Введение к работе
Актуальность работы.
Непрерывный рост стоимости топлива, приводящий к резкому повышению энергозатрат, постоянная угроза энергетического кризиса. вызванного возрастающей нехваткой органического топлива для целей энергетики, а также отрицательное социально-экологическое воздействие ТЭС и АЭС на окружающую среду и общество, привело к тому что в последние годы значительно возрос интерес к проблемам развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
В последнее десятилетие наибольшее внимание уделяется проблемам промышленного использования солнечной и ветровой энергии, а также гидроэнергопотенциала с помощью малых ГЭС.
Наиболее выгодным с энергетической и экономической точек зрения, является комбинированное, т.е. комплексное использование различных видов возобновляемых источников энергии. Комбинирование различных способов выработки электроэнергии повышает эффективность использования установок и качество энергоснабжения .
Перспективность энергокомплексов с использованием разных видов возобновляемых источников энергии (ЭК с ВИЭ) актуальна как в условиях энергоснабжения автономного потребителя, так и при работе с энергосистемой.
Для России, с ее разнообразием климатических и географических условий и богатейшим энергопотенциалом ВИЭ. решение этой проблемы имеет большое значение.
Одним из основных путей развития энергетики на базе ВИЭ является типизация проектных решений, что обеспечивает массовость производства энергоустановок, снижает сроки проектирования, уменьшает себестоимость и повышает качество объекта в целом.
Это можно реализовать построением интеллектуальных вычислительных систем автоматизированного проектирования (САПР) энергетических объектов с ВИЭ.
Совершенствование систем автоматизированного проектирования достигается за счет разработки и использования унифицированных баз данных и строгих, обобщенных математических моделей энергоустановок на базе ВИЭ и их технологических процессов.
Создание в рамках САПР энергообъектов экспертной системы на основе формализации моделирования технологических процессов в виде системы логических процедур, позволит разрешить проблемы информационной некомпетентности и повысить качество проектных решений.
Цели работы: создание обобщенной математической модели технологических процессов в ЭК с ВИЭ и построение элементов экспертной системы, позволяющей автоматизировать процесс проектирования энергообъектов с ВИЭ и энергокомплексов на их основе.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие задачи:
- оценка перспективности использования энергокомплексов на базе ВИЭ:
анализ и оценка существующих методик проектирования ЭК с ВИЗ:
выбор методики моделирования ЭК с ВИЗ и метода оптимизации его параметров;
обоснование целесообразности применения технологии экспертных систем к САПР ЭК с ВИЭ;
разработка структурно-функциональных моделей основных технических систем участников ЭК с ВИЗ. обладающих регулярной структурой и конечным числом правил функционирования;
построение математической модели типовой технической системы, входящей в состав ЭК с ВИЗ и экспериментальная проверка ее на условие достижения цели, соответствующей реальной технической системе;
решение задачи оптимизации основных энергетических параметров участников ЭК на базе ВИЗ с использованием методов динамического программирования и элементов экспертной системы.
проверка эффективности использования методики и элементов экспертной системы для решения задач реального проектирования.
' Методика исследования. Работа выполнялась по единому плану, включающему теоретическую постановку задачи исследования, выбор технических и программных средств и методик создания экспертной системы, компьютерную реализацию основных элементов ее элементов.
Исследования проводились с использованием современных методов системного и структурного анализа, математического моделирования и динамического программирования с применением методики структурно-функционального моделирования, разработанной на кафедре ГЭВИ МЭИ (ТУ).
Научная новизна результатов, полученных в работе заключается в следующем.
1.Определены обобщенные модели структур и основные параметры элементов ЭК с ВИЗ. режимы работы отдельных его генерирующих и аккумулирующих элементов.
2. Разработана система базисных предположений и правил для
построения математических, логических и функциональных моделей
разных видов энергоустановок на базе ВИЗ. входящих в состав ЭК.
Адаптирован к условиям ЭК с ВИЭ и дополнен метод декомпозиции и
синтеза технических систем.
3. Разработаны структурно-функциональные модели элементов ЭК с
ВИЭ и их вспомогательных систем, соответствующие базисным предпо
ложениям и правилам.
-
На основании экспериментальной проверки созданных моделей элементов ЭК с ВИЭ на условия полноты и непротиворечивости, временной, функциональной и параметрической согласованности доказана возможность применения методики структурно-функционального моделирования в задачах САПР ЭК с ВИЭ;
-
Впервые построена база знаний экспертной системы проекта-
рования ЭК с ВИЭ.
Практическая ценность работы состоит в том. что она дает возможность создания обобщенных, формализованных математических моделей ЭК с ВИЭ для задач проектирования, эксплуатации и обучения.
Полученная методика повышает качество принятых проектных решений при построении ЭК с ВИЭ и позволяет в значительной степени автоматизировать процесс проектирования энергообъекта, повысить степень обоснованности проектных решений, снизить сроки проектирования и. следовательно, общую стоимость ЭК.
Экспертная система, построенная на основании данной методики, позволит эффективно использовать формализованные знания при выборе структуры, параметров и режимов различных элементов ЭК с ВИЭ. что позволит полнее использовать их физико-технические особенности и в свою очередь приведет к повышению их эффективности.
Защищаемый подход использован при проектировании программно-технического комплекса автоматизации расчета режимов Курейской ГЭС как элемента распределенной АСУ ТП ГЭС.
Элементы базы знаний использованы в техническом проекте программно-технического комплекса автоматизации расчета режимов Курейской ГЭС. сданного в эксплуатацию в 1991 году, в подсистеме "Гидрорежимы" информационно-вычислительной системы ЦДУ ЕЭС России и совместном российско-германском проекте (МЭИ-Высшая Техническая школа г.Констанц) при имитационном моделировании фотоэлектрической установки.
Апробация работы. Результаты исследований используются в работах научно-исследовательских (ВНИИЭ). проектных и эксплуатационных организаций ( ЦДУ ЕЭС России. Курейская и Богучанская ГЭС), а также в тренажерных центрах и в учебном процессе МЭИ (ТУ).
Основные положения работы докладывались.и обсуждались на научных семинарах кафедры гидроэнергетики и электроэнергетики возобновляемых источников МЭИ (ТУ) в период с 1987 по 1995 г. на научных конференциях и семинарах:
"XI научная конференция болгарских аспирантов в СССР с международным участием" (Болгарский научно-технический центр . Москва. 1989 г.) :
"Компьютер и искусственный интеллект" г.Батуми. ( 1989 г.):
"Автоматизированное проектирования в энергетике и электротехнике " г. Ташкент ( 1990 г.);
"IX Международный солнечный форум" г.Штуттгарт. 1994.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 121 наименование и приложения, содержащего акты о внедрении и результаты расчетов. Работа содержит 149 страниц машинописного текста, 59 рисунков. 7 таблиц.