Ключевые  слова:  модель,  энергосистема,  оперативная  работа,          тренажер, интерфейс, педагогическая технология, студенты ВУЗов.

1.     Актуальность. В современной промышленности чрезвычайно актуально описание объектов (техники и технологии) электроэнергетической системы, предназначенное для построения различных моделей процесса производства, передачи и потребления электрической энергии и мощности, её управления, соответствующие цены, с подготовкой с учётом понятия «педагогическая технология»[1]: знание, понимание, применение, анализ, синтез, ошибки, оценки.

Модель какого-либо изделия может существовать на всех этапах её жизненных циклов и в объёме данной работы, например: 1-модель режимов работы электрических сетей; 2- модель жёсткости климата; 3- векторная модель тренажера оперативного персонала энергосистемы с разработкой интерфейса для студентов – энергетиков ВУЗов;; 4-модель оплаты за электроэнергию в виде распределённого лага и др.

2.    Из истории: «Новое - это хорошо забытое старое». Поспелов Д.А [2]      сообщает, что в  газете «Русские ведомости» 16 апреля 1914 г была опубликована заметка «Мыслительная машина». В ней говорилось, что « В субботу, 19 апреля в большой аудитории Политехнического музея состоится публичная лекция проф. А.Н. Шукарева на тему «Познание и мышление». Во время лекции будет демонстрироваться мыслительная машина, аппарат, который позволяет воспроизводить механический процесс человеческой мысли,(выделено нами -В.Ф.).  Машина была впервые построена    математиком Джевонсом и усовершенствована автором лекции». Таким образом, механический процесс является моделью человеческой мысли.

3. Цели работы

3.1.    Объект.     Исследование моделей     в энергетике, с учётом как этап (фрагмент) «педагогической технологии» и интерфейс модели тренажёра. Веников В.А [3] вводит термин «моделировано»: «§ В.1. Общие положения. Место курса и образование инженера. Теория подобия и моделирования.(с. 3)» и приводит также связку  «Подобие и моделирование, которая облегчает единое описание процессов в самых различных сферах природы (с. 8.)».

3.2. Предмет. В работе В.А. Веникова [3] конкретизируется 19 видов –методов моделирования и подобия (с. 31. ), которые могут быть «полное - c учётом пространства и времени», «неполное- с учётом частичного пространства и полного времени или полного пространства и частичного времени или частичного пространства и частичного времени». В данное работе для энергетики применяется полное моделирование с учётом пространства и времени.

Уточним: «Электронная модель изделия [4]- модель (изделия): Сущность, воспроизводящая свойства реального изделия».

Зотов А.Ф [5] пишет, что «Количественные измерения напряжения, сопротивления. силы тока должны были предшествовать качественной модели процессов электромагнетизма» (с. 135) и «Информационные модели науки могут быть представлены, как своеобразная машина по переработке информации (с 5.)».

Еще одно чрезвычайно важное положение ПТЭ в этом же направлении - в энергетике одновременно существуют две категории управления- оперативное управление и оперативное ведение. Один и тот же персонал объекта энергетики (подстанция или линия электропередачи ) может управлять двумя самостоятельными  объектам и/ или реализовывать ведение вышестоящей (нижестоящей) организацией.

Расчётная модель электроснабжения -[6] построение математической модели процесса производства, передачи и потребления электрической энергии и мощности, с помощью которой рассчитываются реализуемые в электроэнергетической системе объёмы производства и потребления электрической энергии и мощности.

3.3.    Герасименко А.А., Федин В. Т. [7] рассматривают модели электрических сетей и режимов их работы в следующем виде: моделирование и анализ режимов линий всех классов номинальных напряжений и моделирование изменения электрических нагрузок и учёта электропотребления. В отличие от других элементов электропередач и электроэнергетических систем ЛЭП представляет собой элемент с равномерно рассредоточенными (распределёнными) параметрами: продольными сопротивлениями, поперечными проводимостями. Эта особенность проявляется тем заметнее, чем более протяжённой является линия. Представлено обоснование учёта распределённости параметров, установление, снижение методической погрешности моделирования в рассматриваемых задачах расчёта и анализа рабочих режимов протяжённых (дальних) линий электропередачи

Расчётные модели изменения электрических нагрузок представляются от :напряжения, частоты , времени. Наряду со статическими характеристиками нагрузки по напряжению и частоте при решении ряда задач функционирования и развития электрических сетей необходим учёт всего многообразия их режимов (многорежимности), его интегральных характеристик за рассматриваемый промежуток времени (потребление, потери электроэнергии), отражающих экономичность электрического состояния сети. Предлагается графическое аналитическое отображение электропотребления и ряд инженерных методов вычисления потерь электроэнергии.

3.4.   Башлыков [8]:     Модели (виды): управляющей и управляемой систем, оперативного мышления и оперативной ситуации, процессов выработки и принятия решений в энергетике и другие.

4. Оперативное управление.

4.1.     Выбор вопросов. Для решения различных проблем оперативного управления П. Уайт [9.] рекомендует применять метод Пабла (логический анализ проблем), в котором решение может быть рассмотрено в 6 аспектах (сторонах), в каждом из которых содержится по 4 вопроса- в таблице 1. Для решения этих вопросов оперативному персоналу необходимо подготовить техническую документацию для своего рабочего места и по возможности использовать тренажер с рабочим интерфейсом на существующих в энергосистемах компьютерах.

Таблица 1. Таблица аспектов и вопросов по методу Пабла [ 9 ].

 

N	Аспекты, точка зрения	Вопросы
1	Результат	Что должно быть сделано?
		Почему это должно быть сделано?
		Что еще может быть сделано?
		Что следовало бы сделать?

2	Место	Где это должно быть сделано?
		Почему это должно быть сделано здесь?
		Где ещё это может быть сделано?
		Где это следовало бы сделать?
3	Время	Когда это должно быть сделано?
		Почему это должно быть сделано в это время?
		Когда это может быть сделано?
		Когда это следовало сделать?
4	Ресурсы	Какие ресурсы необходимы для этого?
		Почему требуются эти ресурсы для этого?
		Какие ещё ресурсы могут быть использованы для этого?
		Какие ресурсы следовало бы использовать для этого?
5	Метод	Как это следует сделать?
		Почему это должно быть сделано именно так?
		Как это можно сделать иначе?
		Как это следовало бы сделать
6	Обоснование	Почему мы это делаем?
7	Назначение, причины, последствия	Почему это следовало бы сделать?

 

Общие требования к техническим документам энергетики можно принять по работе Данцева А.А и Нефедовой Н.В. [10]: «уместность (соответствие теме и составу исполнителей; точность документа (ясное изложение, полнота изложение, знание отдельных слов); логичность изложения (без внутренних противоречий); чистота (отсутствие лишних слов)». Можно также добавить- аргументированность и полнота информации.

4.2.      Разработка интерфейса [11] тренажера оперативного персонала электрических сетей с номограммами для студентов ВУЗов

Общие положения. Энергетика       является настолько ёмкой составляющей фундаментальных и прикладных направлений в развитии и эксплуатации производства, что она охватывает и номографию. Имеется следующее определение номограммы[12]: -1- номогра́мма — графическое представление функции от нескольких переменных;- 2- номограмма- специальный чертеж, предназначенный для решения

определенного типа задач вычислительного характера;-3 номограмма состоит из набора шкал, по одному для каждой переменной в уравнении. Зная значения n -1 переменная, значение неизвестного определяются для интерфейса как рисунки, поясняющие физическую сущность процесса, параметры процесса, расчетные формулы и конкретная номограмма-график изменения параметров.

В данном случае для студентов-энергетиков ВУЗов: это шкала ветров, температур и допустимых нагрузок на провода. В оперативной работе возможно наличие проблемных ситуаций управления электрическими сетями в режиме реального времени и климата. Приведем для них пример применения тренажера оперативного персонала вычислительной техники :-1) - в части учёта изменений температуры воздуха и скорости ветра – изменение допустимой нагрузки на провода ЛЭП; -2) - выработка тепловой и электрической энергии может изменяться для различных потребителей в несколько раз; - 3)- сопротивление проводов ЛЭП сильно изменяется по величине фактических нагрузок, что требует их контроля по документу -РД 34. 20.547 [13], дальнейшей оценке потерь напряжения в сети и загрузки генерирующих мощностей. Потребление ЭЭ в 2008 г. в процентах приведено Антоновым Н.В. [14].

Таблица 2. Потребление ЭЭ по векторам направлений для учета влияния климата

 

Векторы	Влияние климата	Наименование	Проценты
1	Независимые	Добыча полезных ископаемых	11,0
		Обрабатывающие производства	33,1
1		Собственные нужды электростанций	6,6
1		Транспорт и связь	8,5
2	Зависимые	Потери в сетях	10,7
3		Население и прочие услуги	27.4
	Итого		100

4.3.       Модель жёсткости климата. В качестве обобщенной характеристикой климата может применяться понятие «жёсткости», в котором производится учёт одновременного действия температура воздуха скорости ветра, приведенного Степановым А.В., и др.[15]:

Жб=(1 – 0,04 Тн) (1+ 0,272V),                                                             (1)

где - Жб- жесткость климата в баллах;  Тн – температура воздуха а градусах Цельсия, °С и      V- скорость ветра, м/сек.

В качестве исходных данных для расчёта жесткости принимаем выписку из документа Минэнерго РФ

[13.], например, для провода А-25 с соответствующими шкалами по скорости ветра, температуру воздухи и допустимому току нагрузки в нижней строке

Прил 3 .Табл. 5 (выписка из [13])

 

Токовая нагрузка, А, при скорости ветра, м/с
0				2				4				6				8
Температура воздуха, °С
-20	0	20	40	-20	0	20	40	-20	0	20	40	-20	0	20	40	-20	0	20	40
210	185	160	130	230	210	190	160	270	250	215	185	300	275	240	200	320	290	255	210

 

Представим указанные сведения - параметры климата в диапазоне температур воздуха и скорости ветра принятыми документе Минэнерго[13] в виде матрицы с 5 столбцами - по скорости ветра и 4 строками по температуре воздуха. На пересечении соответствующих строк и столбцов по приведенной выше формуле (1)    определены значения жёсткости в баллах - таблице 1.

Таблица 1. Жёсткость климата, баллы.

 

Темп.возд.       0C	Скорость ветра м/сек.
	0	2	4	6	8
-20	1,8	2,779	3,758	4,738	5,717
0	1	1,544	2,088	2,632	3,176
20	0,2	0,309	0,418	0,526	0,635
40	-0,6	-0,926	-1,253	-1,579	-1,91

 

Крайние значения жёсткости климата, по табл. 1 составляют – 1,91 < Ж <5,17 баллов. Единица жёсткости -1 балл - соответствует температуре воздуха - 0 гр. Цельсия и скорости ветра- 0 м/сек. Расчётные значения жёсткости климата- (ЖКб)  и допускаемой электрической нагрузки I доп.  а представлены  в таблице 2.

Таблица 2

 

N	1	2	3	4	≈	≈	17	18	19	20
ЖК, б	5,72	4.74	3,18	2,73	≈	≈	-1,25	-0,93	-0,92	-0,60
I доп, а	320	300	290	275	≈	≈	185	160	160	130

 

4.4.     Номограмма жесткости климата. Коэффициент корреляции между этими двумя рядами составляет 0,82 и рассчитанные показатели жёсткости, могут быть применены для дальнейших по оси У- значения жёсткости.

Уравнение полученной зависимости можно представить в виде

Жб= А-bn,                                                               (2)

где А=5,717       и b= 0,433.

Номограмму жёсткости климата(НЖК). графически можно представить на рис.  2 в  обозначениях- скорости ветра по оси X, температуры воздуха -оси Y и жесткость по оси Z .

Рис. 1. Значения показателей жёсткости, рассчитанные в границах температуры воздуха, скорости для направления ветра вдоль проводов по РД 34. 20.547 [12].

 

4.4.       Вариант    интерфейса    с расположением номограммы жёсткости климата    на мониторе оперативного управления в энергосистеме показан в работе Фролова В.А [16].

В оперативной работе энергетики сталкиваются с различными ситуациями: номограммы расчётных величин на экране компьютера в реальном времени параметры режимов (нормальных, ремонтных и аварийных.     На рис. 4 представлен интерфейс монитора для оперативного управления в энергосистеме. В том числе: ЖК-1-номограмма исходных данных для определения жёсткости климата; ЖК-2 – вектор показателя жёсткости для номограмм ведения режима источников энергии; ЖК-3 вектор номограмма учёта жёсткости климата на линиях электропередач; ЖК-4- вектор номограмма исходных данных для определении влияния климата по потребителей ЭЭ и управляемая таблица «Контроль ЛЭП». Курсор-движок номограммы жёсткости климата может быть подвижной по экрану монитора с её движением по любому из трёх векторов энергетических номограмм для реализации конкретной проблемы. Для этого представлена штриховая линия для перемещения вдоль неё номограммы МК-1,на штриховой линии расположен движок- в виде круга и курсор, приводимые в движение электронной мышкой

Башлыков А.А. утверждает [8, с. 20], что в направлении « распределении принятия решений человеком задач управления с помощью рекомендаций ЭВМ в диалоге человек и ЭВМ решение принимает человек», т.е. не просто обслуживание системы, но и принятие решение остается за человеком.

1.     Модели ЛАГ( модель с распределённым лагом – это модель временного ряда, в которой в уравнение регрессии включено как текущее значение объясняющей переменной, так и значения этой переменной в предыдущих периодах) в реализации энергии. Реализация ЭЭ определяется с учётом возникновения оплаты за потреблённую энергию. Имеется несколько моделей оплаты за потреблённую энергию -- Фролов В.А [17]:

1-    оплата крупными потребителями за представление счетов 2-3 раза в месяц;

2-     оплата средними предприятиями со сдвигом оплаты на 1-2 дня. 3- оплата средними предприятиями со сдвигом оплаты на 10-15 дней; 4-оплата населением круглогодично поровну за каждый месяц; 5-оплата коммунально-бытовыми организациями со сдвигом на 3 месяца за каждый квартал или в начале квартала; 6-оплата авансом, например, по реализации прошлого года и т.д. С учетом современного рынка и динамики тарифов виды оплаты могут сильно изменятся.. Описанные модели оплаты позволяют в общем виде выразить реализацию ЭЭ за любой месяц отдельно в виде выражения распределённого лага:

k     l

Wф[J]=∑ ∑ hi( τ)                                                             (3)

1     1

(τ)= { Wo[J]* (t- τ) - Wo[J]* (i-1)* τ}                                           (4)

где Wф[J] и Wo[J] – фактическое и отчётное потребление ЭЭ за j месяц;

j- номер месяца,k-число групп потребителей с разным сдвигом. τ- величина сдвига, ( τ)- коэффициент лага, t- продолжительность месяца, l- число ступеней коэффициентов лага.

2. Рекомендация

Продолжить работу в части дополнительного учёта фактора жёсткости климата с периодическим автоматизированным контролем колебания температуры времени и скорости ветра в заданном диапазоне в оперативной работе энергетика.

Выводы

1. Рассмотрены различные виды моделей в энергетике - технических, технологических и финансовой.

2.    В настоящее время номограммы могут играть значительную роль при оперативной работе, с динамикой процессов в энергетике в административных и технологических границах, с разработкой и использованию векторных моделей, работы с интерфейсов персональных компьютеров студентами ВУЗов.

3.   В качестве частного случая - определены значения шкалы жёсткости климата и приведен расчёта его значений и виде номограммы с исходными данными, для достоверности принятыми из документов Минэнерго РФ

4. В качестве векторной модели принимается в работу «курсор -движок» и штриховая линия в интерфейсе с управлением «мышкой» по направлениям векторов-1 выработки электроэнергии,-2 её передачи и 3- потребления с дальнейшей проработкой более низкого уровня управления в энергетике и контроля загрузки ЛЭП.

5. Выполнена работа по анализу моделей экономических расчётов в энергетике.

6.   Данная работа в целом соответствует дисциплине «Основы инженерного творчества» и может быть дополнением к дипломному проекту по расчёту режимов работы электрических сетей ВН в части модели управления энергосистемой.

 

Список литературы

 

1.«Педагогическая технология» [1.http://cito-web.yspu.org/link1 /metod/met49/ node3. html] (http) в таксонометрии Б.Блуга.

2. Поспелов Д.А. Моделирование рассуждений.- «Радио и связь»- М.- 1989 . – 184 с 252 с.

3.   Веников В.А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики) Учеб. пособие для вузов. Изд. 2-е. доп. и перераб.- М. «Высшая школа», 1975. – 479 с.

4.   ЕСКД Электронная модель изделия. Общие положения ГОСТ 2.052-2015. Группа Т52.

5. Зотов А.Ф. Структура научного мышления – кМ. Политиздат 1973.- 182 с.

6.    Постановление Правительства РФ № 1172 от 27.12.2010 г. "Об утверждении Правил оптового рынка электрической энергии и мощности [http://base.garant.ru/12184415].

7.     Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии. Учебное пособие. Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2008. - 720 с. (Серия «Высшее образование») ].

8. Башлыков А.А. Проектирование систем принятия решений в энергетике. –М.: Энергоатомиздат.1986. – 120 с.

9.   П.Уайт. Управление исследованиями и разработками: Сокр. Пер. с англ./Под ред. Б.Н.Бобрышева.–М. Экономика, 1982 г. –160 с.

10.    Данцев А.А., Нефедова Н.В. Русский язык и культура речи для технических вузов. Серия «Высшее образование» -Ростов н/Д. –«Феникс», 2004. – 320 с

11. Интерфе́йс по́ льзователя https://ru.wikipedia.org/wiki/

12. Номограмма ...[ ru.qwe.wiki › wiki › Nomogram]

13. Методика расчета предельных токовых нагрузок по условиям нагрева проводов для действующих линий электропередач. РД 34. 20.547 (МТ 34-70-037-87) СПО Союзтехэнерго. – Москва, – 1987.

14.    Антонов Н. В.,. Татевосова Л. И . Электропотребление России в 2008 году: вхождение в кризис. Электрика. – 2010. – № 5.– С. 3–12.

15.     Степанов А.В., Игнатьев В.С. Жесткость климата и надежность систем теплоснабжения. Институт физико-технич. проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, Якутск(Известия Самарского научн. центра РАН, том 14, №4(5), 2012,. 1302 с.

16.      Фролов В.А. Номограммы для оперативного персонала электрических сетей/ Развитие технических наук в современном мире //Сборник научных трудов по итогам международной НПК. - г. Воронеж, 2015 с.27–31.

17.      В.А. Фролов Моделирование динамики месячных реализации электроэнергии с учетом распределенного лага. /В.А. Фролов. Рук. Деп. в Информэнерго № 3108-н-89. – 34 с.