автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Теоретические основы прикладных задач управления режимами работы системы электроснабжения железных дорог для АСУЭ

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

/1

ОД пик На правах рукописи

УДК 621.331.1

БЫКАДОРОВ Александр Леонович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ДЛЯ АСУЭ

05.22.09 — Электрификация железнодорожного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ростов-на-Дону — 1995—

Работа выполнена в Ростовском государственном университете путей сообщения.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мамошин Р. Р., доктор технических наук, профессор Ульяницкий Е. М., доктор технических наук, профессор Молодцов В. С.

Ведущая организация — Всероссийский ордена Трудового-Красного Знамени научно-исследовательским институт железнодорожного транспорта

Защита состоится «с-^7 » 1995 г. в./V :

час. на заседании специализированного совета Д114.08.01 при Ростовском государственном университете путей сообщения по-адресу: 344017, г. Ростов-на-Дону, пл. Народного Ополчения, 2~

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУПС..

Автореферат разослан > 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета к. т. н., доцент

М. Л. ЛИВШИЦ..

ОЕЩАД ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В системе келезнодорокного транспорта России ведущая роль в обеспечении перевозочного процесса принадлежит электрическим железный дорогам, на доли которге приходится 74 % грузооборота.

Успешное выполнение возлокенных на систему тягового электроснабжения функций возможно при обеспечении ео высокой надекности, безопасности и эффективности. Развитие и совершенствование этих качеств могет быть выполнено лишь при дальнейшей оснащении системы . электроснабнения современными техническими средствами, выполняющими непосредственно эксплуатационную работу, а такке современными средствами ее управления и эфрэк-jткаными методами решения производственных задач.

За время существования электрических келезных дорог разработаны и внедрены в практику проектирования и эксплуатация методы расчета и выбора всех основных звеньев система электроснабжения, а внедрение телемеханики явилось вакным этапом по-вкзения ее эффективности за счет совершенствования систем контроля и управления.

Больпой вклад в исследование, создание и развитие ыетодоз расчета, моделирования и управления ренинами тягового электро-снабкения и электроэнергетики внесли в послевоенные годы я до нашего времени отечественные ученые Розенфельд D.E., Чеботарев Е.В., Е.П.Фигурнов, В.Н.Пупынин, P.P. Мамошин, Н.Д.Сухопруд-ский, А.С.Бочев, Б.И.Косарев, А.В.Котеяьников, В.Я.Овласшк, А.Т.Бурков, Ю.И.Жарков, Р.Н.Карякин, Е.М.Уяьяницкий, М.Г.Шали-

мов, Г.М.Каяяов, В.П.Нихеев, Л.А.Герман, В.С.Молодцов," Р.И.Мирошниченко, Ю.А.Чернов, В.В.Платонов, А.И.Гуков-, А.И.Пульмановский, Б.Ы.Бородулин, В.В.Белов, Е.Е.Бакеев, Ы.И.Векслер, Б.А.Ков-баса, В.В.Адареев, Э.В.Тер-Оганов, А.А.Пышкин, М.А.ТУрлянский, Д.А.Падей, Б.Е.Дынкин, В.В.Кузнецов, 8.А.Бессонов, А.В.ЕЧимов и др.

Особенно большой вклад в развитие методов расчета систем електроснабкения внесли д.т.н. профессора К.Р.Марквардт и Г.Г. Ыарквардт. Их работа явились тем фундаментом, на котором в дальнейшем развивались все исследования в области совершенствования методов расчета и применения для этих целей ЭВМ.

Исследования по проблемам тягового электроснабкения успешно выполняются и за рубеком. Отмечая значительные достижения в создании все более совершенных методов расчета, контроля, диагностики и управления, необходимо однако учесть, что до появления микропроцессорной и вычислительной техники в этих, методах и средствах допускались упрощения, ограничивавдие их возмоккости.

Развитие средств вычислительной и микропроцессорной техники в полной мере предоставляет качественно новые возможности для создания более совершенных технологий в области расчетов, проектирования контроля и управления системой электроснабкения. Появилась возмокность интеллектуализации рабочих мест диспетчерского, инкенерно-технического персонала и на этой основе максимального приблииения к кизни условий решения прикладных задач производства, возможность постановки новых типов задач. Качественно нового уровня при этом удается также добиться в задачах автоматизации управления технологическими процессами, учета, диализа, принятия решений, оптимизации режимов и т.п.

Наряду с совершенствованием указанных вше частных задач, что очень вакно, но не является определяющим, следует иметь в виду, что главная задача состоит в создании глобальной системы упразления всем тяговым электроснабжением, которая бы включала в себя все частные задачи, объединенные единым информационным пространством, и обеспечивала качественно новый, комплексный подход к решению задач производства. Решение этой главной задачи лежит на путях создания автоматизированной системы управления электроснабжением (АСУЭ) на базе интегрированной информационно-управляющей вычислительной системы. Это должна быть слог:-Нал человеко-машинная система, в которой объединяются подсистемы различного назначения, отличающиеся периодичностью работы,, реакцией на сигнал, составом и качеством информации и т.п.

Очевидно, что АСУЭ долина представлять многоуровневую иерархическую систему. Исследование на никнем уровне, включающем линейные предприятия электроснабкения, представляют самостоятельный раздел этой большой работы и результата этих исследований нашли отражение в соответствующих научных публикациях.

Цель работы. Теоретическое обобщение и разработка на основе системного подхода общих принципов организации автоматизированной системы управления тяговым электроснабжением да более высоких уровнях иерархии и создание да этой базе научных основ и методов решения прикладных задач энергодиспетчерских пунктов, технических отделов и отделов эксплуатации на уровнях отделений дорог, управления дорог и МПС.

Данная работа выполнена в соответствии с заданиями "Отраслевой научно-технической программ развития железнодорожного транспорта на 1966-1990 гг." (Приказ МПС » 1250-у от 24.12. 1965 года), по. темам, включенным в приказы ЫПС с 1979 р. по настоящее время, по заданиям И-й Комиссии Комитета 0С2Д (тема

У8-8-12/86 "Внедрение микропроцессоров в устройствах электро-снабкения") и "Программы технического перевооружения и модернизации келезнодорокного транспорта на 1991+1995 гг. и до ?000 г."

Учитывая масштабность электрифицированных дорог России, дботы по созданию АСУЭ долины производиться поэтапно.

К настоящему времени выполнены исследования, разработка и прение элементов автоматизированной системы управления тяго-электроснабкением, которые нашли практическую реализацию на Северо-Кавказской, Северной, Московской, Южно-Уральской, Горь-ковской и других дорогах. Существенный вклад в эту работу внесли ВНЙИЖТ, РГУПС, МГУПС, БНИША, ПТУПС, ГВЦ МПС, УрГАПС, НИИЭФА, ИрИИТ, работники дорог и министерства путей сообщения И.

Для достикения поставленной выше цели в данной работе ре-ааю-тся следующие задачи:

- системный анализ режимов работы и прикладных задач тягового электроснабжения и обоснование необходимости совершенствования методов решения и управления ими с единых позиций на основе создания автоматизированной системы управления электроснабкением келезных дорог;

- разработка методологии организации автоматизированной системы управления тяговым электроснабкением;

- разработка системотехнических и методологических основ автоматизации информационного обеспечения прикладных задач и управления объектами электроснабжения;

- разработка теоретических основ машинно-ориентированных математических моделей системы тягового электроснабжения как базового инструмента решения рекимных задач электроснабжения;

- ? -

- разработка и обоснование методов оперативного управления и анализа работы системы электроснабкения на основе современных компьютерной и микропроцессорной технологий;

- разработка принципов построения алгоритмического и программного обеспечения прикладных задач электроснабкения и методов обеспечения надекности функционирования программных средств.

Поставленная цель достигается на основе использования методов: системного анализа,' исследования операций, матричного анализа, теории массового обслукивания, теории вероятностей и теории чисел.

Научная новизна диссертационной работы, основные полоке-ния, выносимые на защиту:

1. Системные и методологические концепции организации автоматизированной системы управления тяговым электроснабжением.

2. Системотехнические и методологические основы автоматизации информационного обеспечения и управления объектами электроснабкения при решении прикладных задач производства средствами АСУЭ;

3. Теоретические основы и принципы реализации машинно-ориентированных математических моделей системы тягового электроснабкения как базового инструмента решения задач электроснабкения.

4. Теоретические основы и результаты практической реализации методов оперативного управления и диагностики, повышающих эффективность режимов системы электроснабкения и безопасность двикения поездов в нормальных, вынужденных и аварийных "условиях работы.

5. Методология решения типовых задач учета и анализа на основе технологической и математической базы АСУЭ, направленных на экономию электроэнергии и повышение надежности работа устройств электроснабжения.

Достоверность результатов подтверждена практической реализацией и экспериментальной проверкой материалов исследований, накопленным на их основе положительным опытом эксплуатации технических устройств и программных средств, внедренных в базовые подсистемы АСУЭ железных дорог страны.

Практическая ценность работы состоит в том, что проведенные исследования и разработки позволяют:

- обосновать основные направления развития автоматизированной системы управления тяговым электроснабжением;

- рассчитывать на соаданной имитационной модели, используя аппарат матричного анализа, любые режимы системы тягового

электроснабжения в нормальных, вынужденных и аварийных условиях с единых методологических позиций при схемах питания и секционирования максимально приближенным к реальным условиям эксплуатации;

- использовать аппарат моделирования на ЭВМ динамических процессов в тяговой сети для тонкого и точного анализа электромагнитных процессов, для анализа эффективности внедрения различных технических средств и выявления новых признаков, на основе которых могут приниматься более эффективные решения без проведения дорогостоящих натурных экспериментов;

- реализовать наиболее полное использование пропускной способности в вынущденных и нормальных режимах электроснабжения, а также при движении поездов повышенной массы, путем пошаговой оптимизации межпоездных интервалов в реальном потоке

поездов;

- организовать передачу, сбор и анализ статистической и отчетной информации и принимать на этой основе компетентные

решения по экономии электроэнергии, повышению надежности работы устройств электроснабжения, дальнейшему совершенствованию производственных процессов;

- использовать в учебном процессе результаты теоретических обобщений и опыта практического применения выполненных

исследований.

Реализация работы. Выполненные исследования нашли практическое внедрение и реализацию^на железнодорожном транспорте.

I, Системный анализ управления тяговьш электроснабжением и технологических задач положены в основу "Концептуальных основ построения АСУЭ", которые одобрены научно-техническим советом Главного управления электрификации и электроснабкения (ЦЭ МПС) 16 марта 1992 г. и нашли практическую реализацию и внедрение на энергодиспетчерском пункте Ростовского отделения СЗЩД, централь-Яых энергодиспетчерских пунктах Донецкой и Северо-Кавказской железных дорог и ГВЦ МПС.

В соответствии с приказами Министра путей сообщения Л* 35 Ц 30.12.78, 39 Ц 31.12.80, А-41456 30.12.81, 46 Ц 31.12.82 , 36 Ц 30.12.83, 24 Ц 20,07.83, 52 Ц 27.12.84, 24 Ц 20.07.33, 48 Ц 29.12.85, 48 Ц 29.12,85, 43 Ц 18.П.88,

36 Ц 15.12.89 разработаны, выполнены и внедрены технические средства, методы, алгоритмы и программные средства для расчета режимов работа системы электроснабжения, технологического управления устройствами электроснабжения, учета и измерения расходов и потерь энергии, диагностики повреждений, организации

движения поездов с целью наиболее полного использования пропускной способности, статистического учета и анализа работы различных звеньев системы электроснабкения в рамках АСУЭ.

3. Методы, алгоритмы, программное и информационное обеспечение прикладных задач включены в "Типовые проектные решения

технического и программного обеспечения автоматизированной системы управления устройствами электрификации и электроснабкения келеэных дорог как составной части АСУЖТ", приказ МПС № 43 Ц от 18.11.1988 г.

4. Методы, алгоритма и программы расчета слокных схем тягового электроснабкения, внедрены *в практику проектирования в Трансэлектропроекте, а принципы построения технических средств сопрякения ЭВМ с системой телемеханики в АСУЭ положены в основу проекта на аппаратуру автоматизации рабочего места энергодиспетчера, выполненного ПКБ ЦЭ МПС (проект А. 304.00.00.000).

5. Выполненные исследования и разработки нашли применение и использование в теме У8-8-12/86 УШ-й Комиссии Комитета ОСВД, проводившейся по программе сотрудничества стран в области электрической тяги.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсукдались:

- на заседаниях комиссии электрификации и энергетики научно-технического Совета МПС (1901 г., 1984 г., 1906 г., 1988 г., 1991 г.);

- на Всесоюзный и республиканских конференциях, семинарах и совещаниях:

"Повышение экономической эффективности электрификации ке-

лезных дорог" (Москва, 1983 г.);

"Инструктивное совещание с главными инженерами управлений МПС и келезных дорог и научными руководителями по реализации научно-технических программ" (Новосибирск, 1986 г.); "Повышение роли отраслевых лабораторий ВУЗов и ДЭЛ в ускорении научно-технического прогресса в хозяйстве электрификации и энергетики" (Москва, Ростов н/Д, 1986 г.);

- на сетевой школе "Повышение эффективности диспетчерского руководства устройствами электроснабжения" (Минеральные Воды, 1982 г.);

- на Международных совещаниях и конференциях: та совещании экспертов УШ Комиссии Комитета ОСЗД по научно-исследовательской теме У8-8-12/85 "Внедрение микропроцессоров в устройствах элек-троснабкения (Ростов н/Д, 1968 г.); в Софийском Высшем машинно-

электротехническом институте (Болгария, София, 1989 г.); в Варшавском политехническом институте (Польша, Варшава, 1993 г.); В Берлинском институте транспортной техники (Германия, Берлин, 1994 г.);

- на докторском координационном совете ТТУПСаСапрель 1995г.);

- под руководством автора успешно защищено 3 кандидатских диссертации, некоторые направления исследований получили дальнейшее развитие в исследовательской работе ДИИТа и ПГУПСа;

- разработанные устройства и программные средства демонстрировались на ВДНХ, а автор награжден двумя серебряными медалями.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 46 печатных трудах, включающих 2 зарубежных публикации, I брошюру и авторское свидетельство.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения. Она содеркнт 466 страниц основного

текста, 119 иллюстраций, 17 таблиц, список литературы из 215 наименований, приложения на 112 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализированы основные характеристики процесса управления системой тягового электроснабжения. Классифицированы виды управления и определены задачи, которые необходимо решать в процессе управления системой электроснабжения Ц нормальном, вынужденном и аварийном режимах ее работы.

По результатам хронометража работы энергодиспетчерского персонала проанализирована его загруженность по часам суток и видам работ. На всех уровня?иерархии управления электроснабжением выявлен большой объем рутинной работы, связанной с необходимостью ведения многих видов оперативно-технических документов. При решении инженерно-техническим персоналом статистических, расчетных и аналитических задач традиционными методами зачастую приходится идти на упрощения, которые сникают практическую ценность и эффективность полученных результатов.

Проанализированы потоки информации и их интенсивность на всех уровнях иерархии управления системой электроснабжения. В основном интенсивность потоков позволяет использовать для обмена информацией среднескоростные.и даже низкоекоростные каналы связи.

Диализ отечественного и зарубежного опыта автоматизации управления системами электроснабжения показывает, что давно назрела необходимость создания автоматизированной системы управления тяговым электроснабжением на базе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники. В диссертации сформулированы цели создания^АСУЭ..

Во второй главе изложена методология организации автоматизированной системы управления тяговым электроснабжением. За основу принят системный подход к организации АСУЭ. Разработана общая концепция построения АСУЭ, в которой учтены особенности отечественных электрифицированных железных дорог, показана необходимость поэтапной разработки и внедрения АС/Э, сформулированы требования к системе, рассмотрена общая архитектура 4-х уровневой иерархической системы, в которой на первом уровне находятся линейные предприятия электроснабжения, на втором - дистанции электроснабжения, на третьей - службы электроснабжения, ка четвертом - управление электрификации и электроснабжения МПС.

Первичным звеном системы является дистанция электроснабжения. Как система, АСУЭ может уже функционировать при создании сети, состоящей из 1-го и 2-го уровней. Первый и второй уровни этой сети строятся как информационно-управляющие интегрированные системы, а третий и четвертый уровни - как информационно-вычислительные системы.

Связь метлу иерархическими уровнями АСУЭ организуется посредством сетей передачи данных.

Возросшая доступность средств вычислительной техники сместила акцент с достижения минимальных затрат на технические средства АСУЭ в сторону создания лучших функциональных и сервисных возможностей системы. Проанализированы варианты построения интегрированной системы на основе неоднородных и однородных локальных вычислительных сетей с использованием профессиональных и персональных компьютеров.

Существующая система телемеханики, занимающая около 80 % полигона электрифицированных железных, дорог, должна вклвчаться

в контур АСУЭ. В настоящее время разрабатываются и постепенно будут подключаться к АСУЭ новые, ыикррпроцессорные системы телемеханики. Однако, процесс перехода на новые системы, очевидно, будет затяжным. Поэтому разработанные основы теории к практические рекомендации долины быть применима как к старым системам, так и к новым, более совершенным, системам телемеханики.

Сделана классификация прикладных задач. Показано, что АСУЭ является основой системного подхода при их решении. Выполнена теоретиксьмножественная оценка, архитектуры наиболее характерных классов прикладных задач. Ее сущность состоит в условном представлении любой прикладной задачи в виде системы, обладающей, с позиций системологии, формальными параметрами, общими для задач данного класса. Результата исследований использовались затем при разработке отдельных унифицированных блоков программ. Каждая такая система разделялась на ряд подсистем, имеющих определенную иерархию, которая опиралась на такие понятия как исходная система (исследуемый объект и его среда), система данных, порождающая система (система получения выборочных переменных), структуированная система и метасистема.

Подавляющее большинство задач АСУЭ (учета, имитационного моделирования, расчетного характера, отчетности, анализа и т.п.) образуют направленные системы с разделяющимися входными и выходными переменными.

На каждом объекте система задается набором свойств объекта (величина тока, уровень напряжения, расход энергии, вид повреждения и т.п.) и назначением каждому из них определенной переменной, принимающей определение значения. В качестве базового свойства (базы, параметра), относительно которого рассматривав

ются изменения остальных свойств, чаще в АСУЭ выступает время, расстояние, группа.

Формально система объекта задается как множество свойств, с каждым из которых связано множество его проявлений, и мнояе ство баз, с каждой из которых связано множество ее элементоп: $0 = ({(в1,А() I с ГЛ0 ^ -система

объекта; <7^ и А^ - свойство и множество его проявлений; ^ к Щ - база и множество ее элементов; - множества целых положительных чисел.

Кроме конкретных переменных и параметров исходную систему характеризуют обобщенные переменные и параметры, которые представляют не определение признак или базу, а абстрактные величины.

Например, в информации об уровнях напряжений на подстанциях, поступающей в ЭВМ ЭЧЦ, конкретное практическое множество, в котором с определенным шагом указаны моменты поступления информации, целесообразно представить соответствующим параметрически множеством в в'/д« целых чисел 1,2,3,.../7? , что сохраняв? порядок и зелкчину интервала между измерениями.

Целесообразность введения обобщенных переменных и параметров диктуется удобством разработки программных средств,

Конкретные и общие'переменные и параметры являются компонентами соответственно конкретной и общей §¡0 представлявши* систем:

$ю-({(ч. К I/« м,/) ■

где , У- соответственно конкретная переменная и мно-кество ее состояний (значений); Ищ , - те ко характеристики обобщенной переменной; ЪУщ , - соответственно конкретный параметр и ынокестао его состояний; ОУу , (Л^у - те ке -характеристики обобщенного параметра.

Отношение между системой объекта и конкретной представляющей системой задается в виде четкого полного канала наблюдения ¡(^ . состоящего из отдельных каналов наблюдения К^ , по одному для какого свойства или базы из системы объекта:

где Кщ . А¿—* - любая операция, вводящая конкретную переменную как образ свойства (¡^ ♦

Отношение меаду конкретной и общей представляющей сисге-.мами задаются набором оий|^*ений конкретизации. Этот набор, называемый каналом конкретизации (абстрагирования) , имеет

вид Ке-({(УК1,,ед\г С , Щ, е,)| / £ Нт})

Таким образом, исходная система имеет следущий набор компонентов 5 - ($„, 5;л. 5/0, Кн , Ке)

Направленные аналоги нейтральных систем имеют ту ке структуру формул.

Введенные выше понятия являются общими для любых типов прикладных задач АСУЭ.

В рассмотренном выше примере измерения уровней напряжений на шинах тяговых подстанций все переменные являются численными и определяются через четкие каналы наблюдения Кщ » такие,, что разбиение К^ = А[} К состоит из информационных

блоков одинакового размера. При этом уровень напряжений соответственно на шинах первой и второй подстанций могно представить

множеством состояний конкретных переменных V¡а и Чщ • По первому каналу наблюдения конкретные значения напряжений(например 3,45 кВ; 3,15 кВ;...3,30 кВ) с помощью функции абстрагирования '■ могут быть также отображены в обобщенную переменную ; представленную мнокеством целых чисел 1,2, .. .777 , так что упорядоченность и расстояние 8 сохраняются во множества целых Удо . Аналогично.по второму каналу наблюдения посредством функции 0 2 можно получись обобщенные переменные

Аналогичные преобразования иогут выполняться в систему связанной, например, с задачей имитационного моделирования, в которой переменными могут служить токи поездов, а параметрами координаты их положения.

Таким образом, установлено.чтбисходные системы разных типоз задач имеют одинаковую теоретико-мнокестзенную интерпретацию.

Понятое данных, на основе которых осушествляется решение прикладных задач АСУЭ, формализовано функцией* отображающей полное параметрическое множество в полное агнозество состояний: Где:,

Стандартней формой представления четких дискретных перемените является матриц» й" [^ХС,^- • гд® -состояние переменных , наблюденные при соответствующих значениях полного, параметра »

Каждый столбец этойматрицы задает состояние всех перемен-»«х, наблюденное при данном ЬУ^ , а каждая строка; - все наб-

людения сдной переменной на параметрическом множестве УУд- . По такой форме удобно представлять статистическую информацию, информацию о текущем состоянии объектов на.контролируемых пунктах и т.п. В раде случаев при этом удобно временное параметрическое множество представлять неявно, по изменению состояния переменных.

Если переменные определяются через нечеткие каналы наблюдения, то каждое наблгдение записывается как упорядоченная пара, состоящая из значения полного параметра, с которым связано наблюдение, и функцией уверенности, значения которых лежат в интервале [ О,I ]: /ц ■ — [0,1] , £ ,

У К " { Ун- М }НУк2-~М}*-.*{Укп~Ш Тогда нечеткие данные представляются функцией: й •' Щ^-0" Стандартной формой представления нечетких данных будет трехмерный массив , элементами которого явля-

ются значения степени уверенности в том, что при значении пара-г метра ¿0К наблюдалось состояние у переменной IX^ . При этом каждой переменной соответствует своя (I матрица.

Примером представления нечетких данных мокет служить информация о поврежденной секции на участке электрифицированной железной дороги, получающем двустороннее питание и имеющем ответвление. По показаниям приборов, установленных на подстанциях А и В и измеряющих сопротивление петли короткого замыкания (соответственно и 7-2 ). не всегда можно однозначно определить секцию, на которой произошло К.З. При этом номера поврея-денных секций (переменные И ) «гувут указываться с определенной степенью уверенности в зависимости от места К.З.

В процессе решения прикладных задач из системы данных приходится отбирать переменные (получать выборочные переменные

которые используются для реализации конкретных этапов^ решения задач. Уборочные переменные образуют множество У % = = £ Ум , Ид-2 , которое вводится либо посредством масок

М, позволяющих получать любые комбинации состояний переменных,, либо посредством функций изменения состояния ($Т-функций),

позволякщих определить отношения между последовательными парами состояний.

Для полностью упорядоченного параметрического множества маска изображается в виде вырезки из матрицы, представляющей декартово произведение М— V * @ « гДе & ~ »»бор правил сдвига. Любое правило сдвига может быть задано уравнением /у ( М) = +р , где р - целая константа (положительная, отрицательная или ноль).

Прицип отбора данных посредством маски широко используется в задачах ретроспективного анализа, при сортировке телемеханической информации (вьщеление информации телеизмерения, ввделение информации для отображения на дисплее состояния объектов) и т.п.

Одинаковая теоретико-множественная интерпретация разных типов задач облегчает процесс программирования за счет использования стандартных блоков программ.

При решении ряда прикладных задач в АСУЭ существенное значение имеет автоматической пополнение и обновление базы данных п соответствуй с реально складывающимися состояниями коммутационных аппаратов, величин токов, результатов работы релейной защиты, автоматики и т.п, В данной работе основное ъл/иание уделено пройлемам получения такой информации по каналам существующей систем телемеханики. Автоматический ввод в ЭВМ данных, поступаткх по системе телесигнализации на ЭЧЦ, должен осуществляться по-

сродством устройства сопряжения системы телесигнализации с ЭШ

Сформулированы принципы сопряжения системы телесигнализации с ЭШ на основе аппаратных средств, микро-ЭВМ, микропроцессорных блоков, программируемых контроллеров, непосредственного сопряжения с профессиональной ЭВМ.

Установлено, что независимо от конкретной реализации УСТС, лимитирующим звеном является обрабатывающая программа, что дает основание представить все устройство или отдельные элементы как одноканальную систему массового обслуживания с отказами или с ограниченной очередью в зависимости от организации блока памяти Экспериментально установлено, что поток серий телесигнализации (ТС), поступающих на ЭЧЦ, удовлетворительно описывается распределением Пуассона, а интервал времени между моментами появления фазирующих импульсов есть случайная величина, распределенная по показательному закону , где А -- интенсивность потока серий ТС.

С учетом изложенных выше положений разработано и внедрено устройство сопряжения УСТС. Ддя автоматизации управления объектами электроснабжения по командам ЭВМ предложены способы организации интерфейса между ЭЙД на энергодиспетчерском пункте и контролируемыми пунктами, разработана идеология схемотехнических, алгоритмических и программных решений устройства сопряжения системы телеуправления с ЭВМ (УСТУ).

В результате выполненных исследований установлено, что процесс управления от ЭВМ должен Для обеспечения надежности сопровождаться обратной связью с объектами посредством аппарат-

ных и программных средств с подтверждением исполнения капдой переданной команды.

Формирование серий телеуправления предложено осуществлять на основе упразлящих слов, вырабатываемых ЭВМ и передаваемых на исполнение в интерфейс соответствующего круга. На УСТУ получено авторское свидетельство, а само устройство внедрено на энергодисперчерском пункте.

Принципы построения УСТС и УСТУ положены в основу проекта на аппаратуру автоматизации рабочего места энергодиспотчера, выполненного ПКБ ЦЭ МПС.

В третьей главе изложены теоретические основы машинно-ориентированных математических моделей системы тягового электроснабжения.

В практике эксплуатации и проектирования тягового электроснабжения приходится сталкиваться с необходимостью расчетов реальных схем электроснабжения, которые по своей сложности и разнообразию параметров значительно превосходит описанные в методической литературе типовые схемы питания и секционирования. При этом учет особенностей схем электроснабжения, как правило, пр1-зодил к созданию новых методов расчета. Многообразие методов расчета создавало трудности для широкого использования ЭВМ и снижало эффективность программных средств.

Наиболее эффективным оказался впервые предлояенныЛ автором совместно с К.Г. Марквардтом (1976 г.) матричный метод расчета мгновенных схем, который позволил: отказаться от упрощения реальных схем питанияксекционирозания тяговой сети; просто учитывать такиеосложняющие расчеты факторы как рекуперация энергии, компенсация реактивной мощности, транзит мощности, разнотипность

оборудования и т.п.; обеспечить единый алгоритм расчета схем любой стачени сложности, что открыло в дальнейшем путь к имитационному моделированию на ЭВМ сложных систем тягового электроснабжения.

При разработке матричного метода расчета мгновенных схем учтена специфика тяговой нагрузки.

Порядок матриц, особенно при использовании их в блоке электрических расчетов имитационных моделей, достаточно велик (300-500). Для понижения пордпка необходимо матрицу токов в ветвях схемы представить в виде двух составляющих / = I. Матрица учитывает влияние контурных токов: где - вектор контурных токов; /V/- - транспонированная вторая матрица .инциденций.

Матрица учитывает влияние задающих токов поездов 12 = | 7 = • где ~ обратная первая мат-

рица инциденций дерева схемы; В - эквивалентная матрица. Окончательно токи в ветвях схемы определяются из уравнения

.где

- матрица входных и взаимных проводимостей; £Ц - матрица сопротивлений ветвей; Е - матрица контурных Э.Д.С., /V -

- вторая матрица инииденций.

Падения напряжения до любого узла схемы вычисляется по формуле Аи = \Мд\т .где "¿¡I" Ед '

- вектор падения напряжения на ветвях дерева схемы; - матрицы сопротивлений ветвей дерева схемы; Ец - вектор Э.Д.С. в ветвях дерева схеш.

Приведенные формулы используются для расчетов и на постоянном

токе.

Внутренние сопротивления подстанций учитываются посредством

Дня четкого выявления границ элементов тяговой сети переменного тока, оказывающих взаимное влияние на многопутных участках, предложено вводить в расчетные схемы фиктивные узлы. Рекуперация энергии учитывается введением задающих токов поездсз с отрицательным знаком.

Расчеты на переменном токе могут выполняться по единому алгоритму при сопротивлениях, представленных в комплексной форме, модулях или в виде эквивалентных приведенных значений.

На основе применения принципов топологических преобразования матриц и работы с разреженными матрицами предложены пути снижения затрат машинного времени при операциях с матричными уравнениями.

Применение матриц открыло возможность расчетов на ЭВМ многопутных участков. Сопротивление тяговой сета является одним из главных расчетных параметров любой системы тягового электроснабжения. Однако, в имеющихся публикациях наиболее полно освещено определение сопротивления тяговой сети однопутных и двухпутных участков.

Расчет сопротивлений на многопутных участках усложняется необходимостью учета взаимного расположения путей и места,,которое занимает расчетный путь. Даже в простом случае двухпутного участка недостатком результатов, приведенных п литературе, является необходимость знания направления тока в соседнем пути. Чаще всего токораспределение заранее бывает не известно и является искомым.

собтветствущих элементов матрицы разные

яекий на шинах подстанций - элементами матрицы Е

разные уровни напря-

Л

Б диссертации получены формулы сопротивления тяговой сети многопутных участков переменного тока, не требующие предварительно знания направления токов на смежных путях.

При выводе формул учитывалось, что рельсы соединены параллельно и могут быть заменены одним эквивалентным рельсом с сопротивлением (см.рис. I).

Рис. I. Расчетная схема для определения

сопротивления тяговой сети многопутного участка

Порядок эквивалентирования рельсовых цепей и получения 2. ур изложен в работах аспиранта А.В.Боднара.

Сопротивление взаимоиндукции между контактными подвесками и эквивалентным рельсом на участке, имеющем // путей, определяется по формуле. 7Кр1 = ' где £ КРЦ " противление взаимоиндукции между контактными подвесками ¿ иу путей.

Для схемы, изображенной на рис. 2, Э.Д.С. наводимая в контуре эквивалентный рельс-земля токами различных путей, будет [рз — ~ X Г; , где I[ - ток в I -ом контактном проводе. Приращение потенциала (¿фя на элементе (1% составит (/фх ='~(ТрхКзр - а приращение тока в рельсах на этом же отрезке пути будет (¡щ""? и ,

т- р £/>

где о. рх - ток в рельсах на расстоянии X от места приложения нагрузки.

Решая полученную систему уравнений, можно найти средний

N • , . Н ■

ток э эквивалентном рельсе Г = + Т7. + 7" п

я ¿М * Р ^-¿Л77' '

где 2у) I ? - коэффициент, учитывающий шунтирую-

¡цееэ влияние земли. При этом падение напряжения на j -см пути

щ - ±Ш*ц -Ыщ -

± N

где 2ЭК} ~ эквивалентное сопротивление контактной подвески

/ -го пути, - сопротивление вэаимоицоукции между

эквивалентными контактными проводами расчетного ( } -го) и соседнего ( I -го) путей.

Формулы для определения средних величин сопротивлений на многопуткых участках имеют вид: . / ч

I}} = 2щ ~ 1ц] + 0,5 (¿зр-^ру ; 1}1 1+ 0,5 (2эр -2щ - 2щ- ^'¿эр*"1

где 2}} - собственное сопротивление расчетного j -го пути; 2}1 - сопротивление взаимоиндукции между расчетным j и соседним I путями.

Полученное при решении матричных уравнений токораспреде-ление в тяговой сети позволяет найти падение напряжения на" расчетной пути в виде ^

Автором предлокено применение матричного метода расчета мгновенных схем в блоке электрических расчетов при имитационном моделировании системы тягового электроснабжения. Это позволило придать новое качество имитационным моделям- универсальность, т.е. способность расчетов любых системы электроснабжения, без изменения алгоритма и программы расчета;

Такие модели позволяю? отказаться от специализированных вычислительных устройств и физического моделирования сложных систем электроснабкения»

Методика и алгоритмы- расчета сложных схем тягового электро-снабкения,разработанные автором опубликованы в работе / £0 /. Под руководством автора разработан ряд имитационных моделей.

В качестзе исходной информации при формировании мгновенных схем предусмотрена возможность получения токов поездов различными способами. Помимо определения токов из тяговых расчетов исследовалась возмокность получения их на основе удельнык расходов энергии на движение поезда.

Упрощенный вариант определения токоз поездов экономит затраты машинного времени и вполне оправдан при качественной оценке моделируемых процессов. С этой целью была уточнена известная формула удельных расходов энергии на основе результатов 50 тяговых расчетов и опытных поездок, выполненных для участков СХЭД и Донецкой дороги. Появилась возмокность определения удельных расходов энергии на отрезках пути до 0,5 км с погрешностью 17 % вместо 50 %.

Разработан матричный'-метод, расчета та коз гдсоткого- заикания в тяговых cswr.c сложной конфигурации, позволяющий рассчитывать на ЭШ.по единому алгоритму йеш, максимально приближенные к реальным условиям.

Определение тона к.з. в о^егг-случае -ооущеохзлявтсл: по , формуле 2д-'~ j AlE . Установлена связь ыеуду

различными типами сопротивлемй»Имеющимися в существующих методических разработках,' которые могуй» использоваться при со-етсвлекии матрицы -¿fr . В частности, показано, что сопротивления двухпутных участков переменного *ока связаны следующими соотношениями: ' Z/ ~ Zzi Zi¿22 ~Z-2z).

где - сопротивление одного пути даухпукгого участка;

■¿I ~ - сопротивление учиишавдее.- взаимное 'влияние.путей;

Z 21 - сопротивление тяговой сети при 'отсутствии--нагрузки на

" 7 - '-.:•''

соседнем пути; ~ 22 - сопротивление при одинаковых по величине

и созпадаюодпс по направлению нагрузках обоих путеП; 4^-22- сопротивление при протиЕОПОлокных направлениях нагрузок»

Методика матричного расчета рекиыа к.з. позволяет такге учитывать токовые нагрузки электровозов. Необходимость а этой ыоквт возникнуть, например, при расчете токов к„з. да нейтральной вставке. Помимо матричного метода разработаны принципы расчета токов к.з. в тяговых сетях на основе структурных чисел. При этом искомый ток в ветьи ß находят по методу наложения от всех G источников Э.Д.С., содержащихся в схеме:

Iß - ^ K(jiE<£ , где - Э.Д.С. J -ой ветви;

Kqi - передаточная функция тока s ß -ой ветви от Э.Д.С.

^ -ой ветви, представляющая отношение функции совпадения структурного числа к его детерминантной функции.

Структурные числа несут информацию о дерезе схемы и, такт» образом, обеспечивают расчет на ЭВМ без алгоритмической избыточности. Кроме того, метод структурных чисел позволяет сравнительно просто получить алгебраические формулы для расчета Токов к.з.

Разработаны принципы моделирования на ЭШ электродинамических процессов в тяговой сети на основе синтеза дифференциального исчисления и ыатричко-топологической теории, которые кашли практическую реализацию в динамической модели. Появилась возможность решения целого класса задач, связанных с переходными и электромагнитными процессами в тяговой сети и требующих точного знания кривых напряжения и тока в каждый момент времени: расчет токов к.з. с учетом работы электровозов, влияние тяговой сети ка линии связи, задачи охраны труда и техники безопасности, анализ электромагнитных процессов в новых системах электроснабжения, определение места короткого замыкания и т.п.

На схеме замещения распределение параметры тягозой сети представляют сосредоточенными элементами, а каждый электровоз представляют схемой замещения силового электропривода.

Процедура приведения к нормальному виду системы дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в тяговой сети к электровозах, представляет весьма громоздкую задачу, если учесть, что моделирование всего двух ыежподстанци-снных зон с двумя электровозами требует составления почти ста уравнений.

Применение метода переменных состояния на основе матрич-но-топологической теории цепей обеспечило непосредственное получение нормальной сисгеш уравнений. Процедуру получения нормальной системы удалось формализовать и возловсить на ЭШ.

Исходная система уравнений модели при этом составляемся в виде двух подсистем:

„ у>/.....р,

где л - вектор переменных Uq , • реактивных элементов, называемых переменными состояния; V - вектор постоянных и время зависимых источников £ и / ; W - вектср перемент ньпс И, L линейных и нелинейных резистивных элементов.

Исходная система.уравнений составляется для схемы замещения, в которой каждый элемент цепи выделяется а отдельную ветвь. Информация о конфигурации схеш является исходной для получения топологических матриц. Параметры элементов и топологические матрицы используются для образования матриц системы уравнений. Организация вычислений заключается а поочередном решении систем дифференциальных м конечных уравнений методами Ньютона и Гира с переменным шагом интегрированм£°лредсказывапце - исправляющему алгоритму на основе коррекции.

В результата получают, с учетом реальной формы, imf(t)

и U - <?(t)

во всех элементах схемы. При этом открываются неограниченные возможности глубокого исследования в условиях, максимально приближенных к реальным, таких фундаментальных понятий электроснабжения как сопротивление тяговой сети, нвсинусо-идальность, резонансные и переходные процессы, растекание токов в земле, рекуперация, релейная защита и т.п.

. - 30 -

В качество примера в диссертации приведены исследования на динамической модели изменения фазовых углов токов на фидерах поста секционирования при к.з. на нейтральной вставке. Лолучекь.' мгновенные значения токов и напряжений до и после момента к.з., позволившие выявить устойчивые признаки этого процесса в виде характерных изменений фазовых углов. Экспериментально подтверждены результаты моделирования опытом к.з. на нейтральной вставке тяговой подстанции Кутей участка Вас.Петровка-Орловка СЮЩ» Расхождение экспериментальных и рассчитанных фазовых углов не превышает 5 %„

В четвертой главе рассмотрены задачи оперативного управления работой системы электроснабжения.

Предложен и обусловлен метод пошаговой оптимизации мекпоезд-ных интервалов, который может применяться энергодиспетчерский персоналом с целью наибольшего использования пропускной способности при организации движения поездов в вынужденных режимах электроснабжения. Установлено, что при глубоких снижениях питающего напряжения, когда фактический и минимальный межпоездные интервалы связаны отношением Т 8 , для достижения наибольшего использования пропускной способности целесообразно идти ка выпуск в аварийную зону такого числа поездов, чтобы напряжение на ограничивающем(лимитирующем) перегоне ¿/^ приближалось к наименьшему допустимому значению. 11(7.

Таким образом, процесс выпуска очередных поездов на мекпод-станционную зону должен быть таким, чтобы целевая функция V лС/я -¿(/д^Шк обеспечивалось УтШ ' СОП$Ь ,

С/. Здесь: и й(/д - фактическое и допустимое

значения потерь напряжения до ограничивающего перегона;

£I - масса поезда I -го типа.

Сущность метода пошаговой оптимизации состоит в следующем; если условие tymif\aCOnst выполняется для какдого потока поездов, в котором ш ¿(¿вЛ1 , то оно будет выполняться и для потока поездов со смешанными массамк. Для этого необходимо очередной поезд выпускать на-аварийную зону с интервалом, соответствующим массе предыдущего поезда, уяе вышедшего на эту зону. Математически доказано, что при этом погрешность 6*Р £ 7,2

Предложен (совместно с Каяловым Г.М. и Т^рлянским U.A.) оперативный документ, названный диспетчерской картой, посредством которого' может быть реализована идея пошаговой оптимизации меклоездкых интервалов при пропуске реального потока поездов. Автором разработана методика расчета диспетчерских карт на ЭВМ и аналитическим формулам, в которой учтено влияние на мекпоездныа интервалы допустимого уровня напряжения и температуры нагрева проводов контактной сети. Для уточненного теплового расчета проводов использованы исследования выполненные в последние года Фигурновым Е.П. и Петровой Т.Е.

Диспетчерские карты рассчитываются заранее на возможные |.ь;.)ианти схем электроснабжения в вынуждонных режимах. Ö качестве исходной информации используются гранки токов поездов различной категории, полученные либо по результатам тягозьге расчетов с учетом изменяющегося уровня нэпряяптя, либо на основе опытных поездок. ■

Для идентификации графиков токовой нагрузки автором предложена специальная санкция ддя оценки степени с-2язи значений или свяли мо».ду графиками K(t) и

Y(t) :

п-т

,2" Шдии+тлО

где П - общее количество чисел в массиве графика функции; т - порядковый номер числа в массиве графика функции; 1 = - интервал времени, разделяющий два сечения травка функции.

На основе Цх (?) моке? быть дана количественная оценка степени связи посредствем выражения

/ . где

- площадь под кривой (Т) ; . 5, - площадь прямоугольника, у которого основание то ке, что и под графиком Цх (Т) , а высота равна единице.

В работе на примерах показано, что функция 0Х (Т) решает поставленную задачу нагляднее, чем известная корреляционная

(автокорреляционная) функция

Проведена экспериментальная проверка метода пошаговой'оптимизации на магистральном участке Койсуг-Степная СКЗД, которая показала, что в процессе эксперимента действительно уровень на-прякения на лимитирующем блок-участке отличается не более 4 % от расчетного. Подтверждена реальная возможность применения метода в условиях эксплуатации.

Кроме метода пошаговой оптимизации предложено осуществлять определение допустимых мекпоеэдамс индервалов в нормальных и вынужденных рекидах электроснабжения оперативным моделированием поездной ситуации на имитационной модели в специальном итерационном рекиме. Такое моделирование представляет гибкий "инструмент, позволяющий экергодиспетчеру быстро ориентироваться в допустимости конкретных поездных ситуаций с учетом схем питания, особых сочетаний масс поездов, интервалов следования,. метеусловий и т.п.

Для вынужденных режимов электроснабжения, сопровождающихся авариями с перерывом движения и накоплением поездов да станциях перед аварийными фидерными зонами, разработаны рекомендации на основе полокений теории расписаний по очередности пропуска поездов, при которой обеспечивался бы минимум поездочасов задеркки

всего числа поездов. При этом среднее число поездов, ожидающих / г1ом / ч

входа, будет ГТ1С =r~ J fn(t)UL , где tом ~ наиболь-L ОМ о

шее время ожидания входа на зону; /77(6/ - график изменения числа поездов, ожидающих входа.

Показано, что для оптимизации процесса пропуска поездов необходимо, чтобы ГПС => /776/? . Этого можно добиться, пропуская, например, в первую очередй поезда более легких категорий.

Одной из важных задач по обеспечению бесперебойности электроснабжения тяговых потребителей является быстрое обнаружение места короткого замыкания. Особенно эта задача актуальна для станций со сложными схемами секционирования и питания, где нет прямой зависимости между входным сопротивлением петли к.з. и расстоянием от подстанции до места повреждения, и поэтому не могут быть применены традиционные метода поиска.

Наличие «а энергодиспетчерских пунктах ЭВМ позволило создать новый метод определения повреждения секции на станции па-ременного тока, который условно назван комбинаторно-дистанционным. Пря этом методе сопротивление петли к.з. измеряют не на одном, а на осек фидерах, питавдик схему станции. В качества датчиков сопротивлений СДС) мсгут <5ыть использо^ны модули электронных защит ДОН или информационно-диагностические

контроллеры Дилеров тяговых подстанций.

Поступившая в ЭВМ со всех ДС информация переводится в вектор 2кз ~~ ¡^¡/^з,- Б котором .порядковые номера

величин сопротивлений петли к.я. 2( соответствуют номерам фидеров. Комбинация элементов вектора является ключом

для поиска поврежденной секции в информационной базе, оформлен-в виде многомерной матрицы | 2 » составленной с учетом схем питания и сезонности. Каждая строка матрицы формируется из элементов, представляющих наибольшее 21]тах и наименьшее 2т^!/77^/7 значения входных сопротивлений фидеров» полученных путем расчетов при к.з, на границах каждой секции станции. Путем маскирования на выполнение условий ^цпкп^к^^ЦяаРЪ как» дому фидеру фиксируются все секции, для которых выполняется это неравенство. Поврежденной принимается секцияс номер которой наиболее часто отмечен в совокупности показаний всех датчиков.

В работе выполнен анализ факторов, влияющих да точность комбинаторно-дистанционного метода. Существенное влияние на точность метода оказывает количество фидеров, оснащенных датчиками сопротивлений. На основе статистических расчетов и анализа проведенных экспериментов на ст.Батайск установлено, что при оснащении двух фидеров датчиками сопротивлений вероятность правильного определения поврежденной секции на крупной сортировочной станции составляет ,40 * 65 %, а при оснащении пяти фидеров она увеличивается до 90 100 Изменение схемы секционирования приводит к изменению входных сопротивлений фидеров на I * 10 >5» а разность напряжений на шинах питающих подстанций 6-7 %, изменяет входное сопротивление фидера на 3,5 * + 4%.

В процессе эксплуатации точность метода иске? постоянно" повышаться путем замены рассчитанных величин элементов в матрице сопротивлений на измеренные в процессе к.э.

После определения места повреждения автоматически запускается задача его локализации. Выбор состава коммутационных аппаратов для локализации повреждений секции и очередности их переключения, а также реализация самого процесса переключения производится подуправлением ЭВМ.

В процессе работы над задачей локализации диапазон ее применения был расширен за счет введения автономного режима, при котором независимо от задачи определения места к.з. вводится задаче на переключение вручную или от других задач АСУЭ, в которых требуется производить операции по отделению участков контактной сети.

В соответствии с заданием на переключение происходит формирование в ЭВМ управляющих слов оперативной подпрограммой и на их основе формирование серий ТУ с выходом на передатчик телеуправления. Чтобы исключить некорректные операции (подача команды на включение включенного аппарате или отключение отключенного коммутационного аппарата) происходит предварительно запрос 5вйла из общей области памяти о фактическом состоянии коммутационного аппарата.

Организация ремонтных и профилактических работ является важным элементом оперативной работы энергодиспетчерского персонала. Это наиболее активный, напряженный и ответственный период их деятельности. Уменьшить нагрузку на энергодиспетчера можно, если бозлскить выполнение ряда операций на ЭВМ. Рпзроботакп программа оперативного диспетчерского управления, позволялся фор-

мировать заявки и приказы на работу, готовить тексты запрещений на движение поездов, под управлением ЭВМ производить переключение коммутационных аппаратов* веста электронные журналы, принимать уведомления о выполненных работах и т.п. Программой предусмотрен контроль последовательности технологических шагов при организации работ»

Ведение оперативной документами на ЭВМ позволяет в 1,5 + + 2 раза сократит^ время на их оформление. При этом использование ЭШ для управления процессом переключений при подготовке. рабочих мест не ускоряет самого процесса переключений, однако освобождает эноргодиспетчо]за о? участия а этом процессе и дает ему дополнительное время для анализа си^ащи.

В пятой -главе рассматривается комплекс актуалыых задач технологического, статасжическ6го:и ад^рационного характера, обеспечивающих учет* обработку и анализ информации, связанной с эксплуатацией системы электроснабжения. Практическая ценность этих задач для производства не вызывает сомнений, однако' в теоретическом и научном плане они не равноценны* Поэтому в диссертации основное внимание уделено задачам, решение которых требует научного обоснования: учет потерь энергии, автоматизация учета и анализа электропотребления.

В диссертации показано, что определение потерь энергии в тяговой сети является сажмслабым звеном при составдении общего энергеткческого

Известно, что одним из путей сокращения расЗШй электроэнергии на тягу поездов является уменьшение потерь энергии в устройствах электроснабжения.'

Условные потери энергии дДу в системе тягового электроснабжения находят в соответствии с выражением ¿Ау Апз - Ат

где At)$- энергия, поступившая в систему электроснабжения (учитывается по показаниям счетчиков на вводах тяговых подстанций); A on " энергия, отпущенная потребителям. Величина определяется сложным путем и содержит данные, одна часть которых берется по показаниям счетчиков, а другая - определяется расчетным путем и корректируется волевым порядком. Это связано о тем, что, во-первых, не все потребители, питающиеся от тяговых подстанций, имеют счетчики расхода; во-вторых, границы отделений дорог не совпадают с границами плеч обслуживания локомотивных бригад и границами межлодетанционных зон системы тягового электроснабжения. Манипулируя величинами расходов энергии своих и чужих локомотивов, а также нормативной величиной потерь, можно покрыть любые неувязки в балансе израсходованной энергии.

В диссертации показано, что сам способ получения потерь энергии по разности показаний двух близких больших величин может давать большие погрешности - порядка 85 * 150 %. Сделан вывод о целесообразности непосредственного измерения потерь энергии в системе тягового электроснабжения посредством специальных счетчиков потерь. Дан структурный анализ услов«х потерь энер-Иш, из которого следует, что при формировании норматива потерь энергии за основу должны быть взяты технологически необходимые потери. В составе этих потерь наибольшую трудность представляет расчет технических потерь в тяговой сети и особен^ но, когда он выполняется при сложных схемах питания и секционирования. выполнение этих расчетов приближенными традиционными методами может давать погрешность, достигаицую 50 %.

Существенного снигения погрешности можно получить путем имитационного моделирования системы электроснабжения на ЭВМ.

В диссертации исследованы особенности расчета технических потерь энергии в тяговых сетях переменного тока при различных условиях электроснабжения. 8 результате получено теоретическое обоснование баланса мощностей при взаимном влиянии токовых нагрузок путей, сделана сценка влияния уравнительных токов на потери энергии, разработана методика учета уровней напряжения на тяговых подстанциях при моделировании потерь энергии.

Экспериментальная оценка погрешности расчетов потерь энергии на имитационной модели осуществлялось на межподстанционноЯ зоне Хапры-Таганрог СНЗД. Производились замеры потерь энергии в тяговой сети в рельаных условиях эксплуатации, а затем на имитационной модели был выполнен расчет потерь энергии для тех же условий эксплуатации к исполненного графика движения. Ддг этого в контактную сеть через трансформаторы тога было врезано 14 самопишущих амперметров, а на подстанциях и посту секционирования были подключены самопишущие вольтметры. Продолжительность эксперимента составила 18 часов. По эпюрам токов были определены потери энергии. При этом относительная разность измеренных в натуре потерь энергии и вычисленных за этот же период времени на модели равна 5,7 % и является вполне удовлетворительной.

Таким образом, экспериментально Подтверждена адекватность и дана оценка точности процессов, моделируемых на ЭВМ и реального протекающих в тяговой сети действующего участка железной дороги, по такому интегральному показателю как потери энергии. Этим доказано такве. что на имитационной мелели можно осздест-

влять оценку эффективности мер, направленных на совершенствование системы электроснабжения с высокой степенью точности.

Под руководством автора выполнены исследования и разработка счетчика для измерения потерь энергии в тяговых сетях переменного тока.

Счетчик потерь энергии установленный на питающем фидере, показывает величину,.потерь в соответствии с выражением

, где ¿г - вторичный ток

т о

трансформатора тока, установленного на фидере контактной сети;

Ккр - коэффициент трансформации трансформатора тока фидера;

К - расчетный коэффициент настройки счетчика, постоянный для конкретного фидера и физически соответствующий сопротивлению тяговой сети на плече приложения эквивалентной тяговой нагрузки. Пззработана методика расчета коэффициента настройки К счетчика потерь на имитационной модели. Выполнен факторный анализ коэффициента настройки, на основе которого получена аналитическая формула для его расчета. Счетчики потерь энергии установлены и эксплуатируются на тяговых подстанциях переменного тока ПОД.

Традиционный спо&об учета расходов электроэнергии построен на активном участии человека на всех этапах получения, передачи и обработки информации. Участие большого количества ледей, выполняющих вручную сбор и обработку информации, неизбежно приводит к ее искажению.

В диссертации разработаны принципы и показаны пути практической реализации автоматизации процесса сбора, обработки и передачи информации о расходах энергии между иерархическими уровнями АСУЭ. Йззработаш программы обработки информации с выдачей

итоговых форм за различные периоды отчетности на уровне служб злектриф нации.

Впервые разработана и внедрена система передачи данных о расходах энергии со всех дорог России в ЦЭ МПС по сетям АСУОП с использованием в качестве промежуточного звена ГВЦ МПС. В ГВЦ МПС осуществляется сбор, передача, «накопление, обработка и хранение оперативной информации по данной задаче в рамках сис-'темы ДИСКОР. Информация поступает в базу данных этой системы в установленные сеансы связи. После перекачки переменной информации из базы ЛЖЖОР на дискеты, данная информация проходит окончательную обработку на ПЭВМ в ЦЭ ЫПС.

Лботы выполнялись по заданию ЦЭ МПС под руководством автора. Внедрение этих задач позволило: автоматизировать сбор информации на сетевой уровне; повысить оперативность сбора, достоверность и качество информации; автоматизировать составление отчетов о расходах электроэнергии; вести архив с целью выдачи аналитических таблиц; повысить обоснованность принимаем!« решений; значительно сократить затраты ручного труда.

В диссертации на примере.задачи анализа расходов энергии показаны преимущества системного подхода для ее редония, предоставляемого средствами АСУЭ, вскрыты резервы, на которые в практике эксплуатации системы электроснабжения следует воздействовать с целью оптимизации режимов ее работы. Приведен алгоритм задачи автоматизированного учета повреждений и отказов в системе электроснабжения.

Шестая глава посвящена вопросам практической реализации и эффективности разработок по АСУЭ.

Исследовательские работ по проблемам "АСУЭ выполняются на кафедре АСЭл РГУПСа под руководством автора с 1919 г. За этот период выполнены исследования по широкому кругу вопросов пост-

роения и практического использования АСУЭ. Тематика работ еще-годно определялась заданиями ф МПС и дорог. Исследования и их практическая реализация проводилась на энергодиспетчерских пунктах ,СЩ и Донецкой железной дороги,в работах ГВЦ МПС, ПКБ ШС, Трансэлектропроекта.

Особое внимание в этих разработках уделялось надежности программных средств, учитывая, что программное обеспечение в АСУЭ выполняет функции прямого и косвенного управления технологическими процессами в системе електроснабжения и непосредственно влияет на безопасность движения поездов, целостность оборудования и безопасность работы эксплуатационного персонала.

В диссертации сформулированы требования к программному обеспеченно для надежного функционирования в составе АСУЭ. Основными из них являются: программные средства непосредственно управляющие тотслалч=скил< грщессени, должны иметь 100 % степень отлаженности, а их алгоритм должен содержать контроль работы технических средств и защиту о? сбоев в работе; программные средства должны быть защищены от ошибочных действий оператора к несанкционированного доступа к их корректировке; они должны строиться на принципах нисходящего программирования и модульных конструкций программ-.

Осуществлена оценка экономической эффективности создания АСУЭ на разных стадиях внедрения системы. Показано, что производственный эффект от внедрения задач АСУЭ состоит в возможности максимального использования пропускной способности, оперативной диагностике состояния системы электроснабжения и возможности принятия оптимальных решений но ее эксплуатации, уменьшении расходов и потерь электроэнергии", сокращении численности

инженерно-технического персонала, переходе к безбумакной технологии, объективному анализу работоспособности системы электроснабжения и ее элементов и др.

Коэффициент эффективности дополнительных капитальных вложений в зависимости от стадии внедрения АСУЭ составляет 0,53-0,66, что соответствует сроку окупаемости всего 1,5-1,8 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность излокенных в диссертации научных полокений посвящена теоретическим основам автоматизации управления режимами работы системы тягового электроснабкения.

Разработан новый подход к решению прикладных.практических задач электроснабжения, в котором, на основании выполненных автором исследований и разработок, иэлокены научно обоснованные технические и технологические решения по созданию автоматизированной системы управления электроснабжением электрифицированных кедезних дорог.

В процессе выполненных исследований получены следующие основные научные результаты:

1. Выполнен системный анализ режимов работы и прикладных задач тягового электроснабкекия и дацо обоснование необходимости совершенствования методов решения задач и управления режимами с единых позиций на основе создания автоматизированной системы управления электроснабжением железных дорог. Сформулированы цели создания АСУЭ и средства их реализации.

2. Разработана методология организации автоматизированной системы управления тяговым электроснабжением на основе системного подхода. Предложена концепция построения АСУЭ, показана необходимость поэтапной разработки и внедрения, проанализированы

варианты архитектуры системы на основе неоднородных и однородных локальных вычислительных сетей с использованием профессиональных и персональных компьютеров.

3. Систематизированы прикладные задачи, которые решаются на иерархических уровнях-системы, дана теоретико-мнокественная оценка архитектуры наиболее характерных классов прикладных задач, показано, что АСУЭ является основой системного подхода с качественно новым уровнем решения этих задач.

4. Разработаны системотехнические и методологические основы автоматизации информационного обеспечения прикладных задач и

управления объектами электроснабкения на основе интеллектуализации рабочих мест энергодиспетчерского и инкенерно-технического персонала. С позиций теории массового обслуживания оценена эффективность возмокных вариантов программно-аппаратных средств сопряжения системы телемеханики с ЭВМ.

5. Разработаны теоретические основы машинно-ориентированных математических моделей системы тягового электроснабжения как базового инструмента решения режимных задач электроснабкения.

Впервые показана возможность использования матричных методов расчета электрических цепей при имитационном моделировании систем тягового электроснабжения, имевших слокные схемы питания и секцианирования, а также большое количество путей.

Предложен универсальный метод расчета токов короткого замыкания в тяговых сетях переменного и п<?стоянного тока, позво-ляадций производить расчет токов н.э. на ЭВМ по единому алгоритму а любых самых сложных схемах, максимально приближенных к реальным условиям. Изложены теоретические основы таких расчетов посредством решения матричных уравнений и структурны* чисел.

Получены формулы для расчета сопротивлений тяговой сети многопутных участков и табличные значения этих сопротивлений, используемые при работах с матрицами.

7. Изложены теоретические основы построения модели динамических процессов на основе синтеза дифференциального исчисления и матрично-топологических методов, на которой возможно всестороннее и глубокое исследование электрических и электромагнитных процессов на уровне мгновенных значений.

8. Выполнено теоретическое обоснование метода пошаговой оптимизации мегпоездных интервалов в вынужденных режимах электроснабжения, который может применяться энергодиспетчерским персоналом для обеспечения максимального использования пропускной способности при пропуске реального потока поездов. Метод полу* чил экспериментальное подтверждение и внедрение на Северо-Кав*-казской железной дороге. Разработана методика расчета на ЭВМ оперативных документов - диспетчерских карт, составляющих основу метода.

Предложен способ определения межпоеэдных интервалов оперативным моделированием поездной ситуации на ЭВМ с целью принятия решения о возможности реализации конфетного гранка движения по условиям работы устройств электроснабжения.

9. Предложен и теоретически обоснован комбинаторно-дистанционный метод определения места короткого замыкания в тяговой сети станций, электрифицированных на переменном токе и имепцих сложную схему секционирования и питания. Разработаны алгоритмы, реализованные в прикладных задачах локализации места повреждения в тяговой сети по командам ЭВМ и диспетчерского управления организацией ремонтных и профилактических работ.

10. Разработаны и обоснованы методы анализа работы системы электроснабжения на основе современной технологии, базирующиеся на широком использовании средств вычислительной техники. &тол-нен анализ проблемы учета потерь анергии в тяговой сети. Исследованы, факторы, которые должны учитываться при имитационном моделировании потерь энергии в тяговой сети. На действующем участке Северо-Кавказской железной дороги экспериментально подтверждена адекватность имитационного моделирования на ЭВМ потерь электроэнергии.

Разработаны принципы и показаны пути практической реализации автоматизации процесса сбора, обработки и передачи информации о расходах электроэнергии между иерархическими уровнями АСУЭ. Осуществлено практическое внедрение этих принципов в технологии передачи информации о расходах энергии с дорог в МПС.

11. Йзработанныа в диссертации теоретические положения, прикладные задачи, методы, алгоритмы и программные средства автоматизации управления режимами работы системы электроснабжения внедряются на сети дорог. Результаты внедрения подтверждают обоснованность теоретических предпосылок и достоверность материалов исследований.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Быкадоров А.Л., Боднар A.B., Мазяр М.Т. и др. Применение ЭВЫ( для автоматизации энергодиспетчерских пунктов. М.:Транспорт, 196/, 54 с.

2. Быкадоров А.Л., Фигурнов Е.П. Опыт создания автоматизированной системы управления устройствам электрификации и энергетики железных дорог СССР. Труды ВШИ им. В.И.Ленина.София, 1969. С,93.

3. Быкадоров А.Л. РЬсчет режимов работы сложных систем тягового электроснабжения. Материалы международной научной конференции. Варшавский политехнический институт. Варшава, 1993, Том I, С.35-37.

4. Быйнпоров А.Л., Фигурнов Е.П., Шарков Ю.И. Автоматизированная система управления электроснабжением - достижения и проблемы. М.:ЦПНТ0, 1969, С. 56-57.

5. Марквардт К.Г., Быкадоров А.Л. Матричный метод расчета тяговых сетей. Труды FMCTa, вып.132. Ростов-на-Дону, 1976, С.36--45.

6. Быкадоров А.Л. Совершенствование системы управления устройствами электроснабжения. Труды FWCKТа, вып. 151. Ростов-на-Дону, 1979. С.13-16.

7. Каялов Г.М., Быкадоров А.Л., ТУрлянский М.А. Режимы работы устройств энергоснабжения при пропуске объединенных поездов. "Электрификация и энергетическое хозяйство".Экспресс информация, вып.I (81). М.:ЦНШЭИ МПС. С.38-48.

8. Каялов Г.М..Быкадоров А.Л., Турлянский М.А., Ромашин Г.П., Применение ЭВМ при опытно-статистическом методе выбора уставок АИ1Н трансформаторов тяговых подстанций переменного тока, Труды РИИЖГа, вып. 109. Ростов-на-Дону, 1995. С.30-33.

9. Каялов Г.М., Быкадоров А.Л;, Турлянский М.А. Пропуск поездов при вынужденных режимах электроснабжения. "Железнодорожный транспорт", 1975, № 4. С.63-64.

ДО.Еыкадоров А.Л., Доманский В.Т. Сравнительная оценка косвенных способов измерения потерь энергии в тяговой сети переменного тока. Труда РИИЗКГа, вып. 153. Ростов-на-Дону, 1979. С.20-27.

П.Быкадоров А.Л., Доыанский В.Г. Влияние уравнительных токов на измерение потерь энергии в тяговой сети. Труды РКИЖТа, вып. 153. Ростов-на-Дону, 1979. С.27-30.

12.Бакадоров А.Л., Доманский В.Т. Расчет потерь энергии в тяговых сетях матричным методом. Труды МИИТа, вып. 636. М.: 1979, С. 146-153.

ХЗ.Каялов Г.М., Быкадоров А.Л., Турлянский М.А. Выбор ыежпоезд-ных интервалов в вынужденных ренинах электроснабжения."BecT^j ник Всесоюз.в.-и.ин-та к.д.транспорта", 1979, № 3.C.I5-I8.

14.¡Мирошниченко Р,И.,Бакеев Е.Е., Быкадоров А.Л.,Забненков В.Н. Оперативно-диспетчерское управление устройствами электроснабжения и энергетики. "Вестник ШИШТ", 1979, № 6, С. 10-12.

15, Быкадоров А.Л., Турлянский М.А. Определение задержек поездов в вынужденных режимах работы системы электроснабжения. Труды РИИКТа, вып.155(меквузовский сборник),Ростов-на-Дону, 1980, С. 47^50.

15.Быкадоров А.Л., Доманский В.Т. Матричный метод расчета токов короткого замыкания в сложных тяговых сетях на ЭВМ, Труды РИИЖТа, вып. 155(меквузовскиЙ сборник),. Ростов-на-Дону,1980, С.50-58.

17.Еыкадвров А.Л., Доманский В.Т. Учет потерь электроэнергии на электрифицированных участках переменного тока."Железнодорожный транспорт", 1980, № 4. С.57-59.

16.Мирошниченко Р.И., Быкадоров А.Л., Боднар A.B., Хачатурьян Р.В. Црнтральный энергодаспетчерский пункт службы электрификации (ЦДП-'Э) с мини-ЭВМ. Труды ШИИЖТа, вып.635, и.:Тран-епорт, 1980. C.5-2I.

19. Быкадоров А.Л., Доманский В.Т. Расчет системы электроснабжения многопутньпе участков."Вестник ВНИИЖГа", 19в1,*5,С. 17-22,

20.Быкадоров Д.Л., Доманский В.Т.. Методика и алгоритмы расчета сложных схем тягового электроснабжения. Трансэлектропроект (ТЭЛП). Инструктивно-методические указания, 1981, 3 3, М.: С753-72.

21.Быкадоров А.Л., Боднар A.B. Эквивалентное сопротивлений тяговой сети многопутных участков переменного тока. Труды Межвузовский тематический' сборник, вып. 162. Ростов-на-Дону,

гашт,1981.

22. Быкадоров А.Л., Доыанский В.Т. Моделирование системы электроснабжения со сложной конфигурацией тяговой сети. В кн.Вопросы Имитационного моделирования системы электрифицированных железных дорог. М., БЗИИТ, вы.П5, 1931, С.67-75.

23. Быкадоров А.Л., Боднар A.B. Сопротивление тяговой сети многопутных участков переменного тока. Труды. Межвузовский тематический сборник,'вып. 171. Ростов-на-Дону, РИИКТ, I9Ö3.C.28-32.

24.Кручинин В.П.,Еыкадоров А.Л.,Доканский В.Т. Опыт эксплуатации счетчиков потерь. ТРуды. Межвузовский тематический сборник, вып. 171. Ростов-на-Дону, ЙШТ, 1983. С.45-48.

25.Мирошниченко Р.И., Быкадоров А.Л.,Боднар A.B., Мазяр М.Ф., Хачатурьян Р.В. Принципы построения и практика внедрения АСУ ЦЦП-Э на Донецкой дороге. В кн.:Повышение эффективности работы электрифицированных .участков: Сб.научн.тр.М.-.Транспорт, 1985.-С.3-II.

26.Быкадоров А.Л..Боднар A.B. Автоматизация определения места к.э. в тяговой сети переменного тока сложной конфигурации с использованием ЭВМ. Труды.Межвузовский тематический сборник, вып. 184. Ростов-на-Дону, Р/ШЖТ, 1965. С. 14-16.

27. Быкадоров А.Л.,Жарков Ю.И. Вычислительная и микропроцессорная техника в устройствах электроснабкения,"Электрификация и энергетическое хозяйство"(ЦНИИТЭИ ЫПС), 1587, обзор,I.С.30.

28.Быкадоров А.Л., Фролов С.Г.,Хачатурьян Р.В. Опыт внедрения АСУЭ на знергодиспетчерском пункте отделения дороги. Тезисы докладов Всесоюзп.научн.-техн.конференции.ЦПНТ0,М.,1989.С.53-55.

29.Быкадоров А.Л.,Фролов С.Г.Программный интерфейс устройства со-прякения ЭВМ с системой телеуправления. Повышение эффективности устройств электрического транспорта. Межвузовский сб.на-учн.тр.Днепропетровск, ДИИТ, 1989, С.24-30.

30.Быкадоров А.Л., Боднар A.B., Мазяр М.Ф., Фролов С.Г.,Шифрин Г.В. Программные средства формирования ceptfl телеуправления объектами тягового электроснабкения в АСУЭ. Меквузовский сб. научн.тр. РИСХМ. Ростов-на-Дону, 1989. С.59-65.

31.Быкадоров А.Л., Шифрин Г.В. Автоматизация оперативной работы энергодиспетчера. Меквузовский сборн.научн.тр. РИИЖТ,Ростов-на-Дону, 1990. С.3«5.

32.Быкадоров А.Л., Жуков A.B. Математическое моделирование системы тягового электроснабкения переменного тока. Меквузовский сборн. научн. тр. РИИЖТ, Ростов-на-Дону, 1990. С. 12-19.

33.A.c. 1795498 СССР, МКИ 08 С 19/28. Передающее устройство теле-упраьления/А.Я.Быкадоров, С.Г.Фролов - № 477S8I9/24.Заявлено 08.01 90; опубл. 15.02.93. Бюл. № 6.

34.Жарков Ю.И., Фигурнов Е.П., Быкадоров А.Л. Информационные технологии управления электроснабжением транспорта. Тезисы докладов Всероссийской научн.конф."Параметры перспективных транспортных систем России". Российская А.Н,Научный совет РАН

по проблемам транспорта. Институт проблем транспорта РАН. МГУПС, М., 1994.

4Q. Быкадоров А.Л. Теоретико-множественные аспекты архитектуры прикладных задач АСУЭ, Межвузовский сборн.научн.тр. "Автоматизированные системы электроснабжения ж.д.", № 96, РГУПС, Ростов-вз-Дону, 1994. С. 16-23.

41.Быкадоров А.Л., Жуков A.B. Прикладная математическая модель динамических процессов в тяговой сети. Межвузовский сборн. научн.тр. "Автоматизированные системы электроснабжения к.д.", * 96, РГУПС, Ростов-на-Дону, 1994. С.33-38.

42.Быкадоров AiJI., Четвертнова Е.А. Определение мекпоездных интервалов оперативным моделированием поездной ситуации на имитационной модели. Межвузовский сборн.научн.тр. "Автоматизированные систеш электроснабжения к.д.", № 96, РГУПС, Ростов-на-Дону, 1994. С.197-199.

43.Бынадоров А.Л.Расчет токов короткого замыкания в тяговых се-

h

тях методом структурных чисбй. Межвузовский сборн.научн.тр., "Автоматизированные системы электроснабжения л.д.", № 96, РГУПС, Ростов-на-Дону, 1994, С.45-50.

«