Введение к работе
Актуальность работы. В системе велезнодороккого транспорта России ведущая роль в обеспечении перевозочного процесса принадлежит электрическим железный дорогам, на доли которых приходится 74 % грузооборота.
Успешное выполнение возлокенных на систему тягового элек-троснабйения функций возможно при обеспечении ео высокой надежности, безопасности и эффективности. Развитие и совершенствование этих качеств может быть выполнено лишь при дальнейшей оснащении системы . электроснабнения современными техническими средствами, выполняющими непосредственно эксплуатационную работу, а также современными средствами ее управления н оффек-..тиаными методами решения производственных задач.
За время существования электрических келезных дорог разработаны и внедрены в практику проектирования и эксплуатации методы расчета и выбора всех основных звеньев система электроснабжения, а внедрение телемеханики явилось вакным этапом повышения ее эффективности за счет совершенствования систем контроля и управления.
Больпой вклад в исследование, создание и развитие методов расчета, моделирования и управления реиимами тягового электроснабжения и электроэнергетики внесли в послевоенные годы н до нашего времени отечественные ученые Розенфельд В.Е., Чеботарев Е.В., Е.П.Фигурнов, В.Н.Пупынин, P.P. Мамошин, Н.Д.Сухопруд-сккА, А.С.Бочев, Б.И.Косарев, А.В.Котельников, В.Я.Овласюк, А.Т.Бурков, Ю.И.Жарков, Р.Н.Карякин, Е.М.Уяьяницкий, М.Г.Шали-
- 4 -мов, Г.М.Каяяов, В.П.Нихеев, Л.А.Герман, B.C.Молодцов," Р.И.Мирошниченко, Ю.А.Чернов, В.В.Платонов, А.И.Гуков-, А.И.Кульманов-ский, Б.М.Бородулин, В.В.Белов, Е.Е.Бакеев, Ы.И.Векслер, Б.А.Ковбаса, В.В.Андреев, Э.В.Тер-Оганов, А.А.Пышкин, М.А.Турлянский, Д.А.Падей, Б.Е.Дынкин, В.В.Кузнецов, 8.А.Бессонов, А.В.Ефиыов и др.
Особенно большой вклад в развитие методов расчета систем электроснабжения внесли д.т.н. профессора К.Р.Марквардт и Г.Г. Ыарквардт. Их работы явились тем фундаментом, на котором в дальнейшей развивались все исследования в области совершенствования методов расчета и применения для этих целей ЭВМ.
Исследования по проблемам тягового электроснабжения 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 возможности.
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 возможность интеллектуализации рабочих мест диспетчерского, инженерно-технического персонала и на этой основе максимального приближения к жизни 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.
_ 5 -Наряду с совершенствованием указанных выше частных задач» что очень вакно, но не является определяющим, следует иметь в виду, что главная задача состоит в создании глобальной системы упразления всем тяговым электроснабкением, 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 слок-
Нал человеко-машинная систама, в которой объединяются подсистемы различного назначения, отличающиеся периодичностью работы,. реак-цией 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 рзботы 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 на 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 программы развития железнодорожного транспорта на 1986-1990 гг." (Приказ МПС » 1250-у от 24.12. 1965 года), по. темам, включенным в приказы ШС с 1979 г. по настоящее время, по заданиям УЯ-й Комиссии Комитета 0С2Д (тема
У8-8-І2/86 "Внедрение микропроцессоров в устройствах электро-сішбкения") 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 долкны производиться поэтапно.
К настоящему времени выполнены исследования, разработка и чедрение элементов автоматизированной системы управления тягові электроснабжением, которые нашли практическую реализацию на йверо-Кавказской, Северной, Московской, Южно-Уральской, Горь-козской и других дорогах. Существенный вклад в эту работу внесли ВНИИЖТ, ГГУПС, МГУПС, ВНИИЖА, ПГУПС, ГВЦ ШС, УрГАПС, НИЮФА, ИрИИТ, работники дорог и министерства путей сообщения РФ.
Для достикения поставленной выше цели в данной работе ре-ааются следующие задачи:
системный анализ рекимов работы и прикладных задач тягового электроснабкения 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 электроснабвения как базового инструмента решения рекимных задач электроснабкения;
- ? -
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 обслуживания, теории вероятностей и теории чисел.
Научная новизна диссертационной работы, основные полоке-ния, выносимые на защиту:
-
Системные и методологические концепции организации автоматизированной системы управления тяговым электроснабкеиием.
-
Системотехнические и методологические основы автоматизации информационного обеспечения и управления объектами электроснабкения при решении прикладных задач производства средствами АСУЭ;
-
Теоретические основы и принципы реализации машинно-ориентированных математических моделей системы тягового электроснабкения как базового инструмента решения задач электроснабкения.
-
Теоретические основы и результаты практической реализации методов оперативного управления и диагностики, повышающих эффективность рекимов системы электроснабкения и безопасность двикения поездов в нормальных, вынужденных я 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 автоматизиро
ванной системы управления тяговым электроснабжением;
- рассчитывать на созданной имитационной модели, исполь
зуя 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 вынужденных 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 электроснабкения, дальнейшему совершенствованию производственных процессов;
- использовать в учебном процессе результаты теоретиче
ских обобщений и опыта практического применения выполненных
исследований.
Реализация работы. Выполненные исследования нашли практическое внедрение и реалиэацию#на железнодорожном транспорте.
I, Системный анализ управления тяговым электроснабжением и технологических задач полокены 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, центральных энергодиспетчерских пунктах Донецкой и Северо-Кавказской железных дорог и ГВЦ МПС.
3 соответствии с приказами Министра путей сообщения Л» 35 Ц 30.12.78, 39 Ц 31.12.SO, A-4I456 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 К 29.12,85, 43 Ц І8.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 электроснабкения, учета и измерения расходов и потерь энергии, диагностики повреждений, организации
ДЕіікения 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 келезных дорог как составной части АСУЖТ", приказ МПС № 43 Ц от 18.II.1988 г.
А. Методы, алгоритмы и программы расчета слокных схем тягового электроснабкения, внедрены *в практику проектирования в Трансэлектропроекте, а принципы построения технических средств сопрякения ЭШ с системой телемеханики в АСУЭ положены в основу проекта на аппаратуру автоматизации рабочего места экергодиспет-чера, выполненного ПКБ ЦЭ МПС (проект А. 304.00.00.000).
5. Выполненные исследования и разработки нашли применение и использование в теме У8-8-І2/86 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 ДОС (I9BI г., 1984 г., 1986 г., 1988 г., 1991 г.);
на Всесоюзных" и республиканских конференциях, семинарах и совещаниях:
"Повышение экономической эффективности электрификации ге-леэкых дорог" (Москва, 1983 г.);
- II -
"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/Ц, 1936 г.);
на сетевой школе "Повышение эффективности диспетчерского руководства устройствами электроснабжения" (Минеральные Воды, 1982 г.);
на Международных совещаниях и конференциях: на совещании экспертов УШ Комиссии Коштета ОСЗД по научно-исследовательской теме У8-8-І2/85 "Внедрение микропроцессоров в устройствах элек-троснабкения (Ростов н/Д, 1988 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 РГУПСа(апрель 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 демонст
рировались на ВДНХ, а автор награжден двумя серебряными медаля
ми.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 46 печатных трудах, включающих 2 зарубежных публикации, I брошюру и авторское свидетельство.
Объем работы. Диссертационная работа сосзоит из введения, шести глав и заключения. Она содеркн? 466 страниц основного
текста, 119 иллюстраций, 17 таблиц, список литературы из 215 наименований, приложения на 112 страницах.