Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса анализа структурно-функциональной надежности сложных схем электрических соединений в машиностроительном производстве
1.1. Краткий обзор современных методов структурного и функционального анализа сложных электрических схем 16
1.2. Статистическая оценка вычислительной сложности в практике расчетов надежности систем электроснабжения (СЭС) 20
1.3. Представление данных о структурных и функциональных параметрах объектов электрических сетей 25
1.4. Выбор метода определения минимальных сечений ограниченного порядка и обобщенных параметров схем. 33
1.5. Выводы по Главе
Глава 2. Разработка метода определения показателей надежности основных объектов сложной электрической схемы при ограниченном числе коммутаций 40
2.1. Коммутации в нерезервированных и резервированных схемах, используемых в электроснабжении машиностроительного производства, их влияние на -показатели надежности 42
2.2. Обоснование зоны влияния коммутации в сложной схеме на изменение показателей надежности объектов СЭС 50
2.3. Разработка формализованного метода определения зоны влияния коммутации на показатели надежности объектов сети 53
2.4. Обобщение метода определения зоны влияния при нескольких коммутациях в сети 59
2.5. Разработка метода корректировки показателей надежности объектов электрической сети при коммутациях в СЭС и сетях верхнего уровня 62
2.6. Выводы по Главе 2
Глава 3. Разработка метода синтеза коммутационных состояний по критерию заданного уровня надежности основных объектов сети
3.1. Разработка метода выявления доминирующих коммутаций в сетях на показатели надежности объектов СЭС 68
3.2. Принципы отбора коммутационных состояний по критерию обеспечения заданного уровня надежности отдельных объектов сети 75
3.3. Разработка метода отбора коммутационных состояний по критерию обеспечения заданного уровня надежности групп объектов сети 80
3.4. Выводы по Главе 3 «2
Глава 4. Программная реализация метода анализа и синтеза показателей надежности сложных схем при формировании и управлении последовательностью коммутационных состояний системы электроснабжения машиностроительного производства
4.1. Разработка метода корректировки показателей надежности объектов сложной электрической схемы при различных состояниях КА 87
4.2. Обоснование интегрального показателя надежности группы объектов сложной СЭС при изменении коммутационных состояний сети 92
4.3. Разработка приемов оптимизации коммутационных состояний на основе интегрального показателя надежности для групп объектов СЭС 95
4.4. Практическая реализация разработанных методов и алгоритмов на ПЭВМ 106
4.5. Выводы по Главе 4
Основные выводы по диссертационной работе
Рекомендации по использованию результатов диссертационной работы 120
- Краткий обзор современных методов структурного и функционального анализа сложных электрических схем
- Коммутации в нерезервированных и резервированных схемах, используемых в электроснабжении машиностроительного производства, их влияние на -показатели надежности
- Разработка метода выявления доминирующих коммутаций в сетях на показатели надежности объектов СЭС
- Разработка метода корректировки показателей надежности объектов сложной электрической схемы при различных состояниях КА
Введение к работе
Актуальность работы. Предприятия машиностроительного комплекса являются крупнейшими потребителями электрической энергии и отличаются повышенными требованиями к качеству электроснабжения, особенно такому его показателю, как бесперебойность. При этом, как правило, чем крупнее предприятие, тем выше требования к бесперебойности, в силу расширенного состава оборудования и необходимости согласования работы отдельных цехов и подразделений. Для таких предприятий характерны особо крупные системы электроснабжения (СЭС) со значительно распределенными в пространстве потребителями, системами глубокого ввода высших классов напряжений, наиболее широким разбросом типов нагрузок, зачастую отсутствием стандартных распределительных схем (в большинстве случаев такие сети проектируются индивидуально).
Одним из определяющих факторов экономически
эффективного функционирования предприятий
машиностроительного комплекса является повышение
надежностных показателей систем электроснабжения. В современных условиях переходного периода технико-экономический аспект проблемы комплексной количественной оценки надежности схемы относительно потребителей приобретает актуальность в следующих направлениях:
1. Разрешение финансовых и социальных проблем между поставщиком и потребителем электроэнергии, в частности, при
оценке ущербов от недоотлуска электроэнергии и недоиспользуемой прибыли поставщика. Разработка и корректировка тарифных ставок между энергосистемами (ЭЭС) и потребителями их продукции — машиностроительными предприятиями.
Наиболее достоверная оценка рисков, в том числе инвестиционных, связанных с ущербами из-за перебоев в электроснабжении потребителей на производстве. Разрешение вопросов реконструкции и замены устаревшего оборудования СЭС машиностроительных предприятий (МП).
Смягчение и нормализация неблагоприятных социальных и экологических последствий вследствие объективно существующего, как правило, недостаточного уровня надежности.
Современные системы электроснабжения предприятий машиностроительного комплекса достигают таких размеров, при которых адекватное восприятие их структуры человеком оказывается невозможным и даже излишним, так как человеческий фактор начинает играть отрицательную роль в принятии решений по управлению. Неизбежная задержка в принятии таких решений недопустимым образом сказывается на качестве управления системой, приводя к значительному снижению ее надежностных характеристик, так как даже возможностей опытных диспетчеров с многолетней практикой работы оказывается недостаточно для формирования оптимальных или квазиоптимальных коммутационных состояний (КС). Очевидна необходимость (полная либо частичная) исключения человека из процесса принятия решений и замены
его специальными комплексами автоматики, управляющими на уровне всей системы и отдельных ее объектов на основе формализованных методов формирования коммутационных состояний. В настоящее время единственным путем воплощения такой автоматики в практику эксплуатации СЭС МП является ее интеграция в существующие либо вновь проектируемые комплексы автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) питающей энергосистемы.
Основным препятствием в создании таких комплексов
АСДУ при достижении СЭС значительных размерностей является
экспоненциальный рост сложности решаемых задач. Современная
вычислительная техника оказывается не в состоянии обеспечить
необходимое быстродействие и условия функционирования
программной части таких систем. Общемировая тенденция
стремительного развития возможностей вычислительной техники
не снижает остроты данной проблемы, так как в обозримом
будущем достаточная мощность аппаратной поддержки не может
быть достигнута. Еще более значительно увеличивает сложность
функционирования комплексов АСДУ реальная ситуация в
энергосистемах, когда практически любое изменение состояния
автоматической и неавтоматической коммутационной
аппаратуры приводит к необходимости повторного произведения всех оценочных расчетов и выработки рекомендаций либо непосредственно управляющих инструкций для сохранения контроля над ситуацией ' и оптимизации интегральных характеристик текущего состояния. Между тем, существующие модели представления электрических сетей в силу исторических причин ориентированы в первую очередь на анализ статических схем.
Становится очевидной необходимость создания моделей, пригодных для динамического определения основных факторов, влияющих на показатели надежности (ПН) в энергосистеме, выработки интегральных критериев оценки надежности схемы относительно групп объектов машиностроения. Выявление таких факторов позволит выбрать из них наиболее управляемые и сосредоточить основное внимание на разработке методов их ускоренной оценки, в то время как обоснование формализованных методов учета влияния коммутаций в сложных и сверхсложных электрических сетях предоставит возможность значительно снизить тяжесть задачи расчета показателей надежности при меняющихся коммутационных состояниях и упростить принятие решений как в комплексах АСДУ, так и при проектировании новых схем и выборе вариантов развития уже существующих. В идеале станет возможной реализация этих принципов в системах "реального времени", то есть работающих в темпе протекания исследуемого и управляемого процесса.
Настоящая работа посвящена созданию математических
моделей, пригодных для использования в автоматизированных
системах анализа и синтеза показателей структурной надежности
для целенаправленного управления сложными схемами
электроснабжения предприятий машиностроительного
комплекса. Производится разработка методов учета влияния коммутаций, и предпринимаются шаги в направлении реализации этих методов в виде комплекса программ на ПЭВМ, что должно подтвердить работоспособность исследуемых алгоритмов.
Цель работы состоит в обеспечении требуемой
эффективности функционирования предприятий
машиностроительного комплекса путем повышения
эксплуатационной надежности электроснабжения потребителей за счет улучшения методов оценки и отбора коммутационных состояний в системах информационного обеспечения производства.
Информационной, теоретической и методологической базой явились основные положения теории электрических сетей и теории надежности, методы системного анализа; для разработки моделей и алгоритмов проектирования - аппарат матричной алгебры, теории графов, теории вероятностей; а при программной реализации - объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
1. Разработана методика оценки КС сети на основе
интегрального ПН группы объектов сложной СЭС с возможностью
дифференциации по вкладам в ненадежность схемы.
Разработан метод отбора КС по критерию обеспечения заданного уровня надежности потребителей МП.
Построена иерархическая модель объектов электрической сети на основе их системных характеристик и эффективности использования в задачах управления эксплуатационной надежностью потребителей машиностроения.
Практическая ценность заключается в повышении эффективности функционирования МП путем повышения эксплуатационной надежности электроснабжения потребителей за счет улучшения методов оценки и отбора КС в системах информационного обеспечения производства.
Реализация результатов работы. Научные и практические результаты диссертационной работы реализованы в виде прикладного программного обеспечения, используемого в
научных и инженерных исследованиях, а также в составе программного комплекса «Советчик диспетчера» энергетических служб предприятий ЗАО «Завод «Людиновокабель»», ЗАО «Электротехническая компания «ЭнергоМаш»».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на расширенных заседаниях кафедры «Основы информатики» МГТУ «СТАНКИН», а также на следующих научных конференциях: 1. Всероссийский и международный семинар по методическим
вопросам исследования надежности больших систем
энергетики, ИСЭМ, Павловск, 1997 г. 2.Всероссийский и международный семинар по методическим
вопросам исследования надежности больших систем
энергетики, ИСЭМ, Иркутск, 1998 г. 3.Научно-практическая конференция РАО «ЕЭС России», Москва,
1999 г.
Семинар «Компьютерные средства подготовки персонала», ВДНХ, 2000 г.
Конференция молодых ученых МЭИ, Московский Энергетический Институт (технический университет), 2001 г.
Российский национальный симпозиум по энергетике, Казанский Государственный Университет, Казань, 2001 г.
7.У1-ая всероссийская научно-техническая конференция «Новые информационные технологии», МГАПИ, Москва, 2003 г.
8.У1-ая научная конференция МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН», МГТУ «СТАНКИН», Москва, 2003 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 12 научных работ, включая тезисы докладов, подготовленных для международных научно-технических конференций:
Фокин Ю.А., Алиев Р.С.о,, Туманин А.Е., Файницкий О.В. Расчет показателей надежности в электроэнергетических системах при изменении их коммутационных состояний (статья). М., «Вестник МЭИ», № 1, 1997, с. 73-77.
Фокин Ю.А., Алиев Р.С.о., Туманин А.Е., Файницкий О.В. Вычислительный комплекс анализа структурно-функциональной надежности объектов электроэнергетических систем (тезисы докладов). Всероссийский и международный семинар по методическим вопросам исследования надежности больших систем энергетики, Павловск, 1997, с. 18-22.
3. Фокин Ю.А., Алиев Р.С.о. Эксплуатационная технико-
экономическая оценка надежности объектов
электроэнергетических систем (тезисы докладов). Всероссийский
и международный семинар по методическим вопросам
исследования надежности больших систем энергетики, Иркутск,
1998, с. 112-116.
4. Фокин Ю.А., Алиев Р.С.о., Файницкий О.В.
Структуризация понятия «надежность электроэнергетических
систем» (статья). М., «Электричество», № 6, 1998, с. 91-98.
5. Фокин Ю.А., Алиев Р.С.о. Развитие принципов оценки
структурно-функциональной надежности различных объектов
электроэнергетических систем (статья). М., «Вестник МЭИ», № 1,
1999, с.47-50.
6. Фокин Ю.А., Алиев Р.С.о., Файницкий О.В. Надежность
электроэнергетических систем, методы и средства анализа
(тезисы докладов). Открытая научно-практическая конференция РАО «ЕЭС России», тезисы докладов, М., 1999, с. 16-19.
7. Фокин Ю.А., Алиев Р.С.о. Комплекс программ на ПЭВМ
«Структура 3000» - надежность и экономичность энергетических
систем (тезисы докладов). Семинар «Компьютерные средства
подготовки персонала», М., ВДНХ, павильон «Электрификация»,
16-20 октября 2000, с. 8-11.
8. Алиев Р.С.о. Информационная система
электротехнических расчетов Web3Hepro (тезисы докладов).
Семинар «Компьютерные средства подготовки персонала», М.,
ВДНХ, павильон «Электрификация», 16-20 октября 2000, с. 11-15.
9. Алиев Р.Со. Метод синтеза коммутационных состояний
сложных электроэнергетических систем (тезисы докладов).
Доклады конференции молодых ученых МЭИ, 27-28 февраля 2001
г. В 2-х т.т. ТІ - М., МЭИ, 2001, с. 32-40.
10. Фокин Ю.А., Алиев Р.С.о. Информационное обеспечение
задач синтеза коммутационных состояний сложных
электроэнергетических систем (тезисы докладов). Российский
национальный симпозиум по энергетике, Казань, 10-14 сентября
2001, с. 31-38.
11. Алиев Р.С.о., Ковшов Е.Е. Новый подход к
представлению данных о структуре электрических сетей (тезисы
докладов). Новые информационные технологии: Сборник трудов
VI всероссийской научно-технической конференции, Москва, 23-
24 апреля 2003 г. В 2-х т.т. Т2 - М., МГАПИ, 2003, с. 58-63.
12. Алиев Р.С.о., Ковшов Е.Е. Информационное обеспечение
задач надежности электроснабжения машиностроительного
производства (тезисы докладов). VI-ая научная конференция
МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического
моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН», МГТУ «СТАНКИН», Москва, 28-29 апреля 2003 г. М., СТАНКИН, 2003, с. 41-42.
I і
Краткий обзор современных методов структурного и функционального анализа сложных электрических схем
Надежность любого технического объекта - это свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования. Для электрических систем надежность выражается в бесперебойном снабжении электрической энергией потребителя при поддержании в определенных пределах ее качественных показателей, как то: частота, напряжение, а также в безопасности для людей и окружающей среды [38, 35, 33, 32]. Понятие надежности технической системы имеет смысл только при ее определении относительно одного либо группы объектов [41].
Задача оценки надежности системы электроснабжения относительно промышленных потребителей сводится, как правило, к определению численных значений показателей надежности функционирования конкретного объекта (группы объектов). В роли такого объекта в зависимости от целей и детализации расчета может выступать целый завод, цех, отдельная установка.
Под объектом энергосистемы понимается как отдельный элемент ЭЭС (линия, трансформатор, генератор, нагрузка), так и объединения элементов - станция, подстанция, энергосистема и даже энергообъединение.
Надежность объекта обеспечивается такими его свойствами, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, устойчивоспособность, управляемость, живучесть, безопасность. Отдельно выделим свойство живучести как свойство системы противостоять каскадному развитию аварии [32, 30]. Надежность объектов ЭЭС и СЭС характеризуется » состояниями: работоспособным, рабочим, резервным, состоянием предупредительного ремонта, аварийного ремонта, простоя; нормальными, аварийными и послеаварийными режимами. При этом она характеризуется событиями отказа (полного или частичного), аварии, локализации отказа функционирования, восстановления. Очевидно, что ввиду исключительно большого разнообразия влияющих факторов, в основном случайного характера, а также огромного количества возможных состояний, определение показателей надежности ЭС достаточного уровня сложности возможно только приближенно. В связи с этим по влияющим факторам задачу надежности разделяют на две подзадачи: структурную надежность и функциональную [41, 45]. Под структурной надежностью понимают составляющую, обусловленную структурой системы, т.е. составом элементов, их взаимосвязями, пропускными способностями, без учета режимных особенностей функционирования элементов. Под функциональной - составляющую, обусловленную особенностями режимных реализаций в ЭС. Такое подразделение хотя и носит чисто условный характер, однако позволяет существенно упростить решаемую задачу. Опыт создания расчетных программ на ЭВМ по оценке і показателей надежности объектов ЭС показал, что основными требованиями к такого рода разработкам являются [41, 43, 40, 39]: дифференциация задач прогнозирования показателей надежности на интервалах времени, которые могут отличаться друг от друга в сотни и тысячи раз; адекватный учет всех основных факторов, понятных оператору и влияющих на структурно-функциональную надежность; ограничение числа выводимых показателей надежности с дифференциацией по составляющим, ориентированным на целенаправленное изменение уровня надежности. При создании расчетных программ для анализа СЭС предприятий машиностроительного комплекса дополнительные сложности возникают из-за необходимости учитывать специфичные особенности применяемых на производстве технологических процессов [13, 6, 11]. На сегодняшний момент в мировой практике практически отсутствуют алгоритмы и программы, учитывающие особенности технологических перебоев в задачах структурно-функционального анализа надежности электроснабжения. В данной работе не только используется подразделение проблемы надежности по влияющим факторам, но также учитывается характер проявления этих факторов в зависимости от прогнозируемого интервала времени. Это деление позволяет выявить или отсеять влияющие факторы на рассматриваемом интервале времени. Основными методами расчета структурной надежности являются элементные методы, которые исходят из предположения, что система состоит из самостоятельных в смысле надежности элементов. Система же в данном случае представляет из себя дискретный объект, который может быть интерпретирован с помощью любого способа представления инциденций, например, графового [32, 36, 44, 42].
Коммутации в нерезервированных и резервированных схемах, используемых в электроснабжении машиностроительного производства, их влияние на -показатели надежности
На сегодняшний день основным инструментом управления уровнем надежности практически любых ЭЭС, как простых, так и сложных, являются коммутационные аппараты (автоматические и неавтоматические). Это означает, что проверка допустимости коммутационного состояния схемы с точки зрения ее надежности должна являться основной задачей при оценке работы СЭС предприятий машиностроительного комплекса.
Основными влияющими факторами при учете коммутаций в нерезервированных и резервированных схемах при расчете надежности, будут являться факторы, отражающие процессы перехода аварий за коммутационные аппараты и отказы автоматики, то есть, практически определяющие живучесть конкретного объекта на коротком интервале времени с упрощенным представлением результатов физических процессов в элементах системы. Алгоритм, отражающий логику функционирования схем электрических соединений энергосистем в нормальных, ремонтных и послеаварийных состояниях с учетом действий оперативного персонала, устройств релейной защиты и автоматики, то есть нахождения списков "В", "П", "А" [38, 40] довольно прост. Для каждого узла схемы составляются списки элементов, не отделенных от узла какой-либо коммутационной аппаратурой (список "В"), элементов, отделенных от узла неавтоматической коммутационной аппаратурой (список "П"), элементов, отделенных от узла автоматической коммутационной аппаратурой (список "А"). Эти списки и найденные основные сечения служат исходной информацией для построения дополнительных сечений.
Принадлежность того или иного элемента системы к одному из списков производится по чисто формальным признакам следующим образом. Последовательно анализируется каждая ветвь, инцидентная узлу, на предмет состава входящих в нее элементов и возможности автоматического или неавтоматического отключения их от узла при отказе. Предполагается, что через нормально отключенный коммутационный аппарат, автоматический или неавтоматический, отказ перейти не может, вероятностью ложного включения можно пренебречь (в принципе, и такие ситуации можно учесть, но трудоемкость расчета сильно возрастает). На основании заранее известных коэффициентов связи и продолжительности воздействия на узел элемент заносится в тот или иной список. Так, если элемент не отделен от узла никакими коммутационными аппаратами, то его отказ приводит к отказу узла на продолжительность восстановления tB, а коэффициент перехода отказа равен единице; если отделен, например, неавтоматическим коммутационным аппаратом, то его отказ приводит к отказу узла на продолжительность оперативных переключений tn, коэффициент перехода отказа также равен единице; если отделен автоматическим коммутационным аппаратом, то коэффициент перехода равен qa. продолжительность воздействия - /па. В наглядной форме этот принцип продемонстрирован на рис. 3. Таким образом, возможно адекватное отражение логики действий персонала, функционирования релейной защиты и автоматики в расчете показателей надежности энергосистем. 2.2. Обоснование зоны влияния коммутации в сложной схеме на изменение показателей надежности объектов СЭС Обоснованные выше принципы определения сечений ориентированы в первую очередь на анализ структуры электрической сети как статического с точки зрения коммутаций объекта. Методы работы со статическими схемами и объектами схем в неизменном состоянии достаточно хорошо изучены [38, 37, 7, 31] и нашли свое воплощение в практике программной реализации, в том числе в создании комплексов расчета надежности. Однако коммутации КА создают динамически меняющиеся структуры ЭЭС, методы анализа которых мало изучены и практически не разработаны. Каждое изменение состояния КА приводит к новому качественному состоянию всей схемы, что должно рассматриваться как структурный фактор и отрабатываться соответственно, то есть путем пересчета показателей надежности рассматриваемого узла. Основным препятствием на пути решения этой проблемы является ее NP-полнота (то есть возможность получения оптимального решения в общем случае только путем полного перебора всех вариантов), и, следовательно, необходимость полного перебора всех возможных состояний.
Очевидно, что с ростом размерности схем также возрастает число коммутационных аппаратов в них, то есть количество возможных сочетаний состояний этих КА увеличивается экспоненциально. Это обстоятельство выводит задачу за пределы возможностей вычислительной техники современности и обозримого будущего, поэтому "прямые" подходы к поставленной задаче не имеют практических воплощений.
Разработка метода выявления доминирующих коммутаций в сетях на показатели надежности объектов СЭС
При последовательном отборе наиболее желательных коммутационных состояний среди множества возможных необходимо убедиться в выполнении ряда предварительных условий. Это связано, в первую очередь, с существующим делением объектов сети по т.н. «границе балансовой принадлежности», то есть, по признаку собственности.
В табл. 9 приведены сведения о типичном разделении объектов сети по границе балансовой принадлежности.
В табл. 9 наглядно продемонстрировано, что управление СЭС МП подразумевает зависимость режима работы от состояния сети верхнего уровня (ЭЭС) и необходимость согласования производимых коммутаций. Последовательность шагов оценки состояний в этом случае будет следующей: 1. Определение баланса мощностей в системе. Производится на уровне энергосистемы и определяет общее соотношение между генерируемой (как производимой непосредственно в системе, так и закупаемой на ФОРЭМ) и потребляемой (в том числе, экспортируемой) электроэнергией. Если условия баланса не выполняются, дальнейший анализ лишен смысла, так как либо сеть находится в состоянии системной аварии, либо, более вероятно, имеет место значительная ошибка в исходных данных. 2. Анализ вкладов по структурной составляющей надежности. Производится на уровне энергосистемы и производства, то есть, сеть в этом случае должна рассматриваться как единый объект с точки зрения ее структурных параметров. 3. Анализ вкладов по функциональной составляющей надежности. Производится на уровне энергосистемы и производства, условия такие же, как при анализе структурной составляющей. 4. Определение интегральных показателей надежности системы относительно потребителей машиностроительного производства. Производится на уровне объектов (цехов, установок) непосредственно предприятия и является финализирующей оценкой состояния. Важно отметить, что при отборе коммутационных состояний по критерию обеспечения заданного уровня надежности групп объектов машиностроительного производства i первый шаг данного алгоритма выполняется только один раз, так как в этом случае коммутации производятся лишь в сети нижнего уровня непосредственно завода, и вопросы значительных изменений системных перетоков либо невыпуска мощности рассматриваться не должны. Это обстоятельство, позволяющее существенно уменьшить трудоемкость алгоритма, традиционно упускалось из рассмотрения в силу того, что существующие подходы к задаче не использовали приемов структурной декомпозиции схемы. Э.4. Выводы по Главе 3 1. Выполнена адаптация Марковской модели случайных процессов для анализа надежности потребителей МП с учетом особенностей расчета показателей надежности на различных интервалах времени. 2. Разработан метод выявления доминирующих коммутаций в сетях на показатели надежности СЭС МП. 3. Показано, что вероятностный подход к минимизации ущербов от перебоев энергоснабжения промышленных потребителей является оптимальным с точки зрения эффективности в существующих условиях энергосистем. 4. Определены и сформулированы принципы отбора коммутационных состояний СЭС по критерию обеспечения заданного уровня надежности групп потребителей МП.
Разработка метода корректировки показателей надежности объектов сложной электрической схемы при различных состояниях КА
Для определения полного состава путей электроснабжения, включая потенциально резервирующие, декомпозицию исходной схемы сети необходимо проводить без учета текущего коммутационного состояния коммутационных аппаратов. Такой подход характерен для расчетов стратегической надежности на длительных интервалах времени, когда продолжительности включенного и отключенного состояния конкретных коммутационных аппаратов задаются своими статистическими характеристиками. Для задач краткосрочного синтеза (эксплуатационные расчеты) следует учитывать возможность введения в рабочее состояние отключенных на момент расчета коммутационных аппаратов, коммутирующих совокупности элементов за время оперативных переключений в ЭЭС и СЭС непосредственно предприятия.
Отличие заключается в разном подходе ко времени нахождения во включенном и отключенном состояниях коммутационных аппаратов. Следует учесть, что ряд коммутационных аппаратов не может менять свое состояние по соображениям технологического характера (режимы, уровень токов КЗ, ремонтные состояния, устаревшая элементная база, отключения по приказу и т.п.). Важным является также то обстоятельство, что введение в работу резервирующих путей энергоснабжения, то есть шунтирующих путей, может быть произведено за время, не меньшее времени оперативных переключений, которое в свою очередь существенно зависит от параметров и эффективности информационной системы и телемеханики.
Таким образом, относительно небольшая модификация алгоритма дает нам возможность получить декомпозированную по кратчайшим путям часть схемы с учетом резервов, необходимых для дальнейшего синтеза по надежности. Следующим шагом алгоритма является определение основных минимальных сечений по найденным путям любым стандартным способом. Дополнительно в отдельный список заносятся сечения, сформированные из элементов, входящих в потенциально резервирующие участки схемы. Опыт практической реализации алгоритмов расчета стратегической надежности на схемах АО «Мосэнерго» и РАО «ЕЭС России» доказывает, что такая задача не превосходит возможностей современной аппаратной базы. Схемы СЭС предприятий машиностроения, в свою очередь, как правило, хорошо зарезервированы. В результате будут получены два списка сечений: основной и резервирующий. На этом этапе необходимо поставить вносящим наибольший вклад в ненадежность системы сечениям из основного списка в соответствие набор сечений из резервирующего списка, причем порядок каждого резервирующего сечения на единицу превышает порядок резервируемого. Из практических соображений нет необходимости определять сечения основного списка порядка более трех и, следовательно, сечения резервирующего списка порядка более четырех. Исходя из особенностей проектирования и создания существующих ЭЭС, очевидно, что для каждого сечения из основного списка в общем случае найдется более одного резервирующего сечения. Для обеспечения наилучшего результата оптимизации необходимо выбрать те из них, которые являются резервирующими для возможно наибольшего количества основных сечений, а также входят в последовательность элементов, обладающих наименьшей суммарной вероятностью отказа, причем для машиностроительных предприятий предпочтительнее второй критерий. В этом случае операция формирования резерва сводится к выдаче команды на срабатывание коммутационных аппаратов, ответственных за введение в работу отключенных элементов сечения. После этого резервируемые сечения удаляются из первого списка. В него заносится сформированное сечение из второго списка. Если для всех сечений основного списка сформированы резервы либо резервирование обеспечить невозможно, мы считаем работу по оптимизации основных сечений данного порядка завершенной и должны приступить к оптимизации сечений следующего порядка в случае, если они есть, и заданный уровень надежности еще не достигнут. Для реализации оптимизационных алгоритмов используется метод рекуррентного спуска, характерной особенностью которого является необходимость находить и запоминать сечения порядка не выше глубины рекурсии, что особенно важно при анализе больших схем, где общее число сечений высших порядков имеет тенденцию экспоненциального роста от количества возможных сочетаний путей. На первом шаге алгоритма мы определили состав одноэлементных основных сечений, которые делят декомпозированную часть схемы на независимые зоны, с точки зрения вкладов в надежность. Присвоим элементу, формирующему ближайшее к источнику энергии одноэлементное сечение, признак «временный источник», а элементу второго сечения признак «временная нагрузка». Дальнейшие шаги сводятся к рекурсивной последовательности декомпозиций по кратчайшим путям зоны, ограниченной временным источником и нагрузкой, причем декомпозиции высших порядков могут использовать информацию о структуре схемы, полученную в процессе декомпозиции низших порядков.
