Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из существенных черт, характеризующих научно-технический прогресс на современном этапе, является широкое использование компьютерных средств в различных областях народного хозяйства. В энергетике компьютерные средства используются в системах управления электроэнергетическими объектами и, в частности, в микропроцессорных системах защиты (МПСЗ) электроэнергетических объектов от анормальных режимов, повреждений и коротких замыканий.
МПСЗ крупных объектов: генераторов, трансформаторов, энергоблоков, сетей электропередачи представляют собой комплексы аппаратных и программных средств, предназначенных для своевременного предотвращения аварийных ситуаций на защищаемом объекте, опасных для электроэнергетического оборудования и обслуживающего персонала.
В настоящее время МПСЗ эксплуатируются и находятся на ряде крупных электростанций. Опыт разработки первых МПСЗ (Ставропольской, Углегорской ГРЭС), выполненных в РИИЖТе, ИЭД АН республики Украина, БПИ показал, что они обладают рядом новых системных свойств, ранее не учитывавшихся при построении систем защиты на электромеханических и статических реле. Наблюдается тенденция усложнения МПСЗ, что предопределяет необходимость системного подхода к исследованию целей их разработки, выявлению и классификации системных свойств, проявляющихся в процессе их создания, эксплуатации, модернизации, совершенствования и развития.
Исследования свойств систем защиты вообще и МПСЗ в частности ведутся в нашей стране в течение последних десяти лет. Теоретические н методические основы системных исследований и проектирования МПСЗ были заложены профессорами В.К. Ваниным, Л.А. Мелентьевым, В.В. Платоновым, Э.П. Смирновым, Б.С. Стогнием, Е.М. Ульяницким и др. Работы по практическому применению результатов системных исследований МПСЗ ведутся во ВНИИР, ВНИИЭ, Коми филиал АН России, С.-Пб.ГТУ, МЭИ, НГТУ, РГУПС, ЧГУ и др. институтах.
. В процессе разработки и совершенствования МПСЗ одной из ключевых проблем является оптимизация структуры комплекса технических средств. Одними из важнейших критериев оптимизации являются минимизация аппаратных и про-
4 граммных средств. В этой связи в диссертационной работе эта проблема представлена и решается как задача распределения ресурсов на основе результатов исследований целей разработки и с учетом системных свойств МПСЗ. Целью работы является теоретическое обобщение практических работ по созданию МПСЗ, разработка системы классификации и оценки свойств МПСЗ, разработка на этой основе методов проектирования МПСЗ крупных электроэнергетических объектов, в частности, структурной оптимизации аппаратных и программных средств многофункциональных микропроцессорных систем защиты. Основными задачами, решаемыми для достижения этой цели, являются:
исследование МПСЗ как объекта оценки качества функционирования системы;
анализ и классификация свойств МПСЗ, формализация методик их структуризации;
разработка формальных моделей свойств совместимости и несовместимости функций МПСЗ;
разработка модели распределения функций МПСЗ;
разработка алгоритма оптимального распределения функций МПСЗ по критерию минимума ресурсов.
Объектами исследования являются микропроцессорные распределенные системы защиты электрических станций, подстанций, сетей электропередачи и модели их основных свойств.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались теория множеств, теория графов, теория комплектов, методы дискретного программирования, теория систем и методы системного анализа, методы оптимизации и моделирования.
Научная новизна. В работе получены и выносятся на защиту основные положения и новые научные результаты:
-
Предложены в качестве структурообразующих свойств отношения совместимости и несовместимости функций в многофункциональных системах, являющиеся теоретическим обобщением существующих в технических системах отношений, таких как резервирование, технологические и эксплуатационные ограничения.
-
Методика анализа целей разработки МПСЗ, опирающаяся на методы экс-
5 пертных оценок и структуризации, и полученная на её основе структурная
схема целей.
-
Методика структуризации свойств МПСЗ, основанная на эвристических принципах, и полученные на её основе структурные схемы сложных свойств МПСЗ.
-
Формальная модель впервые сформулированных свойств совместимости и несовместимости функций МПСЗ.
-
Алгоритм оптимального распределения функций МПСЗ по ресурсному критерию.
Практическая ценность. Разработанные методики структурной оптимизации позволяют более эффективно, по сравнению с существующими, решать задачи распределения ресурсов процессора, памяти, каналов связи при проектировании автоматизированных систем управления и многофункциональных систем автоматического управления. Предложенные в работе алгоритмы и методики позволяют реализовать оптимальное по ресурсному критерию распределение функций в многофункциональных системах управления, в частности МПСЗ электроэнергетического оборудования, учитывающее отношения совместимости и несовместимости функций.
Реализация результатов работы. Предложенные в работе свойства, алгоритмы и методики проектирования использованы при выполнении четырех хоздоговорных работ с АО «Южэнергосетьпроект» и АО «Ставропольэнерго». Результаты работы используются в учебных курсах «Системотехника», «Организация ЭВМ, комплексов и сетей», «Микропроцессорные системы» кафедры «Вычислительная техника и автоматизированные системы управления» Ростовского государственного университета путей сообщения. Разработана подсистема регистрации аварийных режимов линий электропередачи, которая внедрена в опытную эксплуатацию. Алгоритм быстрого расчета и распределения ресурсов МПСЗ по критерию минимума расхода ресурсов на выполнение всех функций защиты использован при разработке МПСЗ энергоблока 300 МВт и газотурбинного энергоблока ГТУ 150 МВт.
Публикации и апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах, докладывались на Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Победы, 130-летию МПС и 65-летию РГУПС (Ростов-
на-Дону, 1995 г.), ежегодной межгосударственной научно-практической конференции «Организационно-экономические проблемы проектирования и применения информационных систем» (Ростов-на-Дону, 1996-1997гг., РГЭА), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НГТУ (Новочеркасск, 1996 г.) и РГУПС (Ростов-на-Дону, 1995-1998 гг.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы содержащего 124 источника. Работа изложена на 216 страницах, из них 160 стр. машинописного текста, 27 рис., 5 табл., 24 стр. приложений.