Анализ живучести производственных систем в задачах электроснабжения

Необходимость оценки живучести производственных систем связана с возникновением тяжёлых аварий в ЭЭС, когда требуется обеспечить питание электроприёмников потребителей, не допускающих перерыва электроснабжения, сохранив по возможности запланированный объём выпуска продукции. За счёт структурной и (или) временной избыточности большинство потребителей может повысить эффективность функционирования в условиях, даже резко отличающихся от нормальных, обеспечив естественное увеличение надежности и живучести своих производственных систем. Эти условия могут возникать при различных обстоятельствах, и последствия их трудно предсказуемы как по интенсивности, месту и времени возникновения, так и по длительности протекания.

Для оценки живучести необходим анализ поведения последствий взаимодействия двух систем: электроэнергетической системы Э и производственной системы Я при возникновении аварийных ситуаций в системе Э. При этом требуется оценивать влияние намечаемых переключений, режимов текущей эксплуатации и уставок РЗА в системе Э и вырабатывать оптимальную стратегию управления системой Я, с одной стороны, и учитывать возможности П в формировании условий эффективного функционирования Э — с другой. С чисто формальных позиций система Э по отношению к Я является средой, которая оказывает непреднамеренное, мешающее воздействие на систему Я.

Согласно классической схеме анализа живучести для производственных систем можно было бы предложить подход, заключающийся в определении возможных ситуаций отключения потребителей и расчёте их последствий, построении дерева целей и оценке вероятностей конечных состояний, связанных с потерей живучести. Но в связи с большим количеством возможных состояний системы Я применить к ней классическую схему анализа живучести не представляется возможным.

Для анализа живучести производственной системы пространство состояний ее работоспособности может быть разбито на подпространства, соответствующие заданным уровням качества функционирования Я в терминах особенностей технологии производственного процесса и его параметров. Тогда живучесть может характеризоваться показателем типа вероятности попадания производственной системы в подпространство работоспособности, соответствующее заданному уровню качества функционирования Я: G = Р, (П).

Пространство состояний работоспособности большинства производственных систем состоит из следующих режимов: нормального; уменьшенной производительности; потребителя-регулятора; поддержания рабочих параметров (без выпуска продукции); связанного с переходом на выпуск другой продукции (с возможным изменением качества); безаварийной остановки производства. Однако задать или оценить вероятности попадания производственных систем в каждое из этих подпространств практически невозможно. Вместе с тем для каждого подпространства можно выделить группы объектов (потребителей, электроприёмников), работа которых обеспечивает тот или иной режим функционирования Я.

Области работоспособности могут быть построены как в пространстве технологических параметров Я, так и в пространстве начальных условий развития неблагоприятного воздействия, которым в нашем случае является величина отключаемой мощности.

В первом случае количественными оценками служат критические значения технологических параметров, соответствующие неработоспособности объекта.

Во втором — начальные значения неблагоприятных воздействий со стороны 3_t при которых уровень качества функционирования Я заметно снижается, если она переходит в область неработоспособности. Примеры таких показателей в первом случае — устойчивость, стабильность, уязвимость производства, а во втором — минимальная длительность Iq нарушения электроснабжения, приводящая к срыву производственного процесса, длительность нарушения электроснабжения /_э и глубина снижения нагрузки. Такая двойственность в выборе показателей живучести позволяет сформулировать требования к параметрам систем Э и Я и их структуре, а также выдвинуть требования для проектирования средств противодействия неблагоприятным воздействиям.

Функционирование систем Э и Я можно представить в зависимости от состояния связи, характеризующейся балансом между вырабатываемой (передаваемой) Э и потребляемой в Я мощностью. При такой постановке задачи целью Я функционирования системы Я является стремление достигнуть определенных, предпочтительных для неё состояний (режимов питания ответственных электроприёмников и максимальной возможности обеспечения планового выпуска продукции). Целесообразность структуры |Я| и целенаправленность поведения Я системы Я в таких условиях оценивается эффективностью, с которой система Я достигает цели. Следовательно, систему Я при фиксации её цели в условиях конкретного воздействия со стороны Э можно характеризовать двумя факторами:

Я = /([Я|, Я|. Однако инженерные методы отыскания оптимальных структур и поведения сложных систем до сих пор на разработаны ввиду сложности учёта и неопределенности условий, разнообразия и неустойчивости целей взаимодействующих систем, многочисленности и неопределенности действий, которые могут предпринять Эк П.

В ситуации, когда требуется снизить электропотребление, цель П можно расчленить на три взаимосвязанные подцели: Я = (/?, /, С), где R — вектор, определяющий надежность, устойчивость, стабильность, поражаемость, уязвимость производственного процесса; I — вектор, определяющий информированность энергетического и технологического персонала промышленного предприятия в сложившейся обстановке; С — вектор, характеризующий управляемость и самоорганизацию производственной системы.

Обеспечение основной Л-подцели системы Я достигается путем выделения жизненно важных для этой системы элементов П (Я), нарушение электроснабжения которых может привести к катастрофическим последствиям или полному срыву работы производства. Ценности их Q{ П (К)} могут определяться в относительных единицах, выбираемых как на основании данных исследования производства, так и на основе экспертных оценок в каждой конкретной производственной системе. В общем случае Q{ fI®} зависят от особенностей технологического процесса, длительности нарушения нормального режима электропотребления и количества (мощности) жизненно важных объектов производственной системы.

Следовательно, предельным показателем живучести производственной системы является величина электрической мощности N_mnt необходимая для обеспечения выполнения Л-подцели: V = N_min.

Предельный показатель живучести системы Я может быть оценен путем детального исследования аварийных ситуаций, возникающих в Э, и влияния их на безаварийную работу высокоответственных потребителей. Поэтому чрезвычайно важно еще на стадии проектирования СЭС промышленного предприятия знать таких потребителей и иметь представление о характере возможных аварий, при нарушениях их электроснабжения. Проведенный на ряде предприятий анализ показал, что область неблагоприятных, с точки зрения осуществления Rподцели, воздействий для системы Я является часто условной, размытой. Функционирование Я в экстремальных условиях зависит от многих непредвиденных факторов. Вследствие этого приходится ограничиваться осторожной оценкой этой области, заведомо расширяя ее за счет неопределенности. Минимальный уровень живучести производственной системы обеспечивается функционированием лишь жизненно важных ее элементов. Продукция при этом не выпускается, но сохраняется возможность относительно быстрого запуска производства после ликвидации аварийной ситуации и восстановления нормального режима электроснабжения.

Поскольку живучесть П характеризует сё способность противостоять различного рода возмущениям, в качестве её показателя предлагается использовать число (мощность) ее объектов, при отключении питания которых сохраняется некоторый уровень работоспособности по отношению к /1-подцели, пропорциональный в первом приближении величинеоставшейся в работе нагрузки при условии где.

Gr — относительный показатель живучести Я по отношению к /?-подцели;

Nx — относительная величина мощности, потребляемая Я в нормальном режиме;

No — относительная величина погашенной мощности в результате воздействия со стороны Э Nr — относительная величина мощности жизненно важных элементов.

Обеспечение условия Gr — max достигается выбором структуры и способов коммутации схемы электроснабжения //, режимов ее работы, выбором мест размещения и уставок аппаратуры РЗА.

Выполнение /-подцели заключается в возможности максимального информационного обеспечения технологического и энергетического персонала П как о заблаговременности, глубине, длительности и периодичности воздействий со стороны Э, так и о |/7| и П в момент изменения режима электропотребления.

Управляемость (выполнение С-цели) производственной системы зависит от количества и мощности «активных элементов*, отключением-включением которых осуществляется регулирование электропотребления при возникновении дефицитов мощности, с учетом возможной самоорганизации, особенно в условиях действующей АСУ энергетикой предприятия. Активными элементами могут быть периодически работающие электроприемники, сдвиг работы во времени которых не влияет на ход технологического процесса, специальные потребителирегуляторы и объекты, отключение которых сопровождается экономическим ущербом.

Условия выполнения /-подцели и одновременный анализ управляемости П позволяют установить параметры Л и П так, чтобы обеспечить максимальную эффективность функционирования П, увеличив тем самым показатель живучести, оцененный только на основании /t-подцели за счет рационального выбора объектов из No.

Поведение П производственной системы П имеет целью (С-подцелью) поддерживать ее бесперебойное функционирование, направленное на выполнение условий, выдвинутых системой Э. Поведение П (П) активно по отношению к своим рабочим (активным) элементам, но пассивно к величине воздействий со стороны Э.

Таким образом, можно ввести определение живучести производственной системы как свойство противостоять «вредным» воздействиям Э при помощи соответствующим образом организованной структуры и поведения П = (|/7|,/7).

Следует отметить, что «вредное» воздействие Э на Я может быть в той или иной степени нейтрализовано путем учета структурной или (и) временной избыточности как активных, так и защитных элементов Я.

Под защитными элементами здесь понимаются показатели, обеспечивающие выполнение С-подцели, а также технологические и энергетические диспетчеры, автоматика.

Для решения этой задачи принципиальным условием является использование текущей информации о ходе технологического процесса для реализации мероприятий, обеспечивающих уменьшение чувствительности Я к возмущающим воздействиям и изменениям параметров. Любая дополнительная текущая информация о воздействиях со стороны Э, структуре |Я] и параметрах Я позволяет улучшить ее системную организацию, повысить качество управления с одновременным увеличением живучести Я при одном и том же воздействии на нее со стороны Э. И обратно: при заданном показателе живучести может быть увеличено расчетное и фактическое воздействие со стороны Э на Я.