Общая характеристика свойств и тенденций в развитии крупных систем энергетики
Рассматривая энергосистему с точки зрения обеспечения хозяйства страны всеми видами энергии, иногда вводят весьма близкое к понятию энергосистема понятие «энергетическое хозяйство», под которым понимают комплекс взаимосвязанных подсистем, содержащих энергетические объекты и объединенных для обеспечения потребителей всеми видами энергии. В некотором смысле термин «энергетическое хозяйство» может считаться адекватным термину «топливно-энергетический комплекс».
В энергосистеме должен существовать энергетический баланс, который является статической характеристикой энергетического хозяйства, основные элементы и связи которого составляют энергосистемы.
Основная специфика свойств энергосистемы проявляется в следующем:
- совокупность больших систем энергетики существует как единое материальное целое, причем целостность их обусловлена внутренними связями и взаимозаменяемостью продукции, подсистем и отдельных элементов;
- универсальность и большая хозяйственная значимость производимой энергосистемой продукции, особенно электроэнергии и жидкого топлива, и следовательно, многочисленность внешних связей системы;
- активное влияние энергосистем на развитие и размещение производств как на территории отдельного района, так и страны в целом;
- неразрывность во времени большинства процессов производства и потребления энергии, и следовательно, органичное включение потребителей энергии и топлива в структуру системы: особая важность управления режимами систем и оперативным топливоснабжением для обеспечения бесперебойной подачи энергии потребителю;
- невозможность изолированного выбора производительности и параметров отдельных элементов и связей вне их предполагаемого использования в системе; отсюда особая важность перспективного проектирования больших систем энергетики как единого целого;
- сложность структуры энергосистем, обусловленная тем, что энергосистемы формируются как единые системы страны и даже группы смежных стран.
Характерная особенность энергосистем заключается в том, что их физико-технические и экономические свойства тесно связаны между собой; например, усовершенствование энергетического оборудования в направлении повышения его кпд или улучшения его эксплуатационных характеристик приводит в конечном счете к снижению себестоимости вырабатываемой энергии.
Свойство недостаточной определенности оптимальных решений в системах энергетики
Свойство недостаточной определенности оптимальных решений о развитии систем теплоснабжения обусловлено неполнотой информации о состояниях системы (например, о перспективных тепловых нагрузках). Отсюда следует невозможность определения однозначных решений на перспективу по оптимальному развитию и функционированию систем теплоснабжения, растущая с удаленностью рассматриваемой перспективы. Недостаточная определенность принимаемых оптимальных решений о движении открытой производственной системы логически вытекает из неполноты информации о ее движении у органов управления. При этом неполнота информации есть результат постоянного изменения условий, в которых происходит движение систем ТЭК как открытых (и соответственно неопределенности развития), а также недостаточности знаний о появлении этих условий и в целом о будущем состоянии системы.
В общем случае недостаточная определенность знаний о будущем состоянии систем ТЭК является следствием сложности их внутренней структуры и наличия совокупности многих факторов, особенно внешних, переменно во времени влияющих на их развитие. Учет свойства недостаточной определенности оптимальных решений о систем ТЭК важен потому, что определяет невозможность нахождения строго однозначных оптимальных решений об их будущем состоянии, и тем в большей мере, чем удаленнее от нас это будущее.
Математические модели оптимального управления системами энергетики
Оптимальное управление — это задача проектирования системы, обеспечивающей для заданного объекта управления или процесса закон управления или управляющую последовательность воздействий, обеспечивающих максимум или минимум заданной совокупности критериев качества системы
Задача оптимального управления включает в себя расчет оптимальной программы управления и синтез системы оптимального управления. Оптимальные программы управления, как правило, рассчитываются численными методами нахождения экстремума функционала или решения краевой задачи для системы дифференциальных уравнений. Синтез систем оптимального управления с математической точки зрения представляет собой задачу нелинейного программирования в функциональных пространствах.
Для решения задачи определения программы оптимального управления строится математическая модель управляемого объекта или процесса, описывающая его поведение с течением времени под влиянием управляющих воздействий и собственного текущего состояния.
Если математическая модель управляемого объекта или процесса заранее неизвестна, то для её определения необходимо провести процедуру идентификации управляемого объекта или процесса
Математическая модель для задачи оптимального управления включает в себя: формулировку цели управления, выраженную через критерий качества управления; определение дифференциальных или разностных уравнений, описывающих возможные способы движения объекта управления; определение ограничений на используемые ресурсы в виде уравнений или неравенств.