Введение к работе
Актуальность темы. Повышение надежности работы электрической части тепловых электрических станций (ТЭС) неразрывно связана со своевременной оценкой режимов их работы, диагностикой оборудования и улучшением качества работы оперативного персонала. Это может быть обеспечено использованием новых подходов для управления режимами ТЭС. За рубежом широко внедряются для этих целей экспертные системы. Очень важным является также обеспечение эффективной подготовки персонала при использовании имитационного моделирования реальных режимов работы электрической части ТЭС.
Современное состояние управления режимами работы электрической части ТЭС в Украине может быть охарактеризовано неоднозначно.
С одной стороны все шире используется вычислительная техника, создаются локальные вычислительные сети, осуществляется переход на новые цифровые микропроцессорные способы автоматики и контроля, а с другой стороны при решении технологических задач используются устаревшие информационные технологии, которые не обеспечивают поддержку решений персонала, особенно в условиях дефицита времени в динамических режимах электрооборудования ТЭС. При этом не уменьшается число отказов и технологических нарушений, усложняются режимы работы.
В таких условиях функционирование электрической части ТЭС, как никогда раньше, зависит от качества работы оперативного персонала. Общепризнанной является необходимость существенного улучшения взаимодействия оперативного персонала со средствами обработки значительных объемов информации.
Таким образом, задача совершенствования управления режимов ТЭС на основе новых подходов является актуальной.
Это подтверждает анализ систем управления, создаваемых в США, Франции, Японии. Немногие новые технологии предлагаются для внедрения на электростанциях за рубежом столь активно, как экспертные системы. Наиболее важным результатом применения экспертных систем на электростанциях является возможность сокращения расходов на производство электроэнергии. Работы института электроэнергетики США EPRI в области создания и использования экспертных систем соответствуют таким направлениям как управление, диагностика оборудования, информационная поддержка решений инженера-электрика. По мнению сотрудников EPRI значение экспертных систем для управления объектами электрических систем по важности не уступает использованию микропроцессоров.
Связь работы с научными программами, плапамп, темами. Работа соответствует тематике научно-исследовательских работ кафедры электрических систем ДонГТУ. Автор принимал участие в выполнении научно-
исследовательской работы Н-2-97 «Разработка электронного тренажера по управлению динамических режимов электрических систем», госбюджетной темы Г-12-97 «Развитие научных основ автоматизированных систем оперативного управления в энергетике».
Цель и задачи исследования. Цель работы - обеспечить качественно новый уровень решения задач управления режимами ТЭС за счет разработки принципов и методов, структурно-алгоритмических и программных средств оценки режимов работы и состояния оборудования электрической части ТЭС, а также оперативной поддержки решений персонала.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
разработать методику, математическую модель, структуру базы знаний, алгоритмы создания интегрированных систем диагностики состояния электрооборудования и режимов работы электрической части ТЭС;
разработать динамическую модель электрической части ТЭС, которая должна состоять из информационной модели и математической модели;
предложить принципы построения информационно-управляющей системы электрической части ТЭС, учитывающей особенности решаемых задач, обосновать функции компонент; разработать структурно-алгоритмическое обеспечение; реализовать концепцию построения программного обеспечения в виде открытой системы;
разработать методики и алгоритмы для оценки динамических режимов электрической части ТЭС и информационной поддержки персонала;
подтвердить эффективность полученных результатов и работоспособность разработанных средств исследованиями в лабораторных условиях и внедрением на реальных объектах.
Научная новизна полученных результатов;
-
Разработаны методика, математическая модель, база знаний и алгоритмы построения интегрированных систем диагностики состояния электрооборудования и режимов работы электрической части ТЭС. На их основе впервые разработаны инструментальные средства для создания экспертных систем (ЭС) диагностики состояния электрооборудования электрических станций, использующие таблицы решений при построении базы знаний.
-
Создана экспертная система диагностики состояния генератора. Усовершенствован метод контроля нагрева машины переменного тока с учетом несимметрии и несинусоидальности нагрузки.
-
Получила дальнейшее развитие методология управления режимами работы электрической части ТЭС. Предложены принципы построения, структура, сформулированы основные функции системы управления, получили дальнейшее развитие методы построения математических моделей, учитывающие особенности решаемых задач. Реализована концепция создания трехуровневой системы программного обеспечения (ПО).
-
Разработана динамическая модель электрической части ТЭС, которая состоит из информационной модели и математической модели.
-
Получило дальнейшее развитие создание математической модели генератора оптимальной сложности, которая при минимальном количестве дифференциальных уравнений адекватно отображает физические процессы в генераторе в переходных режимах. На основе сопоставительного анализа анормальных режимов и данных испытаний обоснована целесообразность использования математических моделей генераторов.
-
Разработаны методики и алгоритмы для оценки динамических режимов электрической части электрических станций. Разработан метод решения разреженных систем алгебраических уравнений.
7. Получило дальнейшее развитие методическое и структурно-
алгоритмическое обеспечение координирующего уровня информационно-
управляющей системы. Существенное улучшение взаимодействия оперативного
персонала со средствами обработки значительных объемов информации обес
печивается за счет:
оперативного формирования математических моделей режимов работы электрической части ТЭС;
формирования схем режимов работы электрической части ТЭС путем фиксации положения коммутирующих аппаратов в некотором множестве и способа кодирования нулевых и новых ненулевых элементов при использовании списков AutoCAD.
Практическое значение полученных результатов. Практическая ценность научных положений, обоснованных в работе, определена их направленностью на повышение эффективности управления и, как следствие, технико-экономических показателей работы ТЭС.
1. Разработано ПО информационно-управляющей системы электрической частью электрических стшщий, которое позволяет:
создавать и корректировать графическую и символьную части базы данных (оперативно поддерживать информационную модель электрической части ТЭС);
проводить расчеты токов короткого замыкания, анормальных режимов работы генераторов, статической и динамической устойчивости, режимов самозапуска асинхронных двигателей (АД) собственных нужд (с.н.) ТЭС при автоматическом создании моделей данных технологических задач с помощью координирующего уровня. Информация о режимах используется в базе знаний экспертной системы;
получать нормативно-справочную и эксплутационную информацию об оборудовании ТЭС и ее режимах.
-
Выполнена оценка достоверности математических моделей генератора. Получены параметры многоконтурных схем замещения с вынесенным контуром намагничивания для ряда промышленных турбогенераторов.
-
Создан инструментарий для создания ЭС диагностики электрооборудования, а на его основе разработана ЭС диагностики состояния генератора, которая обеспечивает интеллектуальную поддержку решений персонала при эксплуатации генераторов. ЭС содержит знания по диагностике в виде совокупности правил, относящихся к температуре железа и меди статора, перепаду давления масло-водород на уплотнениях подшипников, температуре подшипников, температурам и давлениям водорода и охлаждающей воды и др. Созданная база данных содержит описание более двадцати ситуаций. Каждая ситуация в среднем описывается 10 правилами.
Разработанное программное обеспечение в виде экспертной системы диагностики состояния генератора и автоматизированного рабочего места начальника смены ТЭС передано для использования в ОАО "Донбассэнерго".
На основе инструментальных средств диагностики могут быть созданы прикладные экспертные системы диагностики состояния выключателей, трансформаторов и другого оборудования ТЭС и подстанций.
Разработанное программное обеспечение используется в учебном процессе и научно-исследовательской работе студентов.
Методы исследований. Использованы следующие методы: для разработки инструментария создания экспертных систем - теория реляционных баз данных, преобразования Фурье, для разработки математической модели генератора - частотные методы, для разработки программного обеспечения оценки режимов работы ТЭС - численные методы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Всеукраинской конференции молодых ученых (Черкассы, 1997г.), на II Международной научно-технической конференции "Математическое моделирование в электротехнике и электроэнергетике" (Украина, г. Львов 1997), на Всероссийском электротехническом конгрессе с международным участием (ВЭЛК - 99, Россия, Москва, 1999 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе: две статьи в научных журналах, три в сборниках научных трудов, тезисы двух докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, которые изложены на стр 144 машинописного текста. В том числе 77 рисунков на 53 стр. и 6 таблиц на 5 страницах. Работа содержит список использованных источников из 92 наименований и 4 приложения на 46 страницах. Приложения включают 39 таблиц на 27 страницах.
