Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ методов оценки риска аварий и катастроф на объектах электроэнергетики. современное состояние вопроса и задачи исследования 16
1.1. Критерии оценки риска. Развитие основных концепций. 16
1.2. Анализ существующих методов оценки риска возникновения аварий на объектах электроэнергетики 28
Выводы 38
ГЛАВА 2. Анализ риска возникновения аварийных ситуаций на энергетическом объекте . 41
2.1. Исследование энергетического объекта. Общий анализ аварийности и технологических нарушений 41
2.2. Разработка и исследование структурных схем развития вероятных аварийных ситуаций на энергетическом объекте 48
2.3. Многофакторный анализ для оценки риска возникновение аварийной ситуации на примере котельного агрегата 53
2.4. Иерархические уровни развития аварийных ситуаций. Определение влияющих факторов в виде лингвистических переменных 56
2.5. Построение дерева возникновения риска событий для возможной аварийной ситуации на примере котельного агрегата. 60
Выводы 65
ГЛАВА 3. Разработка и исследование лингвистической модели для оценки максимального риска и сценария развития аварийной ситуации на примере котельного агрегата 71
3.1. Разработка логических правил на основе лингвистического моделирования для объекта исследования 67
3.2. Разработка матрицы знаний путем лингвистического моделирования на примере котельного агрегата 73
3.3. Определение максимального риска и сценария развития возможной аварийной ситуации на основе логико-лингвистической модели 79
3.4. Алгоритм проведения настройки моделирования 84
3.5. Обучение нейро-нечеткой сети для прогнозирования аварийной ситуации..87
Выводы 94
ГЛАВА 4. Проверка адекватности моделирования и разработка инженерных методик для оценки риска возникновения аварийных ситуаций 95
4.1. Проверка адекватности предложенной модели 95
4.2. Интегральная оценка локальных рисков на энергетическом объекте 97
4.3. Экспертная система оценки риска при лингвистических входных переменных 104
4.4. Лингвистическая модель для оценки квалификации диспетчера при действиях в аварийной ситуации на энергетическом объекте 109
4.5. Оценка зон загрязнения при лингвистических входных переменных 117
Выводы 128
Заключение 130
Список использованных источников 134
- Анализ существующих методов оценки риска возникновения аварий на объектах электроэнергетики
- Иерархические уровни развития аварийных ситуаций. Определение влияющих факторов в виде лингвистических переменных
- Разработка матрицы знаний путем лингвистического моделирования на примере котельного агрегата
- Экспертная система оценки риска при лингвистических входных переменных
Введение к работе
Актуальность темы. В связи с возможными катастрофами, авариями и технологическими нарушениями, уровень безопасности, который уже сложился, и будет складываться в стране в будущем, определяется величиной риска. Контроль безопасных условий неразрывно связан с решением задачи, которая объединяет оценку и управление риском на объектах с учетом факторов, которые влияют на развитие аварийной ситуации, поскольку, неопределенность, присущая риску, сказывается на тех преобразованиях, которые происходят в СНГ.
Анализ и управление риском уже практически оформился в самостоятельную научную дисциплину и широко используется на практике, например, при формировании планов действий в области обеспечения промышленной безопасности. Проблемы анализа промышленной безопасности подробно изложены в работах ведущих ученых Быкова А.А., Мастрюкова Б.С., Порфирьева Б.Н. и других.
Обеспечение и контроль безопасности энергетических предприятий неразрывно связан с решением задачи, которая объединяет анализ оценки и управление риском на протяжении всего цикла существование объекта с учетом факторов, которые влияют на развитие аварийной ситуации.
Актуально стоит вопрос анализа безопасности для энергетического объекта, который должен опираться на целостную и корректную методологию определения риска возникновение опасного события (аварийной ситуации).
6 Аварии и отказы на электроэнергетических объектах приводят к
значительным потерям. Точные числовые данные надежности для параметров элементов системы отсутствуют или имеют большую неопределенность. В этом случае использования классических моделей риска (например, метод Монте-Карло) дает результат с неопределенностью, которая превышает величшгу этого результата Необходимо разработать метод оценки риска объектов с значительной неопределенностью параметров (например, вследствие продолжительной эксплуатации).
Предложенная работа посвящается решеїшю этих проблем и позволяет оценить максимальный риск и определить сценарий возникновения возможных аварийных ситуаций на объектах электроэнергетики, которые могут привести к максимальным потерям при значительной неопределенности параметров элементов системы.
Связь работы с научными программами, планами, темами. На протяжении 2000-2002 лет научно-исследовательская работа проводилась в пределах международных программ "Методы оценки риска" (Этап2) и "Оценка технологий для обработки загрязненных земель и грунтовых вод" (ЭтапЗ) под руководством Комитета изменений современного общества (CCMS/NATO — Committee of the Challenges of Modern Society).
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы есть разработка метода для оценки риска возникновения возможных аварішшлх
ситуаций на объектах электроэнергетики на основе лингвистического моделирования.
Для достижения данной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:
Анализ существующих методов оценки риска на энергетических объектах, выявление недостатков этих методов.
Разработка структурной схемы развития возможной аварийной ситуации на объекте исследований. Проведение многофакторного анализа для оценки влияния параметров объекта на вероятность возникновения аварийной ситуации.
Разработка лингвистической модели для оценки риска аварии котельного агрегата. Разработка логических правил и матрицы знаний на основе лингвистического моделирования для оценки риска аварийной ситуации (отказа котельного агрегата). Определение максимального риска и сценария возникновения аварийной ситуации на примере котельного агрегата.
Разработка модели для интегральной оценки локальных рисков на энергетическом объекте при возникновении независимых опасных событий.
Разработка инженерных методик для оценки риска аварийной ситуации. Проведение настройки функций принадлежности для экспертной лингвистической оценки и повышения точности моделирования.
Разработка методики для оценки квалификации диспетчера при действиях в аварийной ситуации на электроэнергетическом объекте.
7. Проверка адекватности результатов моделирования при использовании предложенной лингвистической модели для оценки риска возникновешш аварии статистическим данным о возникновении аварийных ситуаций на энергетическом объекте.
Объектом исследования в диссертационной работе является процесс возникновеїтя возможных аварийных ситуаций на объектах электроэнергетики.
Предметом исследования является оценка риска возникновения возможных аварийных ситуаций на примере котельного агрегата тепловой электрической станции с учетом сценария, который приводит к событию, что имеет максимальный риск на каждом этапе развития возможной аварии. Научная новизна работы:
Впервые разработан метод для оценки риска возникновения возможной аварийной сілуации на объектах электроэнергетики на основе теории нечетких множеств, который учитывает неопределенность входных параметров и максимально-возможные потери.
Впервые разработана методика многофакторного анализа, учитывающая технические, технолопгческие, аппаратурные, параметрические факторы, которые могут привести к возникновению аварийной ситуации на электроэнергетических объектах, на основе лингвистических переменных и функций принадлежности.
Впервые предложена модель для оценки риска возникновения возможной аварийной ситуации, что базируется на определенші сценария максимального
риска и определяет наибольший риск на каждом иерархическом уровне развития аварийной ситуации на электроэнергетическом объекте.
4. Впервые предложена модель для интегральной оценки локальных рисков на объектах электроэнергетики, что учитывает риск возникновения независимых событий, которые могут привести к аварийной ситуации или отказу.
5.Разработаны методики для оценки квалификации диспетчера при действиях в аварийной ситуации на электроэнергетических объектах и для оценки зон загрязнения, вследствие аварийного выброса токсичных веществ.
Степень достоверности обеспечивается широким- применением методов оценки риска возіпікновешія аварийных ситуаций, апробированных методов математической логики и миогофакторного анализа, а также апробацией полученных результатов путем интеллектуальных технологий идентификации параметров лингвистической модели.
Практическая ценность работы:
1. Использование полученных в роботе результатов позволило разработать
инженерные методики для оценки риска возникновения аварийных ситуаций-с
определением сценария максимального риска и для оценки зон загрязнения,
вследствие аваріпшого выброса токсичных веществ. Данные результаты работы
внедрены на предприятии ОАО "Западэнерго" Ладижипская тепловая
электрическая станция.
2. Инженерные методики для интегральной оценки локальных рисков
возникновения независимых опасных событий и для оценки квалнфикаціпі
диспетчера при действиях в аварийной сіггуацни на электроэнергетических объектах внедрены на Государственном предприятии "Национальная энергетическая компания "Укрэнерго" - Юго-западная электроэнергетическая система".
Подтверждением внедрения результатов диссертационной работы есть наличие соответствующих актов, представленных в приложении.
Личный взнос автора работы. Основные теоретические, расчетные и экспериментальные результаты в диссертационной работе получены автором самостоятельно. Отдельные результаты получены в соавторстве, в этих случаях личный взнос автора в статьях и тезисах приведен в сопровождающих докумеїггах: [6,11,14,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51]. В данных работах автором предложены, в частности:
Метод для оценки риска возникновения аварішньїх ситуаций на электроэнергетических объектах, что базируется на использовшгаи теории нечетких множеств. На базе метода разработаны инженерные -методики для внедрения на электроэнергетических предприятиях.
Лингвистическая модель для оценки риска возішкновения-аварий на объектах с большой неопределенностью входных параметров. Проведена оценка адекватности модели и настройка параметров -функций принадлежности для повышения точности лингвистического моделирования.
Экспертная система для оценки квалификации диспетчера, который разрешает прогнозировать эффективность действия диспетчера в аварийной ситуацію на
электроэнергетическом объекте. Предложена методика базируется на использовании лингвистических переменных.
Интегральная зависимость для оценки локальных рисков возникновения независимых нежелательных событий при разных законах распределения. Приведен пример расчета и проведена оценка адекватности предложенной модели.
Модель для оценки риска, которая определяет сценарий максимального риска, который учитывает наибольший риск на каждом иерархическом уровне развития аварии.
Оценка адекватности предложешгой модели путем операции эквивалентности нечеткого множества, полученной в результате расчета и нечеткого множества, полученной в результате экспертной лингвистической оценки.
Использование исследованных характеристик для гамерения и контроля параметров внешней среды. Приведен пример расчета инженерных методик для экологического мониторинга.
Методика, позволяющая эффективно провести первоначальный прогноз в случае отсутствия первых входных данных. Приведен пример прогнозирования последствий аварии при выбросе отравляющих веществ и определено преимущество данной методики, которое позволяет сэкономить значительные средства за счет более реального прогнозирования.
Метод расчета зколопіческого убытка, вследствие загрязнения водных ресурсов и выброса химических отравляющих жидкостей, при нєчєткіїх
входных данных. Суть метода предложен на описании влияющих факторов в виде лингвистических переменных.
10.Экономические механизмы охраны окружающей среды методом оценки риска, обоснованы методы управления экономическим риском и виды потерь, связанные с проблемами окружающей среды, средства компенсации причиненных убытков и механизмы предотвращения убытков от загрязнения окружающей среды.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты
исследований в диссертации докладывались и обсуждались на международных и
региональных конференциях:
Optical Negasensors for Underwater Imaging II 2th International Conference "Current Problems in Optics of Natural Waters". St.-Petersburg, Russia - September 8-12, 2003.
Neuro-Fuzzy Network Modeling for Forecasting of Failure Consequences at the Chemical Dangerous Objects II 26th CCMS International Technical Conference "Air Pollution Modeling and Its Application". Turkey. Istanbul - May 26-30, 2003.
The Ecological Safety Analysis of Industrial Objects with Fuzzy Initial Data - XXIX научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава сотрудников и студентов Винницкого государственного технического университета (Винница, 14-15, 21-22 марта 2000 года).
Прогнозирование эколого-экономических потерь химических предприятий на базе теории нечетких множеств - Международная научно-практическая
конференция "Украина на пороге XXI столетия: экономика, государственность" (Винница-Киев, 30-31 марта 2000 года).
Ecological Monitoring on the Fuzzy Sets Basis - International Technical Meeting/ IEEE (Paris, France, October 1, 2000).
Интегральная оценка безопасности промышленных предприятий - XXX научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава сотрудников и студентов ВДТУ (Винница, 20-21 марта 2000 года).
Экономические аспекты концепции риска в экологической безопасности Украины -вторая международная научно-практическая конференция "Право и общество: актуальные проблемы взаимодействия" (Винница, 23-25 мая 2001 года).
Prospect of Microwave Negasensors Application for Ecological Monitoring - 31st European Microwave Conference (London, UK, 24-25 September 2001).
Fuzzy Sets Application for Estimation of Air Polluted Zone - 25th CCMS International Technical Meeting Air Pollution Modelling and Its Application (Louvain-la-Neuve, Belgium, 15-19 October 2000).
10. Risk Assessment with Large Uncertainty of Initial Data II Advanced Study Institute
(ASI) Risk Assessment Activities for Environmental Legacies, held in Bourgas,
Bulgaria,May,2000.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из вступления, 4
( разделов, основных выводов по работе, списка использованных источников (80
библиографических ссылок) и 6 приложений. Общий объем диссертации, в
котором изложено основное содержание составляет 133 страницы и содержит 22 рисунка, 15 таблиц. Полный объем диссертации - 185 страниц.
Во вступлении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, поставлены основные задачи исследований, показана научная новизна полученных результатов, определена практическая ценность результатов, оценен личный вклад автора в диссертационную работу.
В первой главе диссертации рассматривается современное состояние проблемы оценки риска аварий и проанализированы существующие методы оценки риска. Определяется, что существующие классические модели не могут быть использованы при значительной неопределенности входных параметров объекта и не определяют максимальный риск на каждом иерархическом уровне развития аварии. Сформулированы задачи исследования.
Во второй главе диссертации проводится исследование энергетического объекта, общий анализ аварийности и технологических нарушений. Разрабатываются структурные схемы развития возможных аварийных ситуаций котельного агрегата тепловой электрической станции. Предлагается методика многофакторного анализа, которая учитывает технические, технологические, аппаратурные, параметрические факторы, которые влияют на возникновение аварии. Разрабатываются иерархические уровни развития возможных аварийных ситуаций и строится дерево возникновения риска событий на примере котельного агрегата. Определяются влияющие факторы в виде лингвистических переменных.
В третьей главе диссертации разрабатываются логические правила и матрица знаний для исследования отказов в котельном агрегате. На основе лингвистического моделирования разрабатывается метод для оценки риска возникновения возможной аварийной ситуации на электроэнергетических объектах. Разрабатывается лингвистическая модель для определения сценария максимального риска, который учитывает наибольший риск на каждом иерархическом уровне развития аварийной ситуации на примере котельного агрегата. Проводится программный расчет и графическое вычисление максимального риска на каждом этапе развития аварии и определяется сценарий максимального риска аварии на примере котельного агрегата.
В четвертой главе диссертации проводится проверка адекватности моделирования. Разрабатывается модель для интегральной оценки локальных рисков при возникновении независимых опасных событий на электроэнергетических объектах. Предлагается инженерные методики для оценки квалификации диспетчера при действиях в аварийной ситуации на электроэнергетических объектах и оценка зон загрязнения вследствие аварий при выбросе отравляющих токсичных веществ при неопределенности входных данных. Проводится настройка функций принадлежности для повышения точности моделирования.
Анализ существующих методов оценки риска возникновения аварий на объектах электроэнергетики
Третий этап начинается приблизительно в 1989-м и продолжается поныне. Масштабы и загадки аварии на Чернобыльской АЭС были вероятно наиболее большим стимулом ко второму крутому изменению концепции промышленной безопасности после 1986г. ( Известная авария на АЭС США" Три - Майл -Айленд" в 1978 была основной причиной первых существенных изменений во взглядах в промышленной безопасности). В результате закончился "технический век", и концепция промышленной безопасности перешла в период особого внимания к "ошибкам человека".
В начале этого периода, завершается разработка и начинается активное применение альтернативной группы методов анализа риска - «СОАР» - новой самостоятельной области МАРОСЗ (СОАР - "Субъекптио-ориентировочный анализ риска"). В группу СОАР включаются методы с МАРОСЗ, которые предназначаются для разработки стратегии и мероприятий, которые осуществляют непосредственную защиту окружающей среды и здоровья людей на конкретных территориях. К этому же периоду можно отнести и рождение методологии интегрального управления риском (ИУР), юбилей которой непосредственно связан с появлением и внедрением СОАР. Основная идея ИУР складывается в получении нового качества от МАРОСЗ с помощью использования широких возможностей процедур оптимизации в процессе принятия эффективных решений. Известно, что оптимизация предполагает наличие альтернатив. Появление СОАР создало необходимые предпосылки для альтернативного решения проблем окружающей среды и здоровье людей. Действительно, хотя ООАР и СОАР имеют единую глобальную цель -обеспечение безопасности людей и окружающей среды, методы их достижения, существенным образом отличаются.
Таким образом, методы МАРОСЗ, что входят в группу ООАР, помогают достичь общей цели «внутри-объектными средствами», с помощью совершенствования систем безопасности и принципов безопасного управлешія техническими объектами.
Итак, можно создавать процедуру оптимизации так, чтобы альтернативные средства из группы 00АР или СОАР использовать для выбора наиболее эффективного пути решения проблемы. Именно в этом и состояла исходная идея ИУР версии 1995 года. Критериями эффективности для сопоставления альтернативных средств, рекомендованных ООАР или СОАР, могут быть избранные простейшие показатели: (1) исчерпывающая полнота оценок риска (достоверность); (2) ожидаемый уровень «окончательного риска» после проведения мероприятий по управлению риском; (3) стоимость соответствующих запланированных мероприятий; (4) наличие предусмотренных для управления риском технологий защиты на данном техническом объекте или в распоряжении власти данной территории; (5) величина "вторичного риска", что может возникнуть после использования предусмотренных технологических защит (например, от загрязненных отходов технологических процессов, которые применяют для очищения окружающей среды); (6) наконец, взгляд людей, от которых зависит разделение приоритетов в перечисленных выше составных критериях. Четвертый этап. В конце 90-х лет происходит поворот от социально-технологических проблем к приоритету межведомственных. Общественные приоритеты склоняются к обеспечению безопасности и защиты каждого отдельного индивида. Что же касается методов ИУР, то их акценты все более отвечают преимуществам всего общества, и все более отдаляются от выбора его отдельных групп - собственников опасных средств. Общественные же приоритеты стойко склоняются к обеспечению безопасности и защиты каждого отдельного индивида. Тем временем, аналитики в промышленной безопасности открывают в начале 90-х лет еще один базовый элемент в обеспечении безопасности технических объектов. В конце столетия, этот элемент безопасности, существенным образом связанный с субъективным мысленным взглядом разных управляющих и руководителей, от которых зависит принятие того или другого решения, признано ключевым. Этот важнейший фактор обеспечения безопасности был использован в совершенствовании методов ИУР. Людей этого типа включают в группу «лиц, которые принимают решение» (ЛПР). Оценки и анализ ЛПР, вслед за ПБ, также становятся непременной составной, и порождают создание следующей версии методов ИУР-1998 года. ЛПР, из позиций ИУР, представляют собою группу "источников риска".
Как следствие, на данный момент методология ИУР включает алгоритм принятия решений, который использует результаты 00 АР, СО АР и специальные оценки риска, источником которых может быть ЛПР (последние выполняются в результате анализа «восприятие» объективного риска ЛПР). Таким образом, представлены четыре этапа развития концепции интегрального управления риском, элементы которого рассмотрены соответственно с исторической логикой и фактами.
Экономическая эффективность оценки риска рассматривается при этом с точки зрения окупаемости природоохранных мероприятий, то есть соотношение затрат и результатов [4].
Для оценки убытка промышленных объектов наиболее общим подходом является аксиологический анализ убытка, то есть его оценка с позиций целеположения [б]. Целью является степень потерь химических комплексов, которая задается в некотором n-мерном пространстве параметров (Хі, Хг, ... , Х„). Данная цель имеет внешние «опасные» границы (Хнг) и «внутренние» границы (Хвг), между которыми находится размытая область частичного достижения цели. Всю область предлагается разбить на множество разных элементов А [6].
Иерархические уровни развития аварийных ситуаций. Определение влияющих факторов в виде лингвистических переменных
Проведены исследования энергетического объекта. Сделан общий анализ возникновения аварийных ситуаций и технологических нарушений на электроэнергетических объектах за 2000 год, которые составляют: 30,45% неудовлетворительной организации технического обслуживания; 17,61% дефектов проекта, конструкций и изготовления; 17,31% ошибочных действий руководящего, ремонтного и оперативного персонала; 14,98% дефектов монтажа и строительства; 10,40% дефектов ремонта; 10,24% стихийных явлений.
Разработаны и исследованы структурные схемы развития возможных аварийных ситуаций на примере котельного агрегата тепловой электрической станции, а для установления причинно-следственных связей между факторами, влияющими на развитие аварии, и их последствиями, предложено использовать теорию нечетких множеств.
Предложена методика многофакторного анализа для оценки влияния параметров объекта на вероятность возникновения аварии при использовании лингвистических переменных, что позволило в удобной форме свести различные влияющие факторы (технические, технологические, параметрические, аппаратурные, факторы влияния человека) в одну систему.
На основе лингвистического моделирования представлено дерево возникновения риска событий для возможной аварийной ситуации на примере котельного агрегата.
Разработана иерархическая база знаний с определением влияющих факторов в виде лингвистических переменных на соответствующих универсальных множествах, что позволяет учитывать большую неопределенность входных параметров элементов системы. При возникновении аварийной ситуации присутствует недостаточность информации, то есть для некоторых элементов не определено точное описание, а только множество, к которому принадлежит это описание (недоопределенность [14; 19]). В общем случае неопределенности могут быть разделены на виды [24]: 1. Неопределенность, случайность. К ним относятся: а) события и (или) состояния среды, обусловленные случайностью; б) явления, которые не поддаются анализу и измерению с большой точностью. 2. Нечеткость: а) нечеткость как следствие субъективности или индивидуальности человека; б) нечеткость или неясность в процессах мышления: - нечеткий или неточный вывод; - неясность вследствие сложности и (или) многообразие выводов. 3. Нечеткость или неясность, которая сопровождается естественным языком: а) нечеткость описания или представления; б) неясность, связанная со сложностью и (или) многообразием семантики и структуры естественных языков. 4. Расплывчатость или невыразительность рисунков, картин или сцен: а) расплывчатость рисунков и картин; б) неясность, которая возникает в процессе интерпретации рисунков и картин. 5. Неясность вследствие структурной сложности и (или) многообразие информации. Знания могут иметь неясную, неопределенную, вероятную природу. Например, неопределенность, обусловленная недостаточностью информации для оценки и принятия решения. Для определения возможности возникновения аварийной ситуации используем логако-лингвистическую модель представления исходной информации. Эта оценка представления нечеткой информации является наиболее приемлемой, поскольку разрешает в удобной форме формализовать знания экспертов, выраженные в форме лингвистической оценки. Особенностью лингвистической оценки есть то, что взаимосвязь переменных "вход-выход" задается как экспертные определения "ЕСЛИ" - вход, "ТО" -выход, которые представляют иерархическую базу знаний. Для этого задача прогнозирования возникновения аварии сводится к идентификации проекта с множеством входов и одним выходом. Основные принщты идентификации объектов на основе лингвистііческих баз данных сформулированы в работах [15;19;22]: Принцип лингвистичности входных и выходных переменных. Соответственно этому принципу, вход объекта и его выход рассматриваются как лингвистические переменные, что оцениваются качественным терм-множеством. Принцип формирования структуры зависимости «вход-выход» в виде лингвистической экспертной базы знаний. Лингвистическая база знаний представляет собой совокупность правил ЕСЛИ «входы» ТО «выход», которые основаны на опыте эксперта и его понимании причинно-следственных связей в анализируемой задаче принятия решения (прогнозирование). Принцип иерархичности баз знаний. При большом числе входных переменных построение системы высказываний о неизвестной зависимости «вход-выход» становится сложной. В связи с этим целесообразно провести ранжирование входных переменных по значимости. Принцип двухотапной настройки лингвистических экспертных знаний. Соответствеїгао этому пршщігау, построение модели осуществляется в два этапа. Это этапы структурной и параметрической идентификации. Построеігае нечеткой базы знаний на основе экспертных оценок отвечает этапу структурной идентификации. Тем не менее, для более полного совпадения экспертной оценки с экспериментальными данными может проводиться тонкая настройка нечеткой модели путем ее обучения по экспериментальным данным. Настройка складывается в подборе таких весов логических правил ЕСЛИ-ТО и таких параметров функций принадлежности, которые минимизируют « расхождения между экспериментальным и модельным поведением объекта. Общие свойства лингвистического моделирования [19; 62]. - параметрическая структура, которая разрешает аппроксимированное моделирование; - возможность реализации многомерной, нелинейной, статистической передаточной функции; - обработка информации по принципалі похожим к действиям человека; - адекватность экспертных логических высказываний не изменяется при незначительных колебаниях условий эксперимента; Итак, идентификация собранных влияющих факторов, разработанное дерево возникновения риска событий и иерархическая база знаний являются исходной информацией для разработки логических правил и матрицы знаний для определения сценария возникновения возможной аварийной ситуации, с учетом максимального риска и потерь на каждом этапе.
Разработка матрицы знаний путем лингвистического моделирования на примере котельного агрегата
Обеспечение и контроль безопасности электроэнергетических объектов неразрывно связан с решением задачи, которая объединяет оценку и управление риском. Аварии и отказы на данных объектах приводят к значительным потерям потому/ что точные числовые данные надежности для параметров элементов системы отсутствуют или имеют большую неопределенность.
В условиях острой ограниченности материальных ресурсов возникают ситуации, когда приходится эксплуатировать электрооборудование со сроком службы большим, чем гарантированный, когда фактические параметры режима выше чем нормированные, когда система диагностики недостаточно эффективна, а также и в других подобных случаях. В связи с этим определяется необходимость оценки риска аварий и отказов на объектах электроэнергетики для принятия соответствующих решений.
В диссертационной работе проведены исследования, которые посвящены разработке метода, включающего модели и инженерные методики для оценки риска возникновения аварийных ситуаций- на объектах электроэнергетики на основе лингвистического моделирования.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы следующие: В области теоретических и экспериментальных исследований 1. Проанализировано и установлено, что существующие методы оценки риска аварийных ситуации на объектах электроэнергетики не учитывают неопределенность входных данных, не разрешают одновременно учитывать технические, технологические, аппаратурные, параметрические факторы, которые влияют на возникновение аварий, не определяют максимальный риск и сценарий максимального риска на каждом этапе развития аварии, не оценивают локальные риски появления независимых нежелательных событий. 2. Разработаны и исследованы структурные схемы развития возможных аварийных ситуаций на примере котельного агрегата тепловой электрической станции. Проанализированы факторы, которые влияют на развитие данных аварийных ситуаций на каждых иерархических уровнях 3. Разработан метод оценки риска возшікновения аварий на электроэнергетических объектах на основе теории нечетких множеств. Данный метод основан на аппарате многофакторного анализа для исследования аварий и отказов с использованием экспертной лингвистической оценки параметров элементов системы с целью учета технических, технологических, аппаратурных, параметрических факторов. 4. Впервые разработана модель оценки риска возникновения аваріпгаой ситуации (на примере электроэнергетического объекта) на основе лингвистических переменных, которая отличается тем, что учитывает неопределенность входных параметров элементов системы и определяет сценарий максимального риска, который учитывает наибольший риск на каждом иерархическом уровне развития аварийной ситуации. Проведено графическое вычисление максимального риска аварийной ситуации на примере котельного агрегата. Показана возможность графического отображения критических ситуаций при использовании характеристических полей входных параметров элементов исследуемого объекта. 5. Впервые разработана модель для интегральной оценки локальных рисков аварий и отказов на электроэнергетических объектах при возникновении независимых опасных событий. Определены интегральные зависимости для оценки локального риска короткого замыкания (КЗ) электрооборудования при случайном превышении параметров за пределы нормированных значений х„. Определено, что плотность распределения локального риска события может быть представлена как композиция плотности распределеігая их составных. Путем программной настройки функций принадлежности проведена оценка погрешности моделирования, характеризующая расхождешіе реального риска (по статистических данных) и риска, рассчитанного по предложенной модели, что свидетельствует об адекватности моделирования. В области практического использования т 1. Впервые разработана инженерная методика и программа для оценки риска возникновения аварийных ситуаций на объектах электроэнергетики на основе лингвистического моделирования, то есть на использовании экспертных оценок и логических высказываний. Данная методика разрешает сократить объемы вычислений: время и стоимость для оценки риска аварийных ситуащгіі. 2. Для повышения точности моделирования разработана процедура настройки параметров функций принадлежности. Достоверность моделирования до настройки составляет (76 84)% и после настройки - (8(Н-94)%, что свидетельствует об адекватности моделирования. Приведен пример использования лингвистической модели для определения функции принадлежности при вероятности отказа генератора, выключателя и трансформатора собственных нужд. 3. Разработана экспертная система для оценки квалификации диспетчера на основе лингвистических переменных, что разрешает прогнозировать эффективность действий диспетчера в аварийной ситуации на электроэнергетическом объекте. Эффективность работы диспетчера оценивается по времени, которое необходимо для принятия решения, а оценка эффективности принятого решения выражается лингвистической переменной, характеризующей квалификацию диспетчера. 4. Разработана инженерная методика для оценки зон загрязнешія вследствие аваріга при выбросе отравляющих токсичных веществ на основе лингвистического моделирования. Предложенная методика разрешает эффективно провести первый прогноз в случае отсутствия первичных входных данных. Преимуществом данной методики является сокращение объемов вычислений (время и стоимость проведения оценки) за счет более реального прогнозирования. Погрешность прогнозирования при точных исходных данных составляет 3% , при отсутствии точных входных данных по традиционной методике - 10%, при отсутствии точных входных данных по предложенной методике - 4%. Это свидетельствует об адекватности моделирования.
Экспертная система оценки риска при лингвистических входных переменных
В качестве примера, рассмотрим два альтернативных результата - Е, и Е2. На плоскости для любого из вариантов решений Е4 отвечает точка с координатами (еи,е12), изображенная на рис.4.8 Точка Е, с координатами (mmeu,minej2) отвечает лучшему варианту решения, по аналогии точка Е2 с координатами (тахе тахе ) отвечает худшему результату оценки квалификации диспетчера. Решения, которые отвечают точке Е, с координатами (min eu, min ei2), также отвечают функциям принадлежности лингвистической переменной «КВАЛИФИКАЦИЯ» со значениями «выше средней», а для точки Е2 - лингвистическая переменная «КВАЛИФИКАЦИЯ» имеет значение «низкая». Для оценки эффективности принятых решений с использованием разработанной методики прогнозирования последствий аварии на электроэнергетическом объекте (НЭК Укрэнерго Юго-Западная электроэнергетическая система) при нечетких исходных данных, был проведен имитационный эксперимент, который состоял из двух частей: 1. Были представлены четкие исходные данные о возможной аварии. 2. Были представлены нечеткие исходные данные о возможной аварии. Эксперимент проводился с двумя диспетчерами, которые обеспечивают круглосуточную работу предприятия. Время принятия решения диспетчерами проводилось путем ручного хронометража. Результаты эксперимента сведены в таблицы 4.7. и 4.8. где ё 1 - среднее время принятия решения 1-м диспетчером с четкими исходными данными; ту - среднее время принятия решения 1-м диспетчером с нечеткими исходными данными. где Тг - среднее время принятия решения 2-м диспетчером с четкими исходными данными; среднее время принятия решения 2-м диспетчером с нечеткими исходными данными. Приведенные результаты обработки проведенного эксперимента, показывают простоту и универсальность предложенного критерия оценки квалификации диспетчера, а также эффективность предложенной методики для прогнозирования последствий аварии при нечетких исходных данных. Об этом говорит полученный результат, который разрешает сделать следующие выводы: время принятия решения уменьшается практически в 2 раза при условии безошибочности принятия решения. В случае прогнозирования масштабов загрязнение непосредственно после аварии принимаются конкретные данные о количестве выброшенных травляющих токсичных веществ и реальные метеорологические условия. Обобщено, что размер масштабов зоны загрязнения состоит го двух частей [65]: 1. Определяются эквивалентные количества ядовитых веществ в первичной и вторичной тучах. 2.3а специальной таблицей определяются радиусы зон загрязнения первичной и вторичной тучами, соответственно П и Гг. Полная глубина зоны загрязнения, обусловленная влиянием первичных и вторичных туч отравляющих токсичных веществ, определяется [68]: где Г - полная глубина зоны загрязнения, Р - наибольший радиус загрязнения, Г - наименьший радиус загрязнения. В случае отсутствия точных исходных данных о влияющих факторах, прогноз возможных последствий проводится при показателях метеорологических данных и максимально возможному, в конкретной ситуации, выбросу сіиіьнодействующих ядовитых веществ. Данный подход не всегда есть оптимальным. Это можно объяснить как с точки зрения точности прогноза, так и с точки зрения оценки риска и неоправданных затрат на ликвидацию последствий аварийной ситуации. Представленная методика позволяет прогнозировать последствия аварийной сіпуации с выбросом отравляющих токсичных веществ при отсутствии точных исходных данных. Целью данной методики есть минимизация социальных и экономических затрат на ликвидацию последствий аварии на основе лингвистических переменных. В процессе описания влияющих факторов в качестве лингвистических переменных была предложена и испытана пятибалльная шкала. Предложенная шкала предназначена для оценки последствіга (потерь) при возникновении аварии на опасном промышленном объекте. Взаимосвязь между предложенной шкалой и определением влияющих факторов, в качестве лингвистических переменных предложено оценить, как функциональную зависимость [48]: где Yj - возможные последствия аварий; XpXj- соответствующий набор факторов, влияющих на возникновение аварии. Основным показателем, что характеризует последствие аварийной ситуации, является радиус зоны загрязнения. Это расстояние, на которое распространяется опасная для жизни концентрация ядовитого вещества на протяжении какого-либо промежутка времени.
