Введение к работе
Электроэнергетические системы, представляющие собой функционально и структурно сложные социо-технические объекты, требуют разработки адекватных методов и моделей управления их развитием н функционирования. Многообразие ситуаций и непрерывный характер их изменения приводит к необходимости повышения адаптационных свойств этих моделей.
Большой вклад в решение проблемы управления электроэнергетиче
скими системами внесли работы Д.А.Арзамасцева, П.И.Бартоломея,
Л.С.Беляева, В.В.Бушуева, В.А.Венпкова, А.З.Гамма, О.Т.Гераскина,
В.М.Горнштейна, В.Г.Журавлева, В.И.Идельчика, В.Г.Кигушина,
З.П.Кришана, Л.А.Крумма, Н.НЛизалека, В.З.Манусова, И.М.Марковича,
Л.А.Мелентьева, В.И.Обрезкова, М.Н.Розанова, Ю.Н.Руденко,
Г.И.Самородова, В.А.Семенова, С.А.Совалова, М.П.Федорова,
Т.А.Филипповой, А.Г.Фишова, Е.В.Цветкова, Г.В.Чалого, В.М.Чебана, В.К.Щербакова и многих других.
Теория управления электроэнергетическими системами глубоко разработана и доведена до практических приложений. Однако эта сложная проблема еще далека от полного разрешения, она постоянно развивается и углубляется. Одним из направлений, которое можно расширить и усовершенствовать на основе современного состояния науки, является ситуационное управление ЭЭС.
Оперативное управление ЭЭС по своей сути является ситуационным. Многообразие возникающих в ЭЭС ситуаций(режимов) требует постоянного развитая теоретических исследований, направленных на решение многочисленных задач оперативного управления энергосистем. Основные из них связаны с разработкой моделей и методов информационного обеспечения, оперативного планирования, а также автоматического и автоматизированного управления объектами ЭЭС в темпе процесса. Методология ситуационного управления позволяет дополнить теорию управления за счет целостного описания процесса оперативного управления, в котором человек принимает решения в условиях многоцелевого характера управления, использует субъективные критерии, учитывает не только детерминированную и вероятностную информацию, но и качественную, имеющую, как правило, расплывчатый характер, а также оперирует набором альтернатив для выбора определенного решения. Эта область и является предметом научных исследований и разработок, предложенных в диссертации.
Актуальность темы. Благодаря многолетним исследованиям в области автоматизированных систем диспетчерского управления(АСДУ) и АСУ ТП объектов энергетики, проводимыми во Всесоюзном научно-исследовательском институте электроэнергетике, Ленинградском и Московском отделениях института Гидропроект, Ленинградском и Московском и Новосибирском отделениях института Энергосетьпроскт, Московском энергетическом институте, Новосибирском Государственном техническом университете, Санкт-Петербургском Государственном техническом университе-
тс, Сибирском научно-исследовательском институте энергетике, Сибирском энергетическом институте, Уральском Государственном техническом универ-сшчггс и ряде других, районных и объединенных энергосистемах, электрических станциях и подстанциях, были достигнуты значительные успехи и получены серьезные научные результаты по всей проблеме управления ЭЭС, и том числе и в области решения ситуационных задач. Однако во всех этих разработках акцент делался на информационное обеспечение и вычислительные задачи.
Многолетний опыт эксплуатации информационных и управляющих систем в рамках ЛСДУ выявил существенные недостатки в их работе, связанные, прежде всего, с тем, что они создавались как регулирующие, а не как управляющие. Проблема создания управляющих систем исследовалась еще в 70-х годах. Задачи ситуационного анализа решались с использованием эвристических оценок, математические модели чаще всего были упрощенными, корректность решений оставляла желать лучшего. Неоднократно делались попытки разработки режима "советчика" в системах управления технологическими процессами. При этом не были решены вопросы формирования альтернативных решений, формализации методов анализа, учета многокритери-альности и др.
Развитие в последнее десятилетие компьютерной техники, успехи создания интеллектуальных алгоритмов управления, появление достаточно строгого аксиоматического аппарата описания процессов управления в теории принятия решений, теории возможностей, синэргетике предоставляют в настоящее время расширенные возможности для развития теории и методов ситуационного управления.
В диссертации исследуется проблема разработки управляющих систем, тесно связанная с созданием искусственного интеллекта. В таком направлении проблема целостно не исследовалась. В диссертации поставлена актуальная для энергетики задача разработки основ интеллектуальной системы диспетчерского управления и решения с ее помощью важнейших прикладных задач. Из всего многообразия задач оперативного диспетчерского управления режимами ЭЭС основное внимание уделено ситуационному управлению составом работающего оборудования на станциях, которое предопределяет нормальные режимы электроэнергетической системы. Концептуальные подходы к такому управлению, математический аппарат и модели могут быть использованы и для решения других задач оперативного управления ЭЭС.
Цель исследования. Целью диссертации является разработка научных основ, моделей и практических методов ситуационного оперативного управления электростанциями в нормальных режимах ЭЭС, что позволяет создать систему интеллектуальной поддержки для принятия решений. Для достижения этой цели ставились и решались следующие задачи:
обоснование концептуальных положений ситуационного подхода к оперативному управлению ЭЭС как многоцелевому, осуществляемому в условиях частичной неопределенности и расплывчатости целей, функций и информации о текущей ситуации;
разработка принципов и методов интеллектуальной поддержки принятия решений оператора, ведущего режим ЭЭС;
развитие мегодов и моделей формализации качественной информации об эксплуатационном состоянии работающего на станции оборудования;
создание процедур идентификации целей управления для выявления индивидуальных критериев предпочтительности для принятия решения об изменении режима работы станции;
исследование и разработка моделей ситуационного управления числом и составом агрегатов, на основе экспресс-пропюзирования режимных параметров регулирующих гидростанций;
создание интерактивных процедур, используемых в моделях подсистемы интеллектуальной поддержки принятия решения;
разработка принципов и моделей информационной и критериальной координации процессов автоматического регулирования и оперативного управления (принятия решения);
расчетная и экспериментальная проверка достоверности и практической пригодности моделей, алгоритмов и структур на конкретных объектах.
Методологические основы исследований. Исследования, проводимые в диссертационной работе основаны на математическом моделировании процессов принятия решения, широкого прикладного использования теории оптимизации, нечетких множеств, теории вероятностей и информатики.
Достоверность полученных теоретических результатов подтверждалась вычислительными экспериментами и проверкой предложенных моделей и методов на конкретных энергетических объектах.
Научная новизна. В диссертации предложен научный аппарат, методы решения ситуационных задач оперативного управления ЭЭС, а также методологические основы формирования многоцелевого функционала в условиях неопределенности и расплывчатости целей, функций и априорной информации о ситуации на объекте управления.
Разработаны модели и методы для комплекса задач, позволяющих реализовать данную методологию.
Исследована задача формализации качественной информации об эксплуатационном состоянии агрегатов станции с использованием экспертного, стохастического и нечеткого подходов. Разработанные модели позволяют оценивать информационно ценность контролируемых параметров в процессе принятия решения.
Впервые решена задача идентификации целей у лица, принимающего решение (ЛПР), с помощью которой можно выявить индивидуальные шкалы предпочтений в управлении и дать их математическое описание. Полученный набор критериев позволяет сформировать альтернативное пространство для принятия решения об изменении состава работающего оборудования на станции.
Предложен и разработан комплекс задач экспресс-прогнозирования нагрузки станции на малый период упреждения(30 минут или час), что по-
зволяст осуществлять коррекцию прогноза режимных параметров станции в темпе процесса и вести ситуационное управление числом агрегатов па ней.
На основе разработанных принципов информационной и критериальной координации процессов регулирования и управления предложены модели подсистемы интеллектуальной поддержки принятия решения для ЛПР, выполняющей расширенные функции "советчика".
Практическая ценность. Разработаны модели и методы расчета информационной ценности параметров контроля за эксплуатационным состоянием работающего на станции оборудования па основе формализации качественной информации. Проведены количественные расчеты ситуационных оценок на ряде электростанций, которые подгверждают достоверность предложенных моделей.
Разработаны отдельные подсистемы рационального управления составом агрегатов на гидростанциях в нормальных режимах(РУСА), которые входят в состав вычислительного комплекса АСДУ реального времени. Подсистемы внедрены в промышленную эксплуатацию на Боткинской и красноярской ГЭС.
Комплекс задач экспресс-прогнозирования нагрузки станции на получасовой интервал упреждения опробован на Боткинской гидростанции, для которой эта задача является чрезвычайно актуальной. Показано, что эффективность оперативного управления при этом значительно увеличивается.
Решена прикладная задача идентификации целей у ЛПР, что дает возможность формирования реального набора критериев принятия решения при ситуационном управлении составом агрегатов на станциях. Получены результаты для Боткинской, Красноярской и Новосибирской гидростанций.
Предложена структура координированного функционирования подсистем РУСА и интеллектуальной поддержки принятия решения. Совместное использование значительно усиливаег адаптационные свойства оперативного управления составом агрегатов.
Прикладное значение имеют предложенные формализованные упрощенные процедуры получения экспертных оценок, которые могут быть использованы для решения ряда задач по другим срезам управления энергетического объекта.
На защиту выносятся:
-
Концептуальные положения интеллектуальной поддержки для принятия решений при ситуационном оперативном управлении нормальными режимами электрических станций. Это позволяет формализовать процесс управления и повысить его эффективность.
-
Модели и методы формализации качественной информации об эксплуатационном состоянии агрегатов станции, основанные на экспертном, стохастическом и нечетком подходах, позволяющие оценивать информационную ценность контролируемых параметров в процессе принятия решения.
-
Модели многоцелевого управления составом агрегатов на станциях, ориентированные на процесс свертки критериев управления, как одного из условий отработки получаемых решений автоматическими устройствами регулирования в рамках АСДУ.
4. Комплекс задач экспресс-прогнозирования нагрузки и режима гид
ростанции в темпе процесса, что повышает адаптационные свойства ситуа
ционного оперативного управления ей.
5. Подсистема интеллектуальной поддержки принятия решения для
ЛПР, на основе которой может бьт» сформирована новая алгоритмическая
структура ситуационного управления составом аїрегатов на гидростанциях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались с 1975 по 1999 гг. в ряде научно-исследовательских и проектных институтах страны, в ОДУ Сибири и Урала, на Вилюйской, Боткинской, Новосибирской, Красноярской гидростанциях и докладывались на 3-х международных, 2-х всесоюзных, 5-ти республиканских и 2-х региональных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 32 работы и 2 учебных пособия.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, приложений и содержит 241 страницу основного текста, 34 рисунка, 23 таблицы и список литературы из 115 наименований.
