Тексты лекций по дисциплине «оптимизация и управление системы электроснабжения»

Глава 1. Введение. Общие сведения о системах электроэнергетики и их состоянии.
1.1. Введение. Роль автоматизированных систем управления (АСУ) в энергетике и производстве.
План:
1. Системы и управление
2. Автоматизированные системы управления
3. Электроэнергетика как система управления


Ключевые слова и термины: система управления, система научного обеспечения, система математического обеспечения, система организационного обеспечения, система технического обеспечения, система кадрового обеспечения, системы диспетчерского управления.


Системы и управление. Все объекты в природе и обществе характеризуются разнообразными свойствами, а также прямыми и обратными связями. При этом каждый объект можно представить состоящим из частей — более мелких объектов. Такое деление для каждой конкретной задачи целесообразно прекратить для объектов, внутреннее устройство и связи частей которых не изучаются. Каждый из них представляется как единое целое, характеристиками которого являются только его внешние проявления свойств и внешние связи. Подобные нерасчлененные объекты называются элементами.
При постановке какой-либо задачи из окружающего мира выделяется такое множество взаимно связанных элементов, которое объединяется общим режимом работы и предназначается для выполнения общих для всех элементов целей. При этом каждый элемент в отдельности или их частичные комбинации выполняют свои частные цели. Это объединение элементов выполняет какие-либо преобразования тех или иных общих форм существования материи (вещества, энергии, информации) из одних видов в другие. Типичным примером объединения является энергосистема. Ее элементы — станции, линии, подстанции предназначаются для выполнения общей цели — преобразования энергоресурсов в электрическую и тепловую энергии и передачи их потребителям. Каждый элемент выполняет свои функции, а все вместе они связаны общими режимами работы и подчинены указанной общей цели, которая не может быть выполнена в полной мере не только отдельными элементами, но и многими их комбинациями. Отмеченные выше положения позволяют сформулировать понятие «система» следующим образом: система есть совокупность элементов, связанных между собой общими режимами работы для достижения общих целей преобразования видов материи при некотором отличии целей и свойств всей системы от целей и свойств отдельных ее элементов или их частичных комбинаций. Имеются и другие определения этого понятия в зависимости от принятого уровня абстракции. Появление в системе новых свойств, не наблюдаемых у ее составных частей — одно из проявлений диалектического принципа перехода количественных изменений в качественные.
Приведенная выше формулировка понятия «система» справедлива и для более узких понятий — «сложная система» и «сложная динамическая система». Для последней надо лишь добавить понятие о динамичности — изменяемости свойств или значений параметров, характеристик и связей системы на обозримом интервале времени. Иными словами, динамическая система — это изменяющаяся во времени система. При постановке каждой практической задачи анализа или синтеза системы принимается какая-то ведущая идея этой задачи и в соответствии с ней формулируется главная цель работы системы. Именно поэтому каждая система изучается с определенных позиций. Так, при рассмотрении экономичности энергосистема исследуется с экономических позиций. В этом случае изучаются в основном ее экономические свойства, а система называется экономической. При рассмотрении технических задач — устойчивости, надежности, качества электроэнергии и т. д.— важны прежде всего технические свойства, поэтому система называется технической.
Если в этой системе изучаются информационные свойства — потоки информации, циркулирующие внутри системы, а также между системой и внешней средой, то она называется информационной. Таким образом, название системы соответствует изучаемой стороне ее работы. В приведенном определении системы не отражается ее исполнение и конкретные свойства элементов и связей. Следовательно, это определение в некоторой степени абстрактно, т. е. отвлечено от конкретных свойств. Однако использованная здесь абстракция не самая глубокая. В самом деле, для конкретизации достаточно лишь внести в определение конкретные названия элементов, целей, связей и преобразуемых видов материи.
При более глубоких абстракциях такой переход осуществляется сложнее, поскольку тот или иной уровень абстракции используется уже не для изучения утилитарных свойств и целей конкретных систем, а для анализа и синтеза некоторых общих свойств классов систем. Рассмотрим тесно связанные между собой термины и их определения— управление, управляемая и управляющая системы, система управления.
Управление — есть воздействие на объект для реализации заранее принятых целей; оно осуществляется на основании анализа получаемой информации об объекте и окружающей его внешней среде (обратная связь). В настоящее время широко распространен термин «оптимальное управление», поскольку современная наука об управлении является, по существу, наукой об оптимальном управлении, т. е. наилучшем в каком-то заранее принятом смысле. Глубина этой теории и широта охвата ею явлений природы и общества предопределяют и качество управления. Оптимальное управление, в конечном счете, — это реализация научных идей теории оптимального управления. Управляемая система — система, являющаяся объектом управления; управление предназначено для того, чтобы обеспечить надлежащее функционирование управляемой системы.
Управляющая система — система, осуществляющая функции управления.
Система управления (СУ)—термин, употребляемый иногда взамен термина «управляющая система». Однако чаще всего и более строго он трактуется как система, объединяющая две подчиненные системы (подсистемы)—управляющую и управляемую системы, при этом первая предназначена для управления второй.
В дальнейшем этот термин будет использован именно в последнем смысле. Кстати, опираясь на него, можно дать несколько иное и более формальное определение понятия «управление» как функции системы управления, предназначенной для достижения определенных целей. Управление может быть эффективным при следующих условиях:
1. СУ должна быть упорядоченной, с четким разграничением управляющей и управляемой подсистем, чтобы управляемая подсистема обладала способностью переходить в требуемые состояния под воздействием управляющей подсистемы.
2. Процесс управления должен подчиняться четко сформулированным целям управления.
3. СУ должна располагать материальными и трудовыми ресурсами, которые достаточны для реализации принимаемых решений.
4. Управляющая часть СУ должна обеспечивать достаточно точную и быструю переработку поступающей информации.
5. СУ наряду с конечными целями работы должна на основе принципа обратной связи учитывать текущее состояние и изменения воздействия внешней среды.
6. СУ должна иметь критерий (систему критериев) эффективности, оценивающий степень достижения цели (целей).