Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод и многое другое.
 
Школа для электрика | База знаний | Электробезопасность | Книги | Помощь студентам | Работа для электрика | Контакты



 

Электротехника | Электроника | Электроэнергетика | Электроснабжение Электрические аппараты | Электрические машины | Автоматизация

 Школа для электрика / Электрические сети и системы / Кибернетика электрических систем


 Школа для электрика в Telegram

 

Кибернетика электрических систем


GeekBrains

Кибернетика электроэнергетических (электрических) систем — научное применение кибернетики к решению задач управления электроэнергетическими системами, регулирования их режимов и выявления технико-экономических характеристик при проектировании и эксплуатации.

Отдельные элементы электрической системы, взаимодействуя между собой, имеют весьма глубокие внутренние связи, не позволяющее расчленить систему на независимые составляющие и при определении ее характеристик изменять влияющие факторы по одному. Такая сложная система, рассматриваемая в целом, обладает новыми качествами, не свойственными отдельным ее элементам.

Кибернетика электроэнергетических (электрических) систем

Электрическая система в каждом режиме и при переходе от одного режима к другому имеет следующие общие признаки, характерные для любой кибернетической системы:

  • наличие цели или алгоритма управления;

  • взаимодействия элементов системы с внешней средой, являющейся источником случайных возмущений (толчки нагрузки у потребителей, систематические и несистематические ее изменения, случайные колебания напряжения, атмосферные помехи на линиях передач);

  • необходимость отыскания условий оптимальности действия системы;

  • управление процессами системы на основе сбора, передачи, приема информации и ее последующей обработки;

  • регулирование процессов на основе принципов обратной связи.

По методологии исследований электрическая система должна рассматриваться как кибернетическая система, т. к. при ее исследовании применяются обобщающее методы: теория подобия, физическое, математическое, цифровое и логическое моделирование.

Оборудование электрической системы

Кибернетике свойственно подходить к изучаемым системам как к самоорганизующимся системам, связанным с окружающей их средой некоторой совокупностью обратных связей. Передача и переработка информации, отыскание определенной общности структур в различных явлениях и использование методов подобия и моделирования характерны для кибернетической системы в ее общем определении и для электрической системы в частности.

В электрической системе, как кибернетической системе, можно выделить следующие составные части: схему, информацию, координаты и функцию.

Схема отражает строение управляющей системы и состоит из элементов. Между ними существуют определенные связи, обеспечивающие переработку информации и обратное влияние на состояние любого элемента с тем, чтобы должным образом определить и направить режим его работы.

В электрической системе существует такая схема, определяющая взаимную связь источников энергии и элементов, передающих ее и перерабатывающих, а также и элементов, которые преобразуют электрическую энергию в потребляющих установках.

Управление электрической системой

Управление электрической системой осуществляется на основе получаемой информации, т. е. сбора сведений о режиме всех ее элементов, передачи этих сведений и последующей их быстрой переработки.

Информация должна поступать о режиме всех установок, вырабатывающих энергию (турбин и котлов), о состоянии потребителей, которых практически неограниченное количество. Здесь возникают проблемы отбора необходимой информации, учета с разумной (достаточной, но нечрезмерной) точностью изменений характеристик оборудования как при отклонениях режима, так и с течением времени.

Состояние электрической системы характеризуют координаты, которыми являются параметры элементов системы (активное и реактивное сопротивления, коэффициенты трансформации, номинальные мощности и напряжения и т. д.) и параметры ее режима (ток, напряжение, частота, активная и реактивная мощности и т. д.).

Трансформаторная подстанция и линии электропередачи

Получая сведения о значении параметров (координат), управляющая система может в соответствии со своими функциональными свойствами воздействовать сама на себя и с помощью тех или иных устройств самоуправляться.

Создание самоуправляющейся электрической системы требует алгоритмизации — математического описания, позволяющего по схеме информации и координатам находить функциональную характеристику электрической системы.

Для уточнения параметров элементов электрической системы и уточнения математического описания происходящих процессов необходимо проведение экспериментов методами теории подобия и физического моделирования.

При проектировании, исходя из экономически и технически обоснованных соображений, надо определить оптимальную расстановку станций в проектируемой системе, учесть все факторы стоимости вырабатываемой энергии, эффективности капиталовложений, установить влияние данного расположения станций и их типа, учесть вопросы надежности работы системы в целом, стоимости передачи энергии и взвесить все конкурирующие варианты с тем, чтобы найти оптимальный вариант создания электроэнергетической системы с учетом развития во времени.

Алгоритм должен предусматривать построение такой системы, которая автоматически проверяла бы огромное число возможных решений и, проводя оптимизацию, находила наилучший вариант.

При решении задач эксплуатации задаются определенные элементы — котлы, турбины, генераторы, линии передач и нагрузки. Требуется в каждый данный момент времени обеспечить такой режим системы, который давал бы наибольшую экономичность, должное качество электрической энергии у потребителя и достаточную (но не чрезмерную) надежность функционирования системы.

Линии электропередачи

Кибернетика электрических систем важна в методическом отношении, т. к. она систематизирует и обобщает подход к исследованию разнообразных процессов в электрической системе, отыскивая в них общее.

Упомянутые выше задачи должна решать кибернетика электрических систем распадающаяся на несколько разделов:

  • теория подобия и моделирования физических явлений, показывающая, каким образом в каждом физическом явлении найти наиболее общие черты, как нужно ставить эксперимент в электрических системах и их элементах и каким образом обрабатывать данные физического эксперимента или математических вычислений;

  • применение математических расчетов для исследования режимов электрических систем и их экономики. Изучаются вопросы методики исследования свойств электрических систем и различных процессов, происходящих в них.

  • теория информации о режимах систем. Сюда входит исследование способов получения от системы сведений о ее работе в нормальном режиме, когда в системе происходят лишь различные малые отклонения. Для управления и регулирования системы надо иметь определенные сведения об этих отклонениях с тем, чтобы соответствующие регулирующие устройства могли надлежащим образом реагировать на это «дыхание системы». Изучаются способы получения характеристик процессов во время аварий и возможности передачи такой «аварийной информации», изучаются показатели, с помощью которых могут обеспечиваться оптимальные условия работы системы при необходимом качестве энергии и достаточной надежности работы системы;

  • теория режимов автоматически управляемой сложной системы. В ней изучаются собственно кибернетические методы управления системой. Не касаясь вопросов конструкции тех или иных регулирующих и управляющих устройств, исследуются методы такого использования информации, которые обеспечивали бы наилучшие способы регулирования и управления, включая самонастройку и самоуправление установок. К этому разделу примыкает пятый раздел кибернетики электрических систем, посвященный взаимодействию человека и автомата на разных стадиях автоматизации системы.