Тексты лекций по дисциплине «оптимизация и управление системы электроснабжения»

Введение

По мере развития и совершенствования народного хозяйства к управлению предъявляются более высокие требования. В настоящее время их уровень таков, что они могут быть удовлетворены лишь на основе новых научных идей и принципов при качественна новых методах и средствах управления. Если рассматривать с более общих позиций, то можно считать, что качественное изменение управления было подготовлено предыдущим ходом развития и совершенствования социальных, политических, экономических и производственных факторов. Возрастающая сложность управляемых систем приводит не просто к усложнению управления и управляющих систем, но и качественным их изменениям. Однако управление улучшается по мере понимания сложности, глубины научного проникновения в существо свойств управляемых систем и происходящих в этих системах процессов. Именно это проникновение образует научный фундамент современной теории управления. Чем выше уровень понимания управляемых систем и воздействующей на них внешней окружающей среды, тем больше предпосылок к созданию достаточно хорошего управления. Управление должно учитывать следующие важные обстоятельства, вызванные ростом народного хозяйства:

1) наличие сложных больших кибернетических производственно-экономических систем, которые характеризуются большим числом не только параметров, но и перекрещивающихся прямых и обратных детерминированных и вероятностных связей между ними;
2) увеличение масштабов и сложности связей как между разнородными системами одинаковых уровней территориальной или функциональной иерархии, так и между системами разных уровней;
3) повышение требований к качеству планирования развития и управления эксплуатацией всей совокупности производственных систем народного хозяйства и каждой системы в отдельности.
По мере развития познания окружающего мира представление о наблюдаемых социальных, политических, экономических и технических процессах углубляется. В результате последние 10—15 лет повсеместно утвердилось мнение, что создание более совершенного управления современным сложным производством возможно только за счет принципиальных изменений научных методов, и форм реализации и технических средств.
Научные методы управления основываются на достижениях кибернетики — науки об общих законах управления сложными системами различного рода — техническими, экономическими, биологическими, административными, социальными и др.
Кибернетика не только утверждает, но и доказывает, что существуют такие законы управления, которые являются общими для природы, общества, живых организмов и машин. Устанавливая эти законы и на их основе научно выясняя пути улучшения управления, кибернетика тем самым подводит прочный научный фундамент под огромное здание управления народным хозяйством. Одним из важных научных направлений кибернетики, существенным в области управления, является системный подход, реализация которого в виде совокупности приемов и правил обработки и анализа информации называется системным анализом. Развитие системного анализа и расширение сферы его применения на основе широкого арсенала математических методов обусловливает все более полную и строгую алгоритмизацию управленческих процессов, постепенно заменяющую интуитивные приемы. Технические средства управления стремительно развиваются, при этом используются все более совершенные электронные вычислительные машины и системы, устройства автоматики и телемеханики. Электронная вычислительная техника стала неотъемлемой технической основой современного управления экономическими и техническими системами.
Формы реализации научных методов управления сложными неавтоматическими системами в настоящее время предстают в виде автоматизированных систем управления (АСУ). Такие системы пронизывают все народное хозяйство; они организованы по иерархическому принципу, где системы более низких подчиняются системам более высоких уровней. Одно из характерных свойств современных научно обоснованных систем управления — непрерывное развитие и совершенствование способов и процессов управления, не имеющее в обозримом будущем каких-либо конечных строго очерченных границ. Отсутствие этих границ вполне естественно, поскольку имеется в виду управление непрерывно развивающимися производственными экономическими и техническими системами. Появление АСУ как новых форм управления может быть объяснено с точки зрения кибернетики как неизбежный отклик человеческого общества на так называемый информационный взрыв. Это явление характеризуется, с одной стороны, стремительным и ускоренным ростом объема информации о производстве, Углубление в существо протекающих в производстве и вообще в мире процессов и явлений привело к вероятностным представлениям о них и в силу этого к резкому возрастанию удельного веса вероятностной информации.
Увеличение объема и изменение качества информации об окружающем мире привели к тому, что управление производством без привлечения научных методов кибернетики и новых технических средств стало невозможно, так как они не в состоянии переработать огромный объем информации, а, следовательно, и принять правильное решение.
Развитие теории и практики управления можно разделить на два основных этапа, условно называемых докибернетическим и кибернетическим.
На докибернетическом этапе развивались раздельно, с одной стороны, системы автоматического управления (САУ) техническими объектами и процессами, а с другой—неавтоматизированные эргатические (т. е. человеко-машинные при руководящей роли человека) системы управления производственно-экономическими системами. Причем САУ сначала предназначались для управления детерминированными, а затем и стохастическими процессами в представлении о вполне известных вероятностных свойствах управляемых объектов. Основой теории САУ является представление о возможности полного математического описания
объектов управления.
В неавтоматизированных эргатических системах управления основой управления является человек, использующий простую вычислительную технику и не применяющий методы и средства кибернетики. Эти системы строились в предположении о детерминированности и небольшом числе учитываемых параметров и характеристик объектов управления. Разумеется, и тогда было ясно, что информация содержит погрешности и неопределенности, однако это учитывалось весьма грубыми оценками. Естественно, что возможности таких систем управления довольно ограниченны. На кибернетическом этапе* произошла замена неавтоматизированных систем автоматизированными (АСУ) и включение в них САУ на правах подсистем более низких рангов. Характерная черта этого этапа — использование АСУ для управления большими кибернетическими системами при новых предпосылках управления, в частности отказе от полного описания этих систем в связи с упомянутыми количественными и особенно качественными изменениями информации. Появился новый подход к управлению — адаптивный, когда автоматизированная система управления, подобно САУ, непрерывно приспосабливается к вновь появляющимся существенным свойствам объекта управления и тем самым повышает качество управления. Управление сложными кибернетическими системами только на основании текущей информации о состоянии объекта управления невозможно. Оптимальное управление связано с прогнозированием возможных состояний системы и внешних воздействий, т. е. требует как бы «проигрывания» наиболее вероятных путей динамического движения управляемой системы и принятия решений с учетом возможных будущих последствий. Такое управление связано с переработкой огромных массивов информации по накоплению сведений для выполнения прогноза.
Управление режимами энергосистем в этом отношении типично. Принятие решений диспетчером на основании только текущей информации о состоянии энергосистемы и ее элементов далеко не оптимально. Например, если с точки зрения данного момента выгодно отключать энергоблок для экономии топлива, то это еще не означает целесообразность такого отключения вообще. Прогнозируя динамику поведения нагрузки системы на ближайшее будущее, можно выяснить, не будет ли более экономичным сохранение блока в работе, если в дальнейшем расходы топлива на его пуск и увеличение нагрузки остальных агрегатов окажутся больше экономии от остановки блока. Управление энергосистемой должно охватывать прогнозирование внешних возмущений и условий, планирование режимов и их оперативную корректировку. Кроме того, энергосистема относится к классу больших кибернетических систем, в которых закономерности движения проявляются через случайности в поведении отдельных элементов. Выявление этих закономерностей возможно лишь на основании вероятностно-статистического изучения объекта, т. е. предполагает статистическую обработку большого объема накопленной информации. Таким образом, в АСУ энергосистемами участие в переработке информации и принятии решений может выполнить только ЭВМ с развитой памятью и высоким быстродействием.
В народном хозяйстве АСУ используются для управления предприятиями и их объединениями, разнообразными техническими и экономическими системами, территориальными комплексами, отраслями народного хозяйства и т. д. Рассмотреть принципы, функции и специфику АСУ для всех или многих указанных объектов управления — управляемых систем — в небольшом пособии очень трудно, поэтому в этом пособии излагаются в основном вопросы автоматизированного оперативного (диспетчерского) управления энергосистемами и станциями. Эти объекты управления ниже рассматриваются как технико-экономические системы с определенными, присущими им свойствами, которые как раз и определяют в главном конкретное содержание соответствующих АСУ.