Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Общие аспекты и основные проблемы проектирования автономных систем энергообеспечения горных и предгорных районов РСО-Алания 12
1.1. Основные виды энергоресурсов РСО-Алания, их характеристики и способы использования 12
1.2. Особенности преобразователей энергии для потребителей малой мощности как объектов управления 15
1.3. Состояние, особенности и проблемы автоматизации проектирования автономных систем энергообеспечения 21
1.4. Выводы по главе 33
ГЛАВА 2. Анализ методологических основ проектирования автономных систем энергообеспечения 35
2.1. Методы математического моделирования и структурного синтеза автономных источников энергии для потребителей малой мощности 35
2.1.1. Общие проблемы моделирования автономных систем энергообеспечения 35
2.1.2. Особенности структурного синтеза АСЭ 41
2.2. Анализ способов и методов управления параметрами преобразователей на примере асинхронных генераторов 49
2.2.1. Оптимизация конструктивных параметров машины 52
2.2.2. Параллельная емкостная компенсация 54
2.2.3. Стабилизация напряжения асинхронного генератора продольной емкостной компенсацией реактивной мощности 60
2.3. Основные выводы и постановка задачи исследования 64
ГЛАВА 3. Исследование и разработка машинно-ориентированных методов и алгоритмов оптимального проектирования АСЭ и СУ АСЭ ... 68
3.1. Структурный и параметрический синтез АСЭ 68
3.1.1. Структурная схема автономной системы энергообеспечения 68
3.1.2. Формирование критериев для оценки выбора вариантов 70
3.2. Структурный и параметрический синтез СУ АСЭ 79
3.2.1. Структурная схема управления АСЭ 79
3.2.2. Исследование системы управления асинхронным генератором 86
3.2.3. Анализ нестационарных режимов АСЭ как объектов управления 96
3.2.4. Структурный и параметрический синтез САУ АСЭ 105
3.2.5. Имитационное моделирование САУ АСЭ 108
3.2.6. Формализация задачи, методология и стратегия структурного синтеза и выбора оптимальных параметров автономных источников энергии 112
ГЛАВА 4. Структурные и программные решения в сапр автономных систем энергообеспечения 125
4.1. Структура средств САПР автономных систем энергообеспечения 125
4.2. Программный комплекс структурного и параметрического
синтеза АСЭ 133
4.2.1. Формирование и актуализации исходной БД элементов АСЭ 137
4.2.2. Программный модуль CHOICE - анализа и выбора оптимальной структурной организации и параметров АСЭ 142
4.2.3. Программный модуль SELIN- выбора вариантов структурной и параметрической организации АСЭ с минимальной сложностью 143
4.2.4. ORGSYN.AC3 -управляющая программа комплекса SYNАСЭ 146
4.3. Программный комплекс расчета и анализа систем управления технологическими параметрами АСЭ 148
4.4. Структура и алгоритм функционирования управляющей программы комплекса АСЭ.ЬОС-1 158
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования и оценка эффективности разработанных методов и алгоритмов 163
заключение 167
список использованной литературы
- Особенности преобразователей энергии для потребителей малой мощности как объектов управления
- Общие проблемы моделирования автономных систем энергообеспечения
- Структурная схема автономной системы энергообеспечения
- Программный модуль CHOICE - анализа и выбора оптимальной структурной организации и параметров АСЭ
Введение к работе
Актуальность работы. Более половины малонаселенной территории нашей страны не имеет централизованного электроснабжения. Зоны децентрализованного энергоснабжения составляют более 70% территории России [1]. Известно, что энергетически устойчивое будущее может в значительной степени зависеть от увеличения доступности и использования возобновляемых источников энергии как средства экологического качества и оказания поддержки устойчивому развитию. В настоящее время существуют лишь пять возобновляемых и практически не содержащих углерода видов энергетических ресурсов: гидроэнергия (ее широкомасштабное использование); ядерная энергия, вырабатываемая на быстрых бридерных реакторах; энергия ветра; солнечная энергия и ядерная энергия синтеза. Ключевым фактором в деле достижения устойчивого энергетического положения будет стоимость обеспечения доступности возобновляемых источников энергии [2-6].
В Республики Северная Осетия-Алания (РСО-Алания) значительные районы горной и предгорной зоны также не имеют централизованного электроснабжения [7, 8]. Производственное освоение этих районов требует сооружения дорогостоящих ЛЭП и увеличение производства электроэнергии, что нецелесообразно как из-за отсутствия финансовых средств на эти цели, так и низкой надежности таких систем в горной зоне. Для решения Энергетической программы Российской Федерации и Государственной программы развития электроэнергетики РСО-Алания предусматривается использовать нетрадиционные источники электрической энергии небольшой мощности, способные обеспечить электроснабжение автономных потребителей-малых аграрных и фермерских хозяйств, а также бытовых нагрузок сельского населения. Такие автономные системы электроснабжения могут быть созданы за счет использования энергии воды, ветра, солнца, термальных источников [7, 9, 10, 11-13].
Вопросы использования нетрадиционных энергетических ресурсов для электромеханизации потребителей небольшой мощности достаточно полно
освещены в работах П.Н. Листова, В.Н. Андрианова, Я.И. Шефтера, И.К. Хузмиева и др. Наиболее эффективным направлением развития возобновляемых источников энергии в России, в частности РСО-Алании, является использование энергии небольших водотоков с помощью микро- и малых ГЭС [11-13, 17, 18]. При этом необходимо отметить, что экономический потенциал малой гидроэнергетики в республике превышает экономический потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер и солнце вместе взятых, более чем в 1,5 раза [1, 7, 8].
Ведущими странами по использованию малых и микроГЭС являются Китай (90000 энергоустановок), США (10500), Япония (5300), Швейцария (2600), Австрия (1300), Норвегия (95% энергии в энергосистеме вырабатывается гидроэлектростанциями). Сейчас в России эксплуатируется около 200 малых ГЭС, а в 1954году в бывшем СССР работало 6614 малых ГЭС. Россия имеет около 10% потенциальных мировых запасов гидроэнергии.
Технический потенциал малой гидроэнергетики составляет 125 млн. т. у.т./год. Этот потенциал используется крайне слабо, тогда как в недалеком прошлом (50-60 годы) в стране эксплуатировалось несколько тысяч микро-ГЭС. Как показывают предварительные исследования и расчет технико-экономической эффективности, предпочтительнее всего создание и внедрение микроГЭС, так как стоимость электроэнергии от этих источников в 1,5...3 раза меньше, чем от других нетрадиционных источников [14-16]. Внедрение таких установок не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. Освоение микроГЭС в отдаленных от ЛЭП районах, позволит повысить надежность электроснабжения, получить дешевую и экологически чистую электроэнергию, электрифицировать трудоемкие технологические процессы, улучшить культуру и производительность труда.
Существенное повышение требований надежности, экономической целесообразности значительный рост объемов научно-технической информации, ставят конструктора при разработке автономных систем энергообеспечения
(АСЭ) в ситуацию, когда он не в состоянии традиционными методами прорабатывать конструкции с учетом последних достижений технического прогресса, что в конечном итоге приводит к несовершенству принимаемых им проектных решений. Эти противоречивые факторы заставляют применять новые методы и средства труда конструктора, позволяющие повысить не только производительность труда разработчика, но и качество принимаемых проектных решений. Появление быстродействующей вычислительной техники и совершенных математических методов переработки информации позволяют снизить трудоемкость проектирования технических средств энергообеспечения, при автоматизации процесса проектирования на всех стадиях разработки: от технического предложения до выпуска рабочей документации. А это требует разработки и нового инструментария проектировщика - системы автоматизированного проектирования (САПР).
Разработка систем автоматизированного проектирования требует создания системной модели, как объекта проектирования. Внедрение такого уровня абстракции модели связано с необходимостью предварительного структурирования предметной области с использованием системного подхода как метода, учитывающего многообразие сложных взаимных связей и всесторонне раскрывающего все аспекты исследуемой системы, рассмотрение которых является необходимым и достаточным для реализации процесса проектирования.
Главная сложность при этом заключается в том, что проектирование АСЭ является слабоструктурированной задачей, решение которой требует формулирования специальных требований и путей решения, которые могут быть реализованы в процессе создания САПР АСЭ.
Целью диссертационной работы является: создание научно обоснованной методологии, алгоритмов и стратегии автоматизированного структурного и параметрического синтеза АСЭ и САУ АСЭ, ориентированных на использование в рамках САПР АСЭ и СУ АСЭ.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
Системный анализ проблем, принципов и особенностей автоматизации проектирования автономных систем энергообеспечения (АСЭ); исследование и постановка задачи разработки методов и алгоритмов автоматизированного проектирования АСЭ горных и предгорных районов РСО-Алания.
Концептуальный анализ элементов АСЭ; разработка системной модели АСЭ как объекта проектирования, обеспечивающей эффективное преобразование любого вида энергии в данной точке пространства, характеризующейся своими удельными энергетическими показателями.
3. Разработка методологии и машинно-ориентированных алгоритмов
структурного и параметрического синтеза АЭС и СУ АСЭ на базе эволюци
онной стратегии проектирования.
Разработка структуры программного комплекса структурного и параметрического синтеза АСЭ и САУ ее технологических параметров и алгоритмов его функционирования в рамках САПР АСЭ и СУ АСЭ.
Исследование эффективности предложенных методов и алгоритмов автоматизированного проектирования АСЭ и СУ АСЭ.
Методы исследований. Проводимые исследования базировались на положениях технической кибернетики, методах математического моделирования статического и динамического поведения сложных технологических объектов, методах синтеза и анализа АСР технологических параметров, имитационного моделирования функционирования сложных объектов и СУ, теории сложности систем, математических методах оптимизации и математической статистики.
Научная новизна работы:
1. На основе обобщения и систематизации накопленного опыта проектирования автономных систем энергообеспечения (АСЭ) предложен новый подход и методология реализации задачи автоматизированного проектирования АСЭ горных и предгорных районов РСО-Алания, использующих нетрадиционные источники электрической энергии небольшой мощности.
2. Формализована задача проектирования и разработана стратегия струк
турного синтеза и выбора оптимальных параметров АСЭ и САУ ее техноло
гических параметров.
3. Разработаны и реализованы машинно-ориентированные алгоритмы
структурного и параметрического синтеза АСЭ и СУ АСЭ на базе эволюци
онной стратегии проектирования.
4. В соответствие с предложенной методологией разработаны структура
средств программного комплекса структурного и параметрического синтеза
АСЭ и САУ ее технологических параметров, алгоритмы функционирования
его подсистем в рамках САПР АСЭ и СУ АСЭ.
Практическая значимость работы:
Разработаны машинно-ориентированные алгоритмы структурного и параметрического синтеза АСЭ горных и предгорных районов РСО-Алания и систем автоматического управления (САУ) параметрами АСЭ, ориентированные на использование в рамках САПР АСЭ и СУ АСЭ.
Формализована задача проектирования и разработана стратегия структурного синтеза и выбора оптимальных параметров АСЭ и САУ АСЭ, выявлен состав программных средств САПР АСЭ и предложены эффективные алгоритмы её функционирования.
Предложенная методология и комплекс программ применены при разработке АСЭ конкретных горных и предгорных районов РСО-Алания. Экспериментально доказана эффективность разработанных алгоритмов автоматизированного проектирования АСЭ на базе микроГЭС с системой управления выходными параметрами асинхронного генератора и спроектированных с их применением систем. Полученные научно-технические результаты приняты к использованию в Северо-Кавказском научно-исследовательском институте горного и предгорного сельского хозяйства, проектной фирме ООО «Геополис», г.Владикавказ.
4. Результаты проведенных исследований используются в учебном процессе в СКГТУ при подготовке специалистов в области информационных систем и технологий и в ГГАУ для подготовки студентов по курсу «Нетрадиционные источники энергии».
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается:
результатами экспериментальных исследований;
результатами вычислительных экспериментов;
работоспособностью разработанных универсальных алгоритмов и программ подсистемы автоматизированного синтеза АСЭ и СУ АСЭ.
На защиту выносятся:
Новый подход и научно обоснованная методология структурного и параметрического синтеза и выбора оптимальных параметров АСЭ и САУ АСЭ на базе эволюционной стратегии проектирования.
Модель АСЭ, обеспечивающая наиболее эффективное описание преобразования любого вида энергии доступного в данной точке территории, характеризующейся своими удельными энергетическими показателями.
Структура и состав программных средств САПР АСЭ и СУ АСЭ, комплекс машинно-ориентированных алгоритмов и программных средств автоматизированного структурного и параметрического синтеза АСЭ и САУ АСЭ, ориентированных на использование в рамках САПР.
Результаты экспериментальных исследований и анализа эффективности разработанных подходов к проектированию АСЭ и систем управления ими.
Реализация результатов работы.
Разработанные в работе методология и алгоритмы автоматизированного проектирования АСЭ позволили создать микроГЭС, установленные в с.Гули Алагирского района и Турмонском заповеднике Дигорского района. Синтезирована и реализована на ряде объектов РСО-А система управления микроГЭС, включающая в себя два контура управления по частоте и напряжению.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Горского ГАУ (ГСХИ), 1993— 1996г.г.; на I Международной конференции "Экологические проблемы горных территорий" в г.Владикавказе (1992г.), на II Международной конференции "Безопасность и экология горных территорий" в г.Владикавказе (1995г.)., на Международной научно-практической конференции "Экологически безопасные технологии в сельскохозяйственном производстве XXI века" в г.Владикавказе (2000г.)., на IV Международной конференции "Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов" в г.Владикавказе (2001г.); на XI и XII межвузовских региональных конференциях в г.Владикавказе (1998 и 1999 гг.); на научно-практической конференции Юга России по проблеме: "Производственный потенциал АПК и его использование в условиях рынка" в г. Владикавказе (2000г.); Всероссийской научно-практической конференции "Природно-ресурсный и экономический потенциал горных и предгорных регионов России и принципы создания устойчивых агроландшафтов" в г.Владикавказе (1996г.).
Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся в главах 3, 4, 5 диссертационной работы, получены автором самостоятельно, а результаты, приведенные в главе 1, 2, автором получены в соавторстве.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 27 печатных работах.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа объемом 195 страниц текста состоит из введения, четырех глав и приложения. Содержит 4 таблицы, 34 рисунка, список использованной литературы из 189 наименований.
Особенности преобразователей энергии для потребителей малой мощности как объектов управления
Одним из основных устройств преобразования кинетической энергии ветра, воды являются электрогенераторы [23,24]. От их характеристик зависят во многом свойства и возможности АСЭ. Электрогенераторы, работающие в составе АСЭ должны удовлетворять определенным технико-экономическим и эксплуатационным требованиям. Это высокая надежность, минимальные размеры и масса, работа при перегрузках по мощности в условиях повышенной (близкой к 100%) влажности, возможность экономичного регулирования выходного напряжения, жесткость конструкции, высокий уровень энергетических, экономических и других показателей, устойчивость системы регулирования и т.д. [24].
Основными электрическими параметрами, по которым выбирается электрогенератор, являются: мощность, величина напряжения, частота тока, частота вращения генератора. Последняя оказывает существенное влияние как на массу и габариты генератора, так и параметры трансмиссии. Особое внимание уделяется вопросам простоты конструкции, удобства обслуживания, низкой стоимости, высокой удельной мощности, (кВт/кг).
В АСЭ применяются различные типы электрических генераторов, которые различаются по многим признакам. К примеру, классификация асинхронных генераторов (АГ) приведена на рис. 1.2 [25].
В машинах постоянного и переменного тока с электромагнитным возбуждением и щеточными контактами при повышенном использовании активных материалов и хороших регулировочных свойствах трудно получить безотказное самовозбуждение, высококачественные характеристики электроэнергии, высокую надежность и др. [23, 26]. Для хорошего самовозбуждения и устойчивой работы генераторов с регуляторами напряжения необходимы относительно большая величина остаточного потока, которая в этих машинах не превышает 1-2% рабочего потока возбуждения, малая величина мощности обмотки индуктора и узкая петля гистерезиса характеристики намагничивания [27].
Введение в магнитную цепь участков из магнитотвердой стали существенно увеличивает мощность возбуждения и площадь петли гистерезиса, что недопустимо. При этом увеличение остаточного потока оказывается недостаточным для самовозбуждения, и оно обеспечивается усложнением схем управления.
Стабильность выходного напряжения генераторов с электромагнитным возбуждением резко нарушается при мгновенных изменениях нагрузки и несимметричным ее распределением между фазами, которые не могут быть устранены регуляторами напряжения. Для уменьшения мгновенных изменений напряжения (всплесков, провалов) и несимметрии, генераторы выполняются с низкой линейной нагрузкой, что значительно увеличивает их массу. Совмещение в машинах с электромагнитным возбуждением относительно небольшого комплекса противоречивых требований без принятия специальных мер, практически невозможно.
Машины с постоянными магнитами, обладая безотказным самовозбуждением и высоким качеством электромагнитных характеристик [28, 29], не допускают непосредственное и экономичное регулирование напряжения или частоты вращения, что ограничивает их применение в автономных микроГЭС.
Бесконтактные синхронные генераторы (СГ) с электромагнитным возбуждением, обладая высокой механической прочностью и надежностью при работе с большими частотами вращения, имеют примерно в два раза большую массу, низкие электромагнитные характеристики и большие аксиальные размеры по сравнению с аналогичными машинами с контактными кольцами и вращающимися обмотками.
К классу бесконтактных машин принадлежат и асинхронные генераторы (АГ). Они просты по конструкции и не требуют квалифицированного обслуживания, однако необходимо принятие специальных мер для их возбуждения [23]. Возбуждение асинхронного генератора возможно двумя способами: от сети и подключением батареи конденсаторов.
Первый способ возможен в случае, если параллельно с АГ работают другие устройства, способные вырабатывать реактивную мощность. Для создания поля возбуждения требуется намагничивающий ток до 20...30 % от номинального тока генератора для машин сравнительно большой мощности и до 70% для машин малой мощности. Это и является существенным недостатком возбуждения от сети [23].
Во втором случае к зажимам обмотки генератора, работающего автономно, присоединяется батарея конденсаторов, которая является источником реактивной мощности и обеспечивает требуемый ток возбуждения. Напряжение АГ в этом случае изменяется в широких пределах при изменении нагрузки (порядка 20% от режима холостого хода до номинального), поэтому его необходимо поддерживать изменением емкости [23].
При сравнении технико-экономических показателей генераторов использованы данные электротехнических заводов, результаты исследований члена-корреспондента ВАСХНИЛ Н.Н.Листова, инженера Мякишева Н.Ф., Иванова А.А., Пулатова В.Б., а также данные исследований НИЛ ГТАУ (ГСХИ). Сравнение массовых и стоимостных показателей (рис.1.3., рис. 1.4.) синхронных и асинхронных генераторов, их коэффициентов мощностей и КПД (рис. 1.5, рис.1.6.) также свидетельствуют о преимуществе последних [19, 23].
Общие проблемы моделирования автономных систем энергообеспечения
При автоматизации проектирования специфика проектируемых объектов находит отражение, прежде всего, в их математических моделях. Однако, несмотря на то, что математические модели разных объектов также различны, имеется ряд общих положений, справедливых для многих областей техники и относящихся к принципам и методам моделирования.
Моделирование - замещение одного объекта (оригинала) другим (моделью) и фиксация или изучение свойств оригинала путем исследования свойств модели. Замещение производится с целью упрощения, удешевления, ускорения фиксации или изучения свойств оригинала. В общем случае объектом -оригиналом может быть любая естественная или искусственная, реальная или воображаемая система (объект).
Модель - это система со своими множествами параметров Sm и характеристик Ym. Оригинал и модель сходны по одним параметрам и различны по другим. Замещение одного объекта другим правомерно, если характеристики оригинала и модели определяются однотипными подмножествами параметров и связаны одинаковыми зависимостями с этими параметрами. При одинаковых внешних воздействиях {Хоп} на определенном временном интервале Т для оригинала и модели характерны зависимости: Yok=f({soi},{xon},T0); (2.1) ymk-f({smi},{xJ,TJ, (2.2) где ymk - к-я характеристика модели; хтп - внешнее воздействие на модель; Тт - модельное время, т.е. время, в течении которого на модель оказываются внешние воздействия [хпт] а X и измеряются характеристики {утк\ с Ym.
При этом soiy/ = (smi), хоп=со(хпт\ Т = тТт, (где m - масштаб ный коэффициент) на всем интервале (0, Тт) или в отдельные периоды времени. Тогда с некоторым приближением можно сделать вывод о том, что характеристики оригинала связаны с характеристиками модели определенными зависимостями Уок = (р{утк В этом случае множество характеристик модели Ymk = {ymk] является отображением множества интересующих характеристик оригинала Yok ={уок} т.е. (p:Yok Ymk.
При исследовании сложных систем, у которых известны характеристики Yok, но мало изучены состав элементов и принципы их взаимодействия при определенных внешних воздействиях {хоп}, а значит, не имеется достаточно сведений о параметрах {soj}, с помощью моделирования может решаться обратная задача. Строят предположительную модель, определяют ее характеристики Ymk при эквивалентных внешних воздействиях {хтп\ (а : {х0„} - {х }) и если оказывается, что имеет место отображение q): Yok -» Ymk с некоторой известной функцией (р, то считается, что система-оригинал имеет такие же параметры.
Поскольку техническая система (ТС) - это искусственные, инженерные системы, все их параметры известны, по крайней мере, они известны создателям ТС, а значит, могут быть изучены, познаны их исследователями. Это предопределяет принципиальную возможность моделирования ТС.
При анализе действующих систем с помощью моделирования определяют границы работоспособности системы, выполняют имитацию экстремальных условий, которые могут возникнуть в процессе функционирования системы. Применение моделирования может быть полезным при разработке стра тегии развития ТС, ее усовершенствования и образования связей с другими ТС. Моделирование реальной ТС позволяет выявить ее резервы и прогнозировать качество функционирования при любых изменениях.
Математическое моделирование ТС, как правило, основано на блочном принципе моделирования. При этом ТС рассматривается как совокупность образующих её элементов (блоков), а математическая модель ТС - это совокупность моделей элементов и уравнений связей между ними. Блочно-иерархическое представление объектов проектирования естественным образом включает в себя и математическое представление.
По характеру отображаемых свойств проектируемого объекта модели принято делить на функциональные и структурные. Поскольку структурные и функциональные свойства объектов тесно взаимосвязаны, в большинстве проектных процедур требуются модели с отображением особенностей как структуры объекта, так и характера физических или информационных процессов, происходящих в нем. Это требование реализуется в фукциональных моделях, которые по этой причине следует считать основным типом моделей в САПР.
Учитывая, что проектирование АСЭ и систем управления ими связано с исследованием динамических характеристик объектов, остановимся подробнее именно на вопросах математического моделирования динамики ТС.
Принципиально различают два способа построения моделей динамики: путем идентификации и аналитически.
Не останавливаясь на методах идентификации, достаточно полно освещенных в работах [76, 83, 84], отметим такие недостатки этого пути построения моделей как невозможность распространения результатов исследования на однотипные объекты, необходимость проведения большого количества экспериментальных работ, как правило, узкий диапазон адекватности получаемых моделей, невозможность анализа чувствительности разрабатываемых систем регулирования к изменениям тех или иных параметров объекта регулирования и, наконец, невозможность применения для проектируемых объектов.
Структурная схема автономной системы энергообеспечения
Множество независимых входных сигналов Y определяет среду функционирования объекта, т.е. описывается совокупностью параметров, не подлежащих изменению в процессе проектирования, в нашем случае это параметры внешней среды с точки зрения энергетических координат. Таким образом, средой проектирования для АСЭ будем считать потоки возобновляемой энергии любого і-го вида, доступные в данной точке местности. С позиции организации процесса проектирования такая среда является неопределенной и непрерывной, т.к. величина і-го потока задана диапазоном значений, а каждый варьируемый параметр может приобретать любое значение в диапазоне. Для упрощения задачи, будем рассматривать усредненные значения величин за определенный промежуток времени или сезон, и тогда среду проектирования можно считать определенной и модель любого процесса включает в себя описание изменений параметров во времени и пространстве.
Рассмотрим элементы модели. Представим модель универсального автономного источника энергии в виде, изображенном на рис.3.1., как систему независимых параллельных преобразователей, каждый со своей системой управления (СУ), будем считать, что СУ в преобразователе представляет из себя «черный ящик», настроенный таким образом для каждого видов преобразователей, чтобы поддерживать заданные показатели наилучшими.
Возьмем точку на местности. В любой момент времени в эту точку поступает некоторое количество энергии, т.е. точка расположена в п мерном пространстве энергетических координат Wic, где і - количество доступных видов энергии (ветер, вода, солнце). Будем различать следующие удельные энергетические понятия для точки А, расположенной на местности: /Wt- поступающая энергия - вся суммарная энергия в этой точке; / WM— доступная энергия- вся энергия, которую мы можем преобразовать существующими видами преобразователей с той или иной степенью эффективности.
Введем показатель - Wci -усредненное количество энергии, доступное данной точке А за определенный промежуток времени t. t jWtdt Wci = Y/ кВт-4; кВт-сут (3.1) где Wft- все количество энергии за единицу времени. о Тогда общее количество энергии всех видов доступное в данной точке = ] Х , кВт-сут (3.2)
Потребитель (объект, который в силу технологических и социальных причин необходимо обеспечить электроэнергией) характеризуется своими технологическими циклами и связанными с ними графиком нагрузки (суточным, недельным, месячным, годовым) и фактическими усредненными показателями потребляемой мощности, тока, характеристиками качества электроснабжения, удаленностью от источника электроэнергии и т.д. Количество энергии, необходимое для энергообеспечения потребителя определяется выражением: ж Wn = , кВт-сут, (3.3) где п - количество потребителей. Исследуя все доступные виды энергии в любой точке можно построить карту энергетической обеспеченности территории.
Формирование критериев для оценки выбора вариантов
Критерии проектирования представляют собой совокупность выходных метрических показателей качества функционирования проектируемого объекта (Gj) в заданной среде X и требований к этим критериальным показателям (Gj0).
Определяющими характеристиками критериальных показателей, с точки зрения постановки задачи, является число критериальных показателей, их однородность, вид критериальных функций в пространстве варьируемых пара 71 метров, способ обобщения критериальных показателей в пространстве независимых входных сигналов Y.
Однокритериальная оценка. При этом подходе ограничиваются оценкой эффективности системы по одному частному показателю качества yopt, а по остальным характеристикам накладывают ограничения на их допустимые изменения: Е = УоРь (3.4) Уітіп Уі Уітах, 1=1, .-.,П, (3.5) где у, тіп, уі тах - нижний и верхний пределы і-го частного показателя качества, соответственно; п - число учитываемых характеристик системы.
В зависимости от природы частного показателя качества один из пределов может быть неограниченным. К недостатку оценки эффективности по одному из частных показателей качества относится следующее. Можно получить несколько вариантов систем с одинаковым или примерно одинаковым значением yopt, при существенно различных других частных показателях качества, удовлетворяющих ограничениям (3.5). В этом случае нельзя с уверенностью определить наиболее рациональный вариант.
Многокритериальная оценка. При многокритериальной оценке неизвестный вид функции (3.4) искусственно представляется в форме обобщенного или интегрального критерия, который связывает, достаточно простой зависимостью, показатель эффективности со всеми учитываемыми характеристиками системы.
Программный модуль CHOICE - анализа и выбора оптимальной структурной организации и параметров АСЭ
Поиск и вывод соответствующих расчетных модулей предполагалось осуществлять по коду, сформированному в соответствии с нумерацией элементов АСЭ с использованием словаря кодов и наименований (FL-1), имеющего иерархическую структуру, каждый уровень которой является составной частью полных кода и наименования динамического элемента АСЭ.
Структурная схема подсистемы БД-COD формирования и актуализации исходной базы данных (БД) элементов АСЭ приведена на рис.4.3.
Одним из преимуществ данной подсистемы является возможность оперативного изменения и дополнения (в процессе пользования) исходных модулей, а также использование его с разнообразными устройствами ввода-вывода информации.
Подсистема БД-COD использует внешние носители информации для хранения исходной библиотеки расчетных модулей, а также результатов формирования кодов расчетных модулей заданной топологической схемы АСЭ.
Подсистема БД-COD состоит из двух программных модулей: PREP -формирования набора данных словаря кодов и наименований FL-1 и FORM -анализа топологической схемы и формирования кодов расчетных модулей элементов АСЭ.
В свою очередь модуль PREP формирования набора данных FL-1 включает в себя следующие программные модули.
FFL - первоначальная подготовка набора данных FL-1 и создание набора данных кодов и наименований модулей, имеющего иерархическую организацию для более оперативного поиска данного модуля и формирования кода. На верхнем уровне структуры расположен массив используемого парка элементов (устройств). На последующих иерархических уровнях расположены массивы характеристик данных модульных единиц по мере их классификации. Фрагмент иерархической организации набора данных FL-1 представлен на рис.4.4. ORG — организующая программа, по признаку определяющая необходимость генерации одного из нижеследующих модулей: РЕС- выдачи на печать содержимого набора данных FL-1. Укрупненная схема PREP приведена на рис.4.3. Корректировочные модули: VER - программа, предусматривающая добавление записей в уже существующий набор данных FL-1;
AND - программа, предусматривающая как изменение информации на определенном уровне иерархической структуры, так и сквозное изменение записей на всех уровнях структуры одновременно;
ENT - программа, выполняющая функцию удаления неиспользуемой записи, а также непосредственную перенумерацию оставшихся в наборе данных FL-1 записей.
Вторая подсистема решает задачу анализа заданной пользователем топологической схемы и формирования по ней полного код и наименования динамического элемента АСЭ. Она представлена программными модулями SL и SL-1, предусматривающими использование различных устройств ввода-вывода информации.
SL - программа формирования полного кода и наименования динамического элемента ТС по заданной топологической схеме, предусматривающая вывод на экран дисплея необходимых разделов словаря кодов и наименований модулей и непосредственное формирование полных кодов модулей схемы.
SL-1 - программа, выполняющая функции аналогично программе SL, но предусматривающая иные устройства ввода-вывода для задания и получения информации. Принцип работы программы аналогичен принципу работы программы SL с заменой вывода на экран дисплея разделов словаря кодов и наименований модулей, поиском необходимой записи для формирования полного кода в словаре кодов и наименований модулей по порядковому номеру записи, полученному в результате работы подпрограммы РЕС, заданием порядковых номеров записей в виде исходных данных. Полученные в результате работы программы полный код и наименование элемента АСЭ выводятся на печать (экран).
В программном комплексе предусмотрен ряд диагностических сообщений оператору, обеспечивающих оперативный контроль за ходом выполнения задания.
Исходные данные для программного комплекса, т.е. для составления набора данных FL-1, представляются пользователем в виде списков модулей АСЭ и соответствующих им характеристик.
На основе этих данных формируется словарь кодов и наименований модулей, который является содержимым набора данных FL-1.
Словарь имеет иерархическую структуру, каждый уровень которой определяется пользователем при составлении списков с указанием подчиненности. Коды формируются методом сцепления порядковых номеров соответствующего уровня и его элементов.
В каждом массиве, на каждом уровне иерархии предусмотрено свободное место для возможности дополнения информации.
В случае отсутствия в словаре необходимой информации, пользователь представляет дополнительный список модулей и их характеристик для включения в состав словаря кодов и наименований модулей.
В исходных данных предусмотрена следующая размерность: - для каждого элемента массива каждого иерархического уровня предусмотрено 72 символа. Если физическая запись превышает заданную размерность, допускается сокращение записи; - код представляет из себя результат операции сцепления порядковых номеров элементов массива каждого уровня, являясь целым числом, предусмотрена размерность, равная количеству иерархических уровней словаря кодов и наименований модулей. При работе программного комплекса предусмотрен ряд корректировочных операций, имеющих программное исполнение. Корректировочные операции представлены в таблице 4.2, в которой предусмотрено обозначение: COD - соответствует номеру иерархического уровня структуры; SIMV- соответствует новой информации, которую необходимо ввести в словарь кодов и наименований;
