Библиографическое описание:

Сбех Т. Обоснование критериев и разработка методик программного управления судовыми электроэнергетическими системами // Молодой ученый. — 2012. — №6. — С. 49-51.

Электроэнергетическая система (ЭЭС) корабля является объектом высо­кого уровня сложности. Достигая по суммарной мощности установленных источников электроэнергии нескольких мегаватт, ЭЭС включает в себя сотни электрических машин, тысячи электрических аппаратов, сотни километров кабельных трасс, а также ряд других приборов и аппаратов. Электроэнергетическая система корабля представляет собой сложный многофункциональный технический комплекс с дискретной структурой и непрерывным процессом выработки и распределения электроэнергии. Процесс функционирования ЭЭС в значительной степени имеет вероятностный характер, что связано со случайным характером процессов потребления электроэнергии и возникновения отказов элементов. Функционирование ЭЭС характеризуется большим числом переменных величин со сложными взаимосвязями [1].

Электроэнергетическая система распределена в пространстве, ограниченном корпусом корабля таким образом, чтобы иметь наибольшую живучесть при возможных боевых повреждениях [2]. На каждом корабле имеются центры генерирования и распределения электроэнергии - электростанции.

Электрические сети, про­ложенные от электростанции, пронизывают весь корабль подобно кровеносной системе. Возможность питания любой секции шин главных распределительных щитов (ГРЩ) от любого источника электроэнергии обеспечивается "древовидными", "кольцевыми " и "лестничными" структурами электрических силовых сетей.

Из-за высокой сложности в ЭЭС имеются принципиальные возможности для возникновения ситуаций, не выявленных при проектировании и постройке корабля. Вероятность возникновения одной такой ситуации, как правило, очень мала. Но множество разных маловероятных ситуаций имеет достаточную мощность и вероятность возникновения хотя бы одной из них имеет существенное для практики значение.

Существование множества не выявленных при проектировании и постройке ситуаций обусловлено объективными количественными показателями степени сложности ЭЭС. Допустим, что каждый из n автоматических выключателей электрической силовой сети может находиться в одном из четырех состояний: исправен и включен, исправен и отключен, неисправен и включен, неисправен и отключен. При таком условии число различных состояний ЭЭС не менее 4n. Отсюда следует, что при увеличении значения n число различных состояний ЭЭС растет по крайней мере как 4n. С учетом тех же четырех состояний для k кабелей, g генераторов, d первичных те­пловых двигателей, p преобразователей электроэнергии и b аккуму­ляторных батарей, а также двух состояний (исправен, неисправен) для s секций ГРЩ и клемм электрической силовой сети, число различных состояний ЭЭС растет по крайней мере как 4 n + k + g + d + p + b 2 s. Для малой (по количеству элементов) ЭЭС корабля небольшого водоизмещения при n = 5 (автоматы электрической силовой сети), k = 5 (1 перемычка, 2 кабеля от генераторов до ГРЩ, 1 кабель питания с берега, 1 кабель от щита питания с берега до ГРЩ), g = 2 (2 генератора), d = 2 (2 дизеля), p = 0 (состояние преобразователей электроэнергии не учитывается), b = 0 (состояние стартерных аккумуляторных батарей не учитывается), s = 5 (2 секции шин ГРЩ, клеммы двух генераторов и шины щита питания с берега) число различных состояний ЭЭС равно 45 + 5 + 2 + 2 + 0 + 0 25 = =414 25, что составляет 8 589 934 592 состояний. Изучить при проектировании и постройке корабля такое количе­ство состояний не представляется возможным. Следовательно, множество ситуаций в ЭЭС, не изученных при проектировании и постройке корабля, не пустое.

Представленные расчеты справедливы в предположении незави­симости перечисленных выше состояний элементов ЭЭС. С практи­ческой точки зрения это является вполне приемлимым допущением. Однако они выполнены без учета состава действующих потреби­телей электроэнергии и уровня потребления каждого из них. В неко­торой степени эти факторы определяются коммутационным состоя­нием электрической силовой сети. Так, например, при переключениях в электрической силовой сети некоторые потребители могут быть обесточены и тем самым выведены из действия. Коммутационное состояние электрической силовой сети зависит от состояний всех перечисленных выше элементов (автоматов, кабелей, генераторов, первичных тепловых двигателей, преобразователей электроэнергии, аккумуляторных батарей, секций ГРЩ и клемм электрической силовой сети). Таким образом, состав действующих потребителей электроэнергии и уровень потребления каждого из них в некоторой степени зависит от состояний элементов ЭЭС. Поэтому применение комбинаторной формулы для подсчета состояний ЭЭС с учетом состава действую­щих потребителей электроэнергии и уровня потребления каждого из них дает только верхнюю границу искомого числа.

Тем не менее, вполне очевидно, что с учетом состава действующих потребителей электроэнергии и уровня потребления каждого из них число различных состояний ЭЭС будет намного больше рассчитанных выше чисел.

В то же время этих факторов недостаточно, чтобы полностью учесть влияние потребителей электроэнергии. При одном и том же составе действующих потребителей и уровне потребления каждого из них ситуации могут различаться степенью важности потребителей электроэнергии для выполняемых кораблем задач или, другими сло­вами, ценностью потребителей. Ценность потребителей, в свою оче­редь, определяет ценность тех элементов ЭЭС, которые вырабаты­вают и передают электроэнергию для них. Важным свойством ценностей корабельных потребителей электроэнергии является то, что весь вектор ценностей отражает внешнюю для ЭЭС обстановку. Внешняя обстановка и состояние самой ЭЭС определяют ситуацию в ЭЭС.

При условии независимости всех факторов, определяющих состояние и внешнюю обстановку, множество ситуаций равно декартовому произведению множества состояний на множество вариантов внешней обстановки. С учетом имеющей место слабой зависимости друг от друга некоторых факторов, определяющих состояние и внешнюю обстановку, мощность множества, образованного элементами декартового произведения множества состояний на множество вариантов внешней обстановки, дает только верхнюю границу для оценки мощности множества ситуаций. На практике решение, принимаемое оператором, состоит из четырех последовательно формируемых частей. Решение Р0. Решение о полноте и достоверности информации о ситуации в ЭЭС. Оценка ситуации по прямым и косвенным данным. Решение Р1, которое состоит из двух частей: Решение Р1.1. Решение о составе действующих источников электроэнергии. Решение Р1.2. Решение о коммутационном состоянии, в которое необходимо перевести ЭЭС. Решение Р2. Траектория исполнения решения: последовательность операций по переводу ЭЭС из начального состояния в конечное состояние.

Если информация о ситуации в ЭЭС полная и достоверная, то решение по п. Р0 считается принятым. В противном случае оператор пополняет и уточняет информацию о ситуации в ЭЭС настолько, насколько это позволяют ему временные и пространственные ограничения. Если и после этого информация о ситуации в ЭЭС неполная или недостоверная, то оператор вынужден оценить ситуацию по имеющимся прямым и косвенным данным.

Пусть И = {И1, И2, . . . , Иm} – множество информационных параметров. Некоторые недостающие параметры Иi И являются функциями других известных параметров Иj И, Иk И и могут быть оценены косвенно. Большую уверенность в правильной оценке недостающих параметров Иi И дают оператору совпадающие оценки Иi*= f *(Иj), Иi**= f** (Иk) при условии независимости друг от друга параметров Иj и Иk. Более трудным для оператора является случай, когда значения параметров Иi И не зависят от значений известных параметров Иj И, Иk И. В этом случае возможны два варианта действий оператора. Первый вариант можно назвать осторожным, а второй рискованным. При осторожном варианте все дальнейшие решения принимаются с учетом любых возможных значений недостающих параметров Иi И. При рискованном варианте случайным образом назначаются фиксированные значения недостающих параметров и решение по Р0 считается принятым.

Для принятия решения по Р1 оператор оценивает мощности, которые будут потребляться от секций ГРЩ при назначенном состоянии корабля и выполнении назначенных задач. Это ожидаемые значения потребляемых мощностей, т.е. наиболее вероятные в том промежутке времени, для которого принимается решение. Ожидаемые значения мощностей могут совпадать с текущими значениями, а могут и существенно отличаться. Значения потребляемых мощностей для каждого режима использования корабля обычно известны и должны быть заранее записаны в память вычислительного устройства. В этом случае оператору достаточно ввести в систему информацию о планируемом режиме использования корабля и при необходимости выполнить корректировку значений потребляемых мощностей.

Автоматически в систему программного управления ЭЭС передается следующая информация:

- состав действующих источников электрической энергии;

- значения активных мощностей и полных токов источников и линий передачи электроэнергии;

- коммутационное состояние ЭЭС;

- техническое состояние ЭЭС.

Объективно обосновано применение следующих критериев [3].

  1. Критерии для принятия решения по Р1.1

1) Резерв мощности генераторных агрегатов должен быть максимальным при ограничениях на минимальную загрузку каждого генератора по режимам.

2) Минимальный ресурс действующего генераторного агрегата должен быть максимально возможным.

3) При исполнении решения число повторных пусков генераторных агрегатов должно быть минимальным.

Критерии для принятия решений по Р1.2 и по Р2

4) Каждая исправная секция ГРЩ, которая связана с назначенным к действию источником электроэнергии хотя бы одной исправной линией передачи электроэнергии, должна быть под напряжением.

5) Общая протяженность наиболее важных линий передачи электроэнергии, находящихся под напряжением, должна быть минимальной при ограничениях, определяемых пропускными способностями линий.

6) Максимальная загрузка линии передачи электроэнергии на единицу оставшегося времени работы данного элемента ЭЭС, должна быть минимальной.

7) Наибольший ущерб кораблю от обесточивания потребителей электроэнергии должен быть минимальным.

8) Число операций управления при переводе ЭЭС из начального коммутационного состояния в конечное должно быть минимальным.

Перечисленные критерии являются основой для функционирования системы программного управления ЭЭС.


Литература:

  1. Хосидов З.К. Особенности диагностирования судовых электроэнергетических систем. В сб. «Диагностическое обеспечение судовых технических средств». Материалы по обмену опытом, выпуск 453. - Л.: Судостроение, 1988. С.4 – 8.

  2. Гилерович Ю.М. Вопросы проектирования электроэнергетических систем кораблей стран НАТО // Судостроение за рубежом. – 1988. - № 2. С.20 – 37.

  3. Одинаев В.А. Математическая модель пространства состояний судовой электроэнергетической системы. Принятие оперативных решений // Судостроение. – 2003. - №5. – С. 42 – 44.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle