточного для подготовки производства к останову. Мероприятия по пропорциональной разгрузке последующих отделов производства реализованы через 30 уинут после начала УЗ, при этом УВ дополнительно сказывается на 13 агрегатах Ф:(М. 3 результате разовой реализации имитационного эксперимента получены следующие численные оценки: общая длительность простоя: агрегата, моделирующего ТК-1 на 150%, агрегатов, участвовавших в частичной разгрузке на 100% превчтает длительность УЗ; отудаеммй недовыпуск газообразного аммиака 23,5 т, жидкого - 8,8 т, что соответствует простою всего производства в течение одного часа; непроизводительный расход электроэнергии 1905 кЗт.ч Динамика снижения мощности характеризуется следующими данными: в ноль модельного времени (соответствует моменту отключения ТК-1) мощность снижена на -г;1?о кЗт; на тр"дцатой мтчтуте снижение составило 19825 кВт (реализована частичная разгрузка последователь-

ных отделов - 624$ от первоначально отключенной мощности); на шестидесятой минуте снижение сократилось до 19505 кВт (начат комплекс пусконаладочных работ по запуску ТК-1 - 614$ от отключенной мошности); на 150 минуте производство вышло на нормальный режим ялектропотребления, при этом реальное время нарушения нормальной работы производства в 2,5 раза превосходит длительность реализованного УЗ.

2. Стохастической информации о заполнении буферов «йОА при длительности УЗ Z часа и времени заблаговременного предупреждения 4 часа. Уровень заполнения буферов полуфабрикатов подчинялся равномерному закону распределения в диапазоне от 8 до 100$ физического объема накопителей. Многократные реализации Ж состояли из серий по 100 разовых реализаций модельных экспериментов.

Мероприятия по частичной разгрузке отделов производства реализовызались через 60, 30, 15 и 10 минут после начала моделирования УЗ, что сопровождалось с вероятностью 0,7; 0,31; 0,11 и 0 соответственно полным срывом технологического процесса.

3 результате многократных реализаций WA с мероприятиями по частичной разгрузке последующих отделов через 10 минут после начала УЗ почучены следушие технико-экономические оценки последствий УВ: длительность реального простоя агрегатов составила: математическое ожидание 210 и 200 минут для моделирующего ТК-1 и частично разгружаемых агрегатов соответственно; оценка математического ожидания недовыпуска газообразного аммиака соответствует простою производства в течение одного часа 40 минут. Характеристики динамики снижения ЗП аналогичны полученным в разовой реализации, за исключением того, что иное УЗ вызывает наступление моментов изменения Г:П при новых значениях модельного времени.

Сравнение результатов имитационного моделирования последствий УЗ на схему ?С ПП с оценками ожидаемых результатов, выполненными экспертами и частными оценками фактических последствий свидетельствует о достоверности и реализуемости методов и моделей, предлагаемых в диссертации.

ЗА'ШШНИК

Основные результаты выполненной работы можно сформулировать счедунпим образом:

1. На основании анализа современного состояния отечественной энергетики, характеризуемого как предкризисное, и тенденций

17

развития энергетики ь гфокышленно-развитых странах с рыночной экономикой выделено активное использование регулировочной способности промышленных потребителей электроэнергии как одно из направлений увеличения надежности электроснабжения, эф,ективности конечного использования электроэнергии и снижения нарастающего дефицита располагаемой регулировочной способности установленного генерирующего оборудования.

2. Предложена система формального структурирования электро-потробления промышленных предприятий с непрерывным характером производства, обеспечивающая -выделение допустимых вариантов реализации управляащих воздействий на систему электроснабкения из числа возмознкх уяе на этапе построения модели промгаленного предприятия.

3. Поставлена задача прогнозной оценки возможных технико-экономичослюс последствий управления режимом электропотребления промгшленного предприятия кг.к одна из задач, входящих в комплексы технических, юридических, экономических проблем, разрешение которых необходимо для установления системы взаимовыгодных отношений козау энергосистемами и промышленными предприятиями. Предложена система показателей оценок* технико-экономических последствий управления электропотреблением.

4. Предяо.~ено моделировать в качестве основного подпроцесса реакции формализованной концептуальной модели промшпенного предприятия на управление его электропотреб,¡еннем распределение длительностей простоев агрегатов модели, определяемое с использованием метода ыикромодеяированкя, дополненного системным анализом влияний, оказываемых отключением разных совокупностей электроггряемникоЕ на общий ход производственного процесса, при событийном подходе к моделированию. Обоснованы условия применения анеяитичеяяогй г имитационного моделирования.

5. Предложена математическая модель, основанная на агрега-тивном подходе, использующая процедуры ф.унгалопирования двух типов агрегатиз в условиях переменного шага модельного времени.

6. Реализована концепция двухуровневой иерархической настраиваемой имитационной модели реакции промышленного предприятия на управляющие воздействия на режим электропотребления в виде алгоритмов и программ.

7. Разработанная имитационная модель может быть применена на предприятиях различных отраслей промышленности и на предприя-

тикх Энергонадзора при организации взаимовыгодных экономических отношений. Применение модели при проектировании и на этапе подготовки к реализации .управляющих воздействий в эксплуатации позволяет расширить диапазон располагаемой регулировочной способности промышленного предприятия и способы реализации управляющих воздействий.

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кованова W.B., Папков Б.З., Татаров В. Г'. Зозгагности регулирования электропотребления производств с непрерывным технологическим процессом. - В кн.: Наденность и экономичность электроснабжения нефтехимических заводов: Сб.статей/ Омский политехи, ун-т, Омск, 1587. - с.45-51.

2. Червонный K.M., ¡Пеголькова Т.М., Аглнулин А.Х., Татаров У. Моделирование поведения промышленных потребителей з задачах

управления нагрузкой. - 3 кн.: Распределенные информационно -управляющие системы. Сб.статей/ Саратовский университет, Саратов, 1988. - с. 168-169.

3. Червонный S.W., Козакова W.3., Татаров 8. И. Оперативноо управление режимами электропотребления промышленных предприятий. - 3 кн.: Генерирование, преобразование, потребление электроэнергии. Сб. научн. трудов/И-нт проблем энергосбережения АН Укр.ССР, Киев, 1989. - с.66-72.(

4. Артамонова С.Г., Татаров Е.И. Оценка длительности простоев агрегатов в задачах регулирования электропотребления проы-предприятий. - В кн.: Актуальные проблемы электроэнергетики: Тез. докл. научно-технической конференции Горькозского обл. правления ВНТОЭ и Я, горький, 1989. - с. 1В-20.

5. Червонный S.M., Кованова И. В., Татаров В. И. Управление режимами электропотребления литейного производства. - 3 кн.: Безопасность и надежность электроснабжения северных районов страны: Межвузовский сб. научн. трудов/ Завод-втуз при НР./Л, Норильск, 1989. - с. 155-157.

6. Татаров S.v. 'Лт-уос/йцгонкое обеспечение задач управления режимами электропотребления промышленных предприятий. - 3 кн.: Актуальные проблемы энергетики: Тез. докл. научно-техн. конференции/ Нижегородское областное правление НТОЭ и ЭП, Н.Новгород, 1991. - с. 6—9.

7. Червонный Е.М., Татаров Е.И. Регулирование электропотребления промышленных предприятий в послеаварийном режиме ЭЭС как задача АСУ// Кзв. вузов, Электромеханика. - 1992. М. -с.82-87.

Личный вклад автора. Вопросы применения предложенной модели изложены в работе, написанной лично автором. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: в работах 3,4 - постановка задачи, разработка алгоритмов и программ, обобщения; в работах 1,2,5 - исследовательская и расчетная части; в работе 7 -методический подход, разработка программ, обобщения.

Полл, к печ. II.II.92. Формат 60х841/16. Бумага оберточная. Печать офсетная. Уч.-изд.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 274. Бесплатно.

Лапоркя офсетной печати ННПИ. 603022,Н.Новгород,лр.Гагарина,I.