автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Структурное моделирование для анализа переходных процессов в управляемых энергообъектах в электроэнергетической системе

РГЗ 00

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ 2 2 '' Л Г? ШСТИТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

На правах рукописи

КОМАРЕНКО Елена Юрьевна

СТРУКТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЛЯ АНАЛИЗА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В УПРАВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГООРЬЕКТАХ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ- СИСТЕМЕ

Специальность : 05.14.02 - Электрические станции с электрическая

частью, сети, электроэнергетические • системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени , кандидата технических наук

КИЕВ - 1993

Работа выполнена в Институте электродинамики АН Украины

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент ЛН Украины, ' . И.В.ВОЛКОВ

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор,

. ' В.В.ЗОРИН

!

кандидат техничзских наук, доцент, В.Н.БАХЕНОВ

Ведущая организация - Институт проблем моделирования в энергетике АН Украины, г.Киев

Защита состоится " № " Опр19ЭЗ г. в час., на заседании специализированного совета Д 016.30.04 в Институте электродинамики АН Украины по адросу : 252680, Киев-57, пр. Победа,56, тел. 446-91-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института электродинамики АН Украины

Автореферат разослан " /9 « дзе&рау/д "1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук

Г.М.ФЕЩОРЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы . ЭффеКТИВНОСТЬ фуНКЦИОНИрОЕЗНИЯ ЭЭО СуЩЭСТ-

венно зависит от переходных режимов, показатели качества которых изменяются при сменах факторов влияния возмущающих воздействий. Компенсация вредных последствчй возмущений, вызывающих аварийную динамику переменных состояния, должна обеспечиваться на каждом этапе жизненного цикла сложной СДС.

Решая задачи автоматизированного проектирования ЭЭО, закладываются нормы на показатели качества ПП для получения потенциальной экономической эффективности, высокой надежности, качества электроснабжения при минимуме суммарных затрат, в развивающейся ЭЭС.

На этапах настройки и адаптации управляемых ЭЭО динамическое взаимодействие в рамках ЭЭС согласуется с алгоритмами функционирования человека-оператора ВЩУ, работой СА, технической диагностики и релейной защиты.

В процессе эксплуатации ЭЭО осуществляется текущее сложение за переменными состояния во всех режимах работы ЭЭС для оперативной выработки мер по обеспечению целевых показателей эффективности СДС. С учетом постоянного роста требований к управляемым ЭЭО, необходимо совершенствовать метода моделирования для анализа ПП в разнотипных объектах энергетики, Моделирование для задач согласования динамических процессов в ЭЭО имэот ряд особенностей в соответствии со спецификой ка-здого Этапа единого жизненного цикла СДС и режимами функционирова-нияреваяая их в ЭЭС.

Во-первых, технический ресурс каждого ЭЭО подвергается исчерпанию при всех видах нормальных, аварийных и послеаварийных режимов работы ЭЭС, возникающих при коммутациях в электрических цепях.устройствах, сетях.

Во-вторых, возможны значительные структурпо-функционалыыо изменения подсистем ЭЭО по мере развития ЭЭС И внедрения новых энергс и ресурсосберегающих технологий.

В-третьих, любые виды изменений в управляемых ЭЭО, неизбежно стимулируют внедрение новых адаптивных средств комплексного учета особенностей динамики ззаимовлияний на ЭЭС при больших возмущениях. Все это обуславливает серьезные трудности при моделировании СДС высокой размерности с разнотемловнми подсистемами и разными законами управления взаимосвязанными процессами функционирования ЭЭО в ЭХ.

Применение существующих универсальных и специализированных пакетов прикладных программ позволяет успешно решать в основном частные

задачи анализа ПП в локальных подсистемах невысокой размерности модо-лей традиционных ЭЭО. Для комплексного, многоаспектного согласования всего разнообразия факторов, на стадии предпроектной и проектной проработки, и в эксплуатации с с минимальным временем расчетов^ требуется разработка соответствующей информационно-вычислительной среды и выбор аффективного метода моделирования.

Структурный метод моделирования и структурированные макромодели ЭЭС позволяют повысить качество согласования ПП в ЭЭС. Это происходит благодаря тому, что непосредственно в процессе анализа можно адекватно зквивалентировать и детализировать динамику взаимосвязей и отношений в ЭЭО для комплексного согласования СРС в темпе ведения режимов эксплуатации ЭЭС.

Поэтому развитие метода структурного моделирования, разработка эффективных информационно-вычислительных средств для анализа ПП в ЗЭО и согласование системной динамики в ЭЭС являются актуальной задачей.

Основные положения диссертации разрабатывались в соответствии с целевыми программами и по темам : "Модель", "Модель-и","Вектор", "Шит","Маневр","Маневр-ССТ", "Момент".

Цель работы ц задачи исследования. ЦеЛЫО ДИССерТвЦИОННОЙ

работы является :

^ создание новых средств структурного моделирования, разработка на их основе информационно-вычислительных средств диалогового моделирования, обоспечивающих повышение точности, скорости, гибкости анализа ПП при возникновении новых структурно-режимных ситуаций.

Исходя из указанной цели были решены следующие задачи :

- предложены взаимозависимые модели СДС в виде структурированных многомерных описаний, содержащих полное отображение требуемых свойств и отношений для анализа ПП ЭЭО в ЭХ;

- разработаны информационные модели основного электроэнергетического оборудования,устройств управления им в нормальных и аварийных режимах;

- разработаны средства моделирования разнотемпових СДС с типовыми структурными элементами в подсистемах, отражающих сложность состава анализируемого ЭЭО и значительный разброс скоростей процессов возмущенной ЭХ,базирующиеся на методике алгебраизации динамических агрегато! и подсистем с линейными передаточными функциями и сложными структурам]

- предложен алгоритм распознавания моментов коммутаций и фаз смены СРС управляемых ЭЭО;

- разработаны программные средства для комплексного моделирования СД при углубленном анализе ПП.

матовы исследования, в теоретических и экспериментальных иссле-

даваниях использованы основные положения теории электрических цопей, математического моделирования, электрических машин и ПП в электрических системах, вычислительной математики. диф}юренциального и интегрального исчисления, автоматического управления.

- Научная новизна.

1. Впервые предложены средства реализации информационной кололи ЭЭО, отличающиеся комплексной структуризацией классов схемно-режимных состояний и алгоритмами адекватного моделирования средств управления.

2. Развит метод структурного моделирования для объектов с иерархически сложными подсистемами и резнотемповыми технологическими процессами, за счет которого достигается распараллеливание вычислительных процедур и ускорение расчетов ПП.

3. Разработана нозая методика алгебраически точного зквиваленти-рованип динамических Фрагментов структур, отличающаяся эффективными рекуррентными макромоделями, которые обеспечивают точность, быстродействие и вычислительную устойчивость нелинейной динамической модели с большим разбросом постоянных времени в элементах с разными передаточными функциями подсистем 330 и средств автоматического управления ими.

4. Впервые разработан алгоритм обнаружения изменений свойств динамических подсистем,' отличакдийся применением типовых ДГФ для моделирования схемно-режимного состояния возмущенной подсистемы ЭЭО.

5. Впервые получены аналитические выражения ддя расчета коэффициентов в рекуррентных макремзделях при заданных сложных типовых схемах внутреннего соединения элементов подсистем с линейными передаточными функциями.

5. Разработаны комплексные структурные модели ДЭА и ЭБ ЗС, прикладное 'программное обеспечение для средств комплексного анализа ПП е электрической части блока.

Основные положения, выносимые на защиту.

Автор защищает следующие научные результаты :

1. Средства построения единой сложной динамической модели для анализа длительных ПП в управляемых ЭЭО, отличающиеся адекватными процедурами отображения изменений структуры отношений и взаимовлияний их на структурно-режимные состояния.

2. Средства моделирования разнотемповых СДС с перислючаешми СРС и разнотипными макромодолями динамических подсистем.

3. Алгоритмы алгебраического эквивалентирования дискретных макромоделей, распознавания моментов коммутации, моделирования фаз стии с ¡'С.

4. Пакеты прикладных программ для комплексного моделирования ПП и структурного описания динамики.

- о -

5. Результаты анализа пусковых режимов автоматизированных дизе-льэлоктрических систем, аварийных и эксплуатационных ПП в электрической части ЭБ согласно учебно-тренеровочных заданий в тренажере оператора ВДУ АЭС с реактором ВЗЭР-1000.

Прлчтичстскад ценность диссертационной ьаВоты СОСТОИТ В ТОМ,ЧТО

разработанные средства структурного моделирования позволяют в темпе эксплуатации ЭЭС точно обнаруживать изменения свойств динамических подсистем, благодаря чему автоматизированное средства, управления заблаговременно смогут выработать упреждающие воздействия для снижения ущерба и аварии. Это даот возможность повысить показатели эффективности работы ЭЭО в ЭЭС. При этом время расчета ПП в электрических малинах и аппаратах сокращается не менее, чем в два раза при сохранении требуемой высокой точности моделирования. Ускорение межмашинного обмана структурными моделями в сети из параллельно работащих ЭВМ снижает затраты информационно-вычислительных ресурсов по сравнению с существующими методами АСД.У.

Практическое использование средств модвлировчния позволило: получить рекомендации по оптимизации системы управления ДЭА в системах гарантированного питания СН ЭС; разработать комплекс программ моделирования режимов работы электрической части ЭВ АЭС с реактором ВВЭР-1000 в рамках полномасштабного тренажера операторов БЩУ.

Внедрение результатов диссертационной раРоты. Результаты ДИССвр-

тационной рабогы были использованы на п^я А-1495 при создании САПР дизельэлектрических агрегатов и АРМ конструктора; НПО "Энергия" при проведении исследований способов контроля функциональных и полномасштабных тренажеров операторов БЩУ энергоблока АЭС; ЛГТУ, ДЛИ и /ПРИ АН Украины для проведения научно-исследовательских работ с целью сокращения затрат на натурные эксперименты.

Апро&дция раРоты.

Научные и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзных и Республиканских научно-технических конференциях, совещаниях, школах и семинарах:

1. Всесоюзных конференциях по физическому и математическому моделированию электроэнергетических систем,Рига,1988; "Проблемы нелинейной ной электротехники",Киев,1984,1992; Всесоюзных межвузовских конференциях. по теории и методам расчета нелинейных цепей и систем, Ташкент, 1982; "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов", Каунас, 1988; Всесоюзных конференциях "Методы и средства обработки тки сложной графической информации",Горький,1985; "Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении",

Изаново,1989; "Технико-экономические проблею! оптимизации режимов эм-ктропотребленнп промпредприятий",Челябинск, 1987; "Распределенная обработка информации Новосибирск, 1991;"Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования",Москва,1991{Всесоюзной школе "Расчет и управление нио надежностью больших механических систем".Свердловск-Звенигород,1984.

2. Республиканских научно-технических совещаниях:"Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике",Харьков, 1982,1998; "Созданно и использование тренажеров и систем обучения операторского персонала атомных и тепловых станций, диспетчеров энергосистем", Киев-Триполье, 1988.

публикации. По теме диссертации опубликовано 33 научные работы. Структура и оСьем раВоты- ДИССертаЦКОННЭЯ рабОТЗ СОСТОИТ ИЗ ВВв-

дения,четырех глап.зшслючения,списка литературы и приложений. Общий объем оставляет 238 страниц,включал 20 таблиц,те рисунков,списка ли-' торатуры из 170 наименований. Основной текст составляет 135 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ р_2 воодении обоснована актуальность, сформулирована цель и задачи, дана кроткая характеристика работы и перечислены основные положения, виносимно'на защиту.

Э пророй глзи» приведен анализ временных рядов, фактического изменения показателей эффективности управляемых ЭЭО. Выявлены структурно-функциональные особенности систем управления в ЭЭС. Показано, что повышение точности анализа ПП.в управляемых ЭЭО зазисит от способа моделирования комплекса существенных взаимосвязей и причин изменения структурно-ретнмных состояний ЭЭС. Проведенный в этой главо обзор методов анализа ПП в управляемых ЭЭО показал, что для обоснования новых технических решений, затрагивающих электротехническую специфику режимов работы и законы управления, следует предъявлять к средствам моделирования комплекс требований по обеспечению вычислительной производительности. Сделан вывод о том, что известные методы математического моделирования разнотемповых ПП в ЭЭО не удовлетворяют этим требованиям и не позволяют по ходу моделирования учитывать изменения смен СРС ЭЭО и развития системной динамики взаимодействия в ЭЭС.

вторая глава посвящена разработке средств структурного описания моделей с адекватным отображением задачных особенностей динамического взаимодействия ЭЭО в автоматизированных ЭЭС. Решение поставленной задачи базируется на подходе к анализу ПП с помощью системы структурного моделирования на ЭВМ. Расчеты реализуются непосредственно по блок-схемам нелинейных динамических моделей. Комплексы адекватных

- о -

моделей взаимосвязаны между собой структурным графом с <в,а> , отражающим в ЕММ сложного объекта все в - вершины сузлы:> и а - дуги с ветви:) I 5,11

При формировании конкретных ЕИМ управляемых ЭЭО структуризация анализируемых ПП выполняется согласно следующей методики.

1. Наиболее быстрые электромагнитные процессы в ЭЭО с общими режимами работы электрических цепей моделируются с выделенном передаточных функций источника питания о сР>,сзти х ,

с Ср>

ЕСр>

иу Ср>

н

Ср> =

га

гя ср> ин Ср>

к ср>

я

х^ ср> и нагрузки: Ея Ср:> .

[ С р> я

с 1 ^

Коммутации приводят к изменениям СРС, для которых определяются соответствующие передаточные функции. Модели <зд св3 ,&з > предназначены для анализа изменений ЭДС ® со, напряжений -и со и токоб I 'о в длительных межкоммутационных интервалах. Переключения от одного СРС к другому реализуется сменой прежней модели на адекватную новому состоянию.

2. Учет факторов изменения частоты / и мощностей ср. а> в ЭЭС реализуется в структурных моделях электромеханических ПП в управляемых ЭЭО. Передаточные функции <зэм свдм . <эзы> характеризуют влияние изменений электромагнитного момента мэ со на валу электрической машины и механического момента мд со на особенности ПП с изменением угловой скорости ы со, скольжения з со и угла & со машины между ЭДС £ со и вектором напряжения на шинах.

Структурные модели ож свдм , озм> раскрывают взаимосвязи с токами и потокораспределэниями в нелинейных электрических схемах,приводящих к изменениям и3 с о из-за пусковых и аварийных режимов ЭЭО.

3. Дли анализа ПП с учетом регулирования / и р в ЭЭС согласно законов управления выделенным составом маневренного оборудования структурные модели раскрывают: нелинейные характеристики регуляторов у -

-тр

гсу.,2^, запаздывания « в каналах связи, передаточные функции v срз модулей средств управления и динамические характеристики VсР> разнотипного оборудования,включаемого для покрытия переменного графика рнссэ. возмущаемого набросами дрн и сбросами нагрузок потребителей ЭХ.

Б моделях °/рсв/р 'О/р^ применимы передаточные функции,параметры которых вычисляются методами идентификации непосредственно в процессе

- $

эксплуатации ЭЭО, либо фрагменты а^в^о^ детализированных V с я структурных описаний законов управления и функционирования ЭЭО, известных по этапам САПР.

Пошаговое представление переменных хч со . V * = ТТп реализуется после расчета ПП непосредственно по а с в , о з структурным юдолям, отражающим взаимосвязи и темпы изменений управляемых общесистемных параметров состояния ЭЭС.

А. В структурных моделях С7СВГ • скотлов, турбин, энергетических преобразователейэ отражается учет наиболее существенных факторов и взаимосвязей по технологическим переменным с расходы, давления, температуры, и т.д.э. Процессы в технологическом оборудовании управляемых ЭЭО структурируются с раскрытием взаимосвязей по передаточным функциям и функциям нелинейных преобразований. Модели регулируемых ЭВ и подсистем предназначены для анализа взаимовлияний медленных с технологических:» и быстрых электромагнитных с электромеханических:) подсистем при длительных ПП с каскидной работой автоматики и сменами СГС.

Анализ каждой из указанного класса моделей выполняется с раскрытием структурных особенностей в зависимости от целей анализа ПП сложного управляемого ЭЭО. Предложенные принципы структуризации применялись я для задач контроля и диагностики управляемых ЭЭО с 3-8 з.

. Ночизна полученных результатов заключается в комплексной струк-n

туризации о - и о формировании ЕИМ и описании всех структурных У

схем а^ ' в средствах макросхем базиса тделирования на ЭВМ.

Тротья глава посвящена теоретическим основам построения новых средств структурного моделирования для повыиения эффективности анализа длительных ПП в управляемых ЭЭО.

Высокая степень структурной сложности, ситуативные коммутации в цепях и связях, реккмно-пграматрическая изменчивость динамических характеристик - аса это требовало разработки информационно-адресных средств моделирования по ЕИМ для комплексного отображения динамики изменений всех вздов СРС и свойств возмущенного ЭЭО.

Структурированные ас в^ , ск э модели поэлементно описываются в ввдэ :^s.p,R.w./^J•^t.v^вк. с где г - объектные характеристики с указанием имени,5г - класса принадлежности е выполняемой / « г функции и с « з цоли применения; р - существешшэ свойства и характеристики ^ объекта; к - внешние и внутренние отношения,характеризуя^ условия моделирования объекта а.форчэ т1 - н модели я лг е л алгоритма решения <*£ « задачи.

-га-

за счет явного описания структур знаний получена возможность оперативно выполнять информационно-вычислительные преобразования для эквивалентирования и детализации. В процедурах с^. св1, , а. •;> —> а^. cвJ. , а^. .> применяются разработанные мета-макро и микро элементы построения расчетных моделей по типовым структурам. Параметрическая настройка ЕИМ осуществляется по разработанному СИФ и базам данных.

Анализ длительных ПП реализуется методом последовательных интервалов с кадров моделирования с шагом от :>. Комплексная осв.т модель

преобразуется в набор моделей {РОМ - ЯСП^ .V í = 1, п и ШС - ЯС№3, где конкретные РОМ в виде ЯСП описывают входо-выходные схв^а^ соотношения с однотемповыми причинно-следственными взаимовлияниями; ЛЧС и ЯСП„ межпланарнкх иерархических взаимосвязей {ЯСП.> указывают конк-ретныэ источники и приемники значений хр, V р <= р переменной состояния СДС и функциональные форш их связей. Предложенное разделение ЕИМ на подсистемы <ЯСГ1£ У и АИС - ЯСПв существенно повышает эффективность моделирования длительных ПП в разнотемповых СДС с переключаемыми СРС и параметрическими изменениями в зависимости от фазовых особенностей си-системной динамики.

Комплексный анализ ПП в современных управляемых ЭЭО основан на учете взаимовлияний процессов различной физической природы: волновых, электромагнитных, электромеханических, электрофизических, механических, тепловых, аэрогидродинамических, технологических, информационно-управленческих. Мерой точности анализа кавдого типа ПП внутри { ЯСП^ > является шаг на дискретной решетке событий. В кадре от моделирования СДС на временной решетке образуется последовательность < \ < ^ < < < суг. обеспечивающая точность описания разнотемповых процессов пэ быстрым < ЯСП^ > V га = о, 1, > и по медленным \ ЯСПт >ч т. = j, и. I макромоделям подсистем ЭЭО.

Алгоритм моделирования динамики взаимосвязей разнотемповых процессов СДС разработан на основе следующих процедур.

с

1. Структурного моделирования <ЯСП£ } шагом н - 2 по рекуррентным соотношениям : ■ + « и£+/ * р и. с з >

" а У€ + " + г и\ + 6 .с 4 >

2. Структурного уравновешивания по внешним с определяющие переменным, описывающим согласно ЕИМ и АИС - ЯСП8 системные взаимоотношения

и взаимосвязи, изменение которых возможно либо на границе кадра при тг ' г/+1 + сг либо на границе совпадения временных интервалов н, дис-кретизированных кратностими к по всем разнотемловым процессам, когда : ко но ' ^ • \ \ " ^ • ^ " \ • " н = от / н . с 5 5

3. Эквивалентирования по выходным переменным состояния -¡HCrL у любой сложности в форме вектора состояния, переменные которого модоли-лируем ДГФ в форме': z£+i = a z£ + р z(i * г ■ с б з

4. Экстраполирования внешних переменных быстрых процессов с цолью прогноза за с h hi м0 hQ э шагов изменения входных межсистеиных параметров на основе ДГФ и с учетом заданных кратностей па временной решетке дискретных событий. Прогноз быстрых процессов к требуемым моментам времени расчета медленных процессов в < РОМ - ЯСГ1 >h ведется на межкоммутационных интервалах постоянства СРС.

Б. Интерполирования медленно изменяющихся переменных состояния ка решетке м£ h0 < .4t hq hQ с меньшими шагами для моделирования

входных воздействий { РОМ - ЯСП }■ .когда быстрая подсистема за счет управления коммутаторами изменяет СРС и параметры взаимосвязи.

6. Алгебраического агрегирования линейных фрагментов типовых структур в моделях и идентификаций параметров (ДГФ1 > при скачкообразных импульсных и коммутационных изменениях СРС конкретной <?0М - ЯСП ^ . Нозые параметры алгебраических макромоделей вычисляются с целью повышения эффективности моделирования длительных интервалов ПП на межком-мутацисшгых промежутках.

7. Программно-целевого и ситуативно-временного управления на множествах н и а анализируемой ЕИМ < s . р . r , м , а >

с учетом заданных условий изменения графиков электрических нагрузок и других переменных параметров ЭЭО в ЭЭС.

Предложены новые формулы вычисления коэффициентов a, ft, •>, б рекуррентных моделей с учетом кратностей с 5 э для экстраполирования и интерполирования согласно требований ШС - ЯСП >£ модели можспязей ЭЭО. Алгоритмы календарей событий, временных диаграмм и ситуационного управления коммутационными элементами типа < ключ > ,< переключатель >, < дискретный автомат > реализованы в форме таблиц принятия решений.

Алгебраическое зквивалентирование динамических агрегатов и подсистем ЭЭО разработано с использованием конкретных фрагментов структуры с с в , q з , где типовые дуги с интегро-диффоренциальными передаточными функциями моделируются в вида с 3 э и с 4 э иа шаге л расчета .• На основе точных аналитических преобразований линейно-каскадных , параллельных и замкнутых обратной связью структур из i типовых элементов обоснован унифицированный алгоритм макромоделированич :

Х1 пЧ - СЮ Un+1 + Cln ' >

где коэффициенты cQ вычисляются на этапе настройки, а с1п пересчитнпа-ется при переходе от с п. + i^-ro момента времени к сп + 2.>-му, после

окончании расчета < >1 . V I - 1775 нелинейной СДС.

Вичнслитольчая оффективнооть данной модели тем вше, чем большее ч.юло итерация сиагоо оптимизацию необходимо совершить для получения точного решения системной нелинейной задачи с многими подсистемами, агрзгатами и коммут&торами. Данное свойство достигнуто за счет того, что коэффициенты с0 и сЧп , соответственно, эквивалентируют трудоемкие вычислительные операции :

I I г

сю -.П • с£п - < Ъ & ип + & с£ » • < в ^

сю ' С1П- < ип + с, ^ ! •

Р Г - О с,п - г . С. - {__и * __ х > , с 10 ->

10 (| - } сп « , А л ^ л

41 + а ' \ + (I 1 + «

Внчислитэльиая устойчивость моделирования ЭЭО с разнотипными регуляторами скорости, розбуждомия, группового распределения активных и реактивных мощностей, управляемых статических источников реактивной моцно-сти 'л другим,! средствами управления в ЭЭС достигается том,что шаг расчета я шСираьтсн с учетом того, что с0 < 1. Это свойство обеспечивается для разработанных кшсромоделей при значительной жесткости _Ц. >1

внутренних элементов моделируемых фрагментов о св.а. 2 т(

Средства алгоритмического согласования схем моделирования при коммутационных возмущениях и воздействиях типа скачок разработаны на основе точных методов структурных преобразований возмущаемых фрагментов ее в,аз. Алгебраические рбшэния подзадач анализа быстрых ПП в к, 1-, с цепях при коммутационных переключениях точно прообразуются в ДГФ ¡1 еычисляются по формулам с£) совместно с нелинейными алгоритмическими и рекуррентными са> ,с7з соотношениями.

Конструктивно-схемные нарушения, переключения н срабатывание средств автоматики влияют на качество ПП и, соответственно, на параметры са^ 1 . характеризующие СРО на межкокмутациошшх интервалах. Разработан алгоритм распознавания моментов коммутации и фаз моделирования длительных ПП. Классификация СРС выполнена в пространстве параметров ДГФ, что позшшу эффективность моделирования во всем диапазоне эксплуатационных режимов и всех видах возмущений в любой момент врзмэни. Показано» что своеврешшй переход на ноше адаптивные средства управления ЭЭО й ковиэ силовые преобразователи для электроэнергетика воаыожан на основа разработанных средств вдалировакия прсцессоа илработкя рэшша по ходу развития аварийных процессов.

В Ч.>то-рто11 сй«Ц>й Пр0ДСТ8!!Л01Ш розультпти практического ИСПОЛь-

зовения разработанных численно-аналитических средств и их алгоритмической реализации о виде пакетов прикладах программ моделирования.

Применительно к задачам АСКИ и САПР , сптимизнруквдм хиснешшй цикл ЭЭО разработан лакот программ САД с новыми модулями Д/.я моделирования: разнотемповых подсистем, дискрот'шх динамических агрегатов, адаптивных средств измонония структуры и перемэтроз.

С их помощью были исследошш касчаднье ПГ! « систему; гярснта-рованкэго питания СН ЭС при включении автоматизированных ДГМ на комплексную нагрузку соизмеримой мощности. ОтлкчичолыгаЯ осоофшстын проведанных рас-чотов является дотальный алализ ноши охсшо-'сонсф^к-тивннх мероприятий в САР скорости, возбуддонип, моданта дизолл /. соплового регулирования п системе воздухосн8б.у,ш;ия процэссои сгора:и:я топлива в цилиндрах. На рис. продстгвлеи'ш расчетная модель ди-золь-генератора и кривые изменения млел ¡той, скорости и движения реП-кн топливоподачи. Каска/ ыо и и ас гот: шг« пуски злектродзигатэлай потребовали соответствующей корректировки законов грушюггсго иерархического регулирования. В резулвтато моделирования устеиовлэно, нт.) целесообразна специальная автоматика для согласования фзз ПП собстынпо дизеля с электромеханическими ПП в коммутируемой электрической части. Для выбора согласованных законов управления ПП в ной приимонц мзтоды оптимизации по интегральным критериям качества за весь интяовал ПП.

Применительно к средствам поддержания качества подготовки операторов БЩУ ЭВ ВВЭР-1000 на АЭС в рамках полномасштабного тренажера был разработан комплекс структурного моделирования электрической части станции с подробным учетом основных секций СН. Изменяя учобно-треиерово-чное задание, инструктор приводит к активизации соответствующие комплексы структурных .моделей ссв.аэ. Наблюдаемая реакция основного электротехнического оборудования моделируется подподробно, а остальные части и подсистемы участвуют динамическими эквивалентами. Высокий уровень сложности взаимозависимостей режимов технологических подсистем функционирования реактора с переходными режимами в электрической части станции потребовал решения конфликтной проблемы стоимости полномасштабного тренажера и вычислительной производительности новейших ПЭВМ. Разработанные в диссертации метода и модели обеспечивают эффективное решение данной проблемы за счет согласования информационных моделей ЭС высокой размерности с расчетными вычислительными моделями,где рационально сочетаются детализированные и эквивалентные макромодели.

Таким образом, требуемая вычислительная производительность с ускоренным масштабом моделирования электромеханических ПП обеспечивает-

- и -

ел за счет структуризации моделей на основе точного учета: особенностей взаимовлияний логико-динамических причинно-следственных событий; СРС в электрической части в межкоммутационные интервалы; уставок срабатывания коммутационных аппаратов,выключателей,реле и автоматики¡технического состояния технологических агрегатов и допустимого уровня располагаемых новостей. Анализ экспериментальных расчетов согласно графиков покрытия ЭС неравномерной нагрузки ЭЭС показал, что разработанные средства моделирования позволяют решать не только задачи улучшения динамических свойств технологических подсистем регулирования мощности котла и турбины, но и в це-ом задачи повышения экономической эф1»ктивности за счет внедрения регулируемого электропривода для маневренных ЗБ. Расчеты были выполнены для ряда ЭС ПО "Донбассэнерго".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Развит метод структурного моделирования и на основе результатов разработки информационно-вычислительных средств показано,что повышение эффективности управления в переходных режимах современными авто-г матизированными генераторами, ЭБ, подстанциями, электропередачами высокого напряжения и другими ЭЭО зависит от согласованного обмена структурными моделями мевду эргатическими решающими подсистемами.

2. Предложен подход к построению системы управления ЭЭО с выделением информационно-алгоритмического взаимодействия и роли адекватных моделей на каждом этапе жизненного цикла ЭЭО. Новизна подхода заключается в явной структуризации объектов, свойств, отношений для ка~ здой'компоненты ЭЭО, что обеспечит в адекватной форме сохранение свойств эмержентности, многофункциональности, многорежимности, управляемости, энтропии, пространственно-временной и организационно-ситуативной иерархии ЭЭС. Разработаны информационные вычислительные модели ЭЭО, реализующие требуемые преобразования учета внешних системных и внутренних локальных факторов, отражающих разнообразный комплекс эксплуатационных возмущений, вызывающих ПП в ЭЭО и ЭЭС.

3. Разработаны средства информационного и вычислительного моделирования основного электроэнергетического оборудования и средств управления им в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах для задач анализа ПП в ЭЭО. Новизна заключается в структурировании операций преобразования моделей при зквизалентировании, детализации, принятии решения, распознавании образов и ситуаций, кодировании результатов и нормировании алгоритмических процедур, которые на базе обобщенных структурных графов с унифицированными записями для узлов и дуг повывают эффективность анализа ПП в СДС.

4. Разработана методика алгоритмизации динамических агрегатов и

систем с линейными передаточными функциями и сложными структурами. Это позволяет существенно сократить затраты машинного времени по сравнению с традиционными методами, когда приходится снижать размерность модели и обеспечивать вычислительную устойчивость за счет выбора малого шага расчета. Предлагаемые средства моделирования типовых ПП со сложными взаимовлияниями позволяют сохранить высокий уровень наблюдения и измерения параметров состояния, необходимых для детального анализа причин рассогласования взаимодействия в ПП ЭЭО.

5. Предложен алгоритм распознавания моментов коммутации и фаз смены СРС управляемых ЭЭО по параметрам ДГФ, что даст возможность повысить эффективность моделирования ПП для анализа моментов взаимодействия современных адаптивных систем управления с распределенной информационно-вычислительной структурой и формирования управляющих воздействий на исполнительные органы.

S. Практическое использование разработанных средств информационно-вычислительного моделирования в автоматизированной системе САД ИЭД АН Украины позволило получить практические рекомендации по оптимизации комплексной системы управления дизельгенераторами в системе гарантированного питания СН ЭС; дать рекомендации по средствам построения цифровых полномасштабных тренажеров операторов БЩУ ЭБ АЭС с коррекцией учебно-тренеровочных' занятий и изменениями темпа моделирования для выработки реакций персонала в различных ситуациях.

7. Результаты диссертационной работы были использованы на заводе имени Малышева с г.Харькова, в ЛГТУ, ДЛИ, ИПРИ АН У, ИЭД АН У при проведении НИР: Модель, Модель-2, Вектор, Щит, Маневр, Маневр-ССТ.Момонт.

Автор выражает искреннюю и глубокую благодарность доктору технических наук Баранову Георгию Леонидовичу за многолетнее плодотворное сотрудничество и ценные научные консультации.

По теме диссертации опубликованы 33 рабОТЫ, ИЗ НИХ ОСНОВНЫ6 :

1. Комаренко E.D. Оценка расчетных параметров для прогнозирования располагаемых активной и реактивной мощностей генератора с учетом надежности Надежность энергетических электромашин.- КиеВ:Наук.дум--ка,1981.- С.164-170.

2. Задачи,принципы и структурные схемы систем контроля и технической диагностики состояния генераторов:Разработать систему цифрового контроля теплового состояния маневренных турбогенераторов с целью снижения их аварийности и повышения ресурса: Отчет о НИР; Руководитель Г.Г.Счастливый; Исполнители: Баранов Г.Л., Комаренко Е.В. - Гос.per.

N 80077794.- Кивв.1562.- С.12-59.

3. Баранов Г.Л., Баранов В.Л., Комаренко Е.Ю. К построению системы контроля нагрузочных возможностей маневренных энергетических электромашин Физико-технические проблемы надежности электрических ма- . шин: СО.научн.трудов. - Киев: Наук.думка, 1986. - С.55-63.

4. Баранов Г.Л., Баранов В.Л., Комаренко Е.Ю. Цифровые регуляторы для систем управления электроэнергетическими объектами ^Автоматизация и релейная защитав энергосистемах: Сб. научн.тр.. - Киев: Наук, думка, 1986. - С.13-25.

5. Баранов Г.Л.,Соболь В.Н..Комаренко Е.Ю. Опмитизация динамиче-• ских характеристик дизель-электрических агрегатов.-Киев,1986.-54 с.~

сПрепринт-444'' Институт электродинамики АН УССРз.

6. Баранов Г.Л., Комаренко Е.Ю. Автоматизация расчётов переходных процессов в электромеханических преобразователях энергии " Регулируемые асинхронные двигатели : Сб.научн.тр. - Киев: Наук.думка, 1986. - С.99-103.

7. Волков И.В.,Баранов Г.Л.,Жуков В.Н..Комаренко Е.Ю. Моделиро- , ¡запив маневренных'режимов электростанций с регулируемым электприводом собственных нувд // Энергетика и электрификация. -1987.. -N4.-С.43-45.

8. Баранов Г.Л. .Хуков В.Н. .Комаренко Е.Ю.- Структурное моделирование режимов работы регулируемого электропривода .маневренных электростанций ^ Системные исследования в энергетике. - Киев: АН УССР, Ин-т проблем энергосбережения.1988.- С.135-139.

9. Баранов Г.Л..Комаренко Е.Ю. Структурное моделирование способов технико-экономической оптимизации энергосберегающей технологии // Системные исследования в энергетике. - Киев: АН УССР, йн-т проблем энергосбережения,1988. - С.157-161.

10. Волков И.В., Баранов Г.Л., Комаренко Е.Ю. и др. Комплекс информационно-программного обеспечения для анализа способов покрытия электрических нагрузок " Информационный листок ЦБТИ Минэнерго УССР, Киев : Укр НШНТИ, 1989. - N 89-0046. - 4 с.

11. Баранов Г.Л., Комаренко Е.Ю. Структурное моделирование сложных динамических объектов на ЭЕМ // Вопросы радиоэлектроники: Сер. вычислительная техника. - 1992. - Вып.2. - С.75-83.

Личный вклад автора.

В совместных работах автору принадлежит: новый подход к построению единой сложной динамической модели для анализа длительных ПП в уп равляемых ЭЭО, оснащенных многосвязанными средствами регулирования^ токонтроля и защиты с 1-2 ).отличающийся адекватными процедурами отоб ражения изменений структуры отношений и взаимовлияний в ЭЭО с 8,9 1, являющихся причинами смены СРС с соответствующим комплексом технико-

экономических показателей с 2,3.5 ); алгоритмы информационно-программных средств моделирования разнотемловых СДС с переключаемыми СРС и разнотипными макромоделями динамических подсистем с 2,5,7,10 з; разработка алгоритмов и программ алгебраического эквивапентирования дискретных макромодэлей высокой размерности с 9,11 а также средства распознавания моментов коммутации и моделирования фаз смены СРС пакеты прикладных программ для комплексного моделирования ПП и структурного описания динамики в виде аналоговых структур и рабочих моделей ЭЭО с 2,3-6,9-11 результаты анализа ПП и пусковых режимов автоматизированных ДЭ систем гарантированного питания СН ЭС с 5 1, также аварийных и эксплуатационных ПП в электрической.части ЭБ согласно учебно-тренеровочных заданий в тренажере оператора БЩУ АЭС с реактором ВВЭР-1000 {результаты моделирования на ЭВМ средств регулирования, автоконтроля и защиты ЭЭО с 4,8 5 1

Список принятых сокращений?

АИС - адресно-информационная ссылка;

БД - БЗ - база данных, база знаний;

БЩУ - блочный щит управления;

ДГФ - дискретный генератор функций;

ДЭГ - ДЭА - дизоль-злектрический генератор, ДЭ агрегат;

ЕИЧ - единая информационная модель;

ПП - переходный процесс;

РОМ - расчетно-оператиёная модель;

СА - системная автоматика;

СДС - сложная динамическая система;

СИФ - справочно-информационный фонд;

СН - собственные нужды;

СРС - структурно-режимное состояние;

ЭБ - энергоблок;

ЭЭО - электроэнергетический объект;

ЭС - электрическая станция;

ЭЭС - электроэнергетическая система;

ЯСП ярус структурного подобия.

IB

Структурная схема для анализа переходных процессов дизель-плектрических агрегатов

Переходные процессы в дизель-электрической установке

и IS ■■■

рЦ ггЧ

i М -к

i í''fl «tjr-7

?7П ТТ РПГ1 рт г ш. —' <— <Ат — i

Рис.1

Соискатель

Подписано к печати об.о1.199Ъг. Формат 60x04/16 Бумага офсетная Усл.-печ.лист.1,0.ут1...иэд.лист ,(0> Тирак 12.0. Заказ б. Бесплатно

Полиграф, уч-к Института электродинамики АН Украины 252057, Кяев-57, проспект Победы, 56.