СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГЕНЕРИРУЮЩИМИ МОЩНОСТЯМИ

Полезная модель относится к системам управления и может применяться, в частности, в электроэнергетике для обеспечения минимально необходимого долгосрочного уровня технологической производительности компании.
Известна система управления мощностями (см. ЕР 1720125, Пауэр Менеджмент Лтд., G06Q 30/00, опубл. 08.11.2006), содержащая, по крайней мере, один источник данных о генерирующих мощностях, блок анализа состояния генерирующих мощностей, канал связи для передачи данных от источника данных на блок анализа состояния мощностей, причем последний выполнен с возможностью генерации отчетов о текущем состоянии генерирующих мощностей. К недостаткам известного решения следует отнести то, что указанная система позволяет лишь производить мониторинг текущего состояния используемых мощностей, а возможность прогнозирования и планирования минимально необходимого размера мощностей в ней не предусмотрена. Это в свою очередь не позволяет использовать полученные при помощи известной системы результаты при планировании производства электроэнергии и расчете эффективности инвестиционных проектов, связанных с управлением мощностями.
Целью настоящей полезной модели является создание системы управления мощностями, в частности, производственными мощностями, генерирующими электроэнергию, которая характеризовалась бы более широкими функциональными возможностями по сравнению с известным аналогом.
Указанная цель достигается в системе управления мощностями, которая содержит блок динамического моделирования работоспособности энергоблоков и связанный с ним в двустороннем режиме управляющий блок, причем первый вход блока динамического моделирования связан с выходом системы энергоблоков, второй вход блока динамического моделирования связан с выходом блока хранения данных о генерирующих мощностях, а управляющий блок имеет возможность передачи данных для управления мощностями на систему энергоблоков.
Предлагаемая структура системы позволяет осуществлять не только текущий мониторинг генерирующих мощностей, но также на основе текущего состояния энергоблоков, заложенных нормативов, планируемых работ по вводу-выводу мощностей,
изменению уровня износа и других внешних условий и ограничений моделировать состояние (размеры) мощностей в будущем и получать оценочные данные, которые далее могут быть использованы, в частности, для оценки эффективности инвестиционных проектов, прогнозирования технологической эффективности предприятия. Ключевым элементом структуры системы является наличие обратной связи между управляющим блоком и блоком динамического моделирования, что позволяет решать в системе различные оптимизационные задачи, производя при необходимости корректировку указанных внешних условий, ограничений. Наличие связей между блоком моделирования и системой энергоблоков, а также блоком хранения данных позволяет вводить в блок моделирования различные виды данных, влияющих на текущее и будущее функционирование мощностей. Связь управляющего блока с системой энергоблоков обеспечивает передачу итоговых результатов моделирования для дальнейшего использования в управлении и планировании работ в системе энергоблоков.
Предпочтительно, второй выход системы энергоблоков связан с входом блока хранения данных о генерирующих мощностях, третий выход системы энергоблоков связан со входом в блок внешних систем управления, выходы которого связаны с блоком динамического моделирования и управляющим блоком. Связь блока моделирования и управляющего блока с внешними системами управления позволяет решать задачу оптимизации генерирующих мощностей с дополнительными условиями, относящимися к финансовой или административной деятельности предприятия, что наряду с расширением функциональных возможностей системы повышает в конечном итоге эффективность управления предприятием в целом.
i
Предпочтительно, блок динамического моделирования выполнен с возможностью формирования функции максимально-возможной выработки во времени , где f(t) - функция максимально-возможной выработки по i-му энергоблоку и передачи полученных значений функции в управляющий блок.
i
i
Предпочтительно управляющий блок выполнен с возможностью передачи полученных значений f(t) на систему энергоблоков для корректировки максимальной выработки по каждому i-му блоку в пределах значений f(t).
Полезная модель поясняется далее более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена принципиальная схема реализации полезной модели.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - блок динамического моделирования работоспособности энергоблоков, 2 - управляющий блок, 3 - блок хранения данных о генерирующих мощностях, 4 - система энергоблоков, 5 - блок внешних системы управления.
В случае реализации, показанном на чертеже, первый вход в блок динамического моделирования работоспособности энергоблоков 1 связан с выходом из системы энергоблоков 4, второй вход в блок 1 связан с выходом блока хранения данных 3, третий вход в блок 1 связан с первым выходом блока управления 2, первый вход в который связан с выходом из блока моделирования 1. При этом второй выход из блока управления 2 связан со входом в систему энергоблоков 4, которая помимо связанного с блоком 1 выхода может иметь также второй выход, связанный со входом в блок 3 хранения данных и третий выход, связанный со входом в блок внешних систем управления 5. Блок внешних систем 5 может быть также связан своим первым выходом с блоком динамического моделирования 1, а вторым - с управляющим блоком 2. Следует отметить, что здесь и далее под связью между блоками понимается возможность передавать посредством указанной связи данные от одного блока к другому, связанному с ним, напрямую либо через какое-то промежуточное звено. Все связи между блоками могут быть реализованы на практике посредством каналов связи известного типа, уместных в том или ином конкретном варианте осуществления полезной модели, включая каналы проводной, беспроводной и/или радиосвязи с использованием любых уместных протоколов, известных из уровня техники (например, TCP/IP и пр.).
i
В предпочтительных случаях осуществления полезной модели первый вход в блок 1 моделирования предназначен для ввода информации о текущих характеристиках мощностей, второй вход в блок 1 предназначен для ввода необходимых данных из нормативной и регламентирующей документации, планах ввода-вывода, исторической информации о мощностях, удельный расход топлива. С блока 5 внешних систем управления на блок 1 моделирования могут передаваться условия и ограничения, накладываемые оптимальными решениями, полученными в указанных внешних системах (например, планы ремонтов, способных изменить мощности, показатели процессов, оценки талантов и компетенции т.п.). С блока управления 2 на блок моделирования 1 могут передаваться условия и ограничения моделирования, а также данные о возможных управленческих решениях (инвестиционных проектах, касающихся мощностей). Блок 1 моделирования на основании все полученной информации производит моделирование работоспособности энергоблоков с формированием функцию максимально-возможной выработки во времени , где f(t) - функция
максимально-возможной выработки по i-му энергоблоку. Численные значения полученной функции далее предпочтительно передаются на управляющий блок 2, который в свою очередь, учитывая информацию, полученную от системы моделей управления, как то требуемый размер мощностей, оценка прибыли на единицу мощности, плановые параметры ключевых показателей результативности и т.д., либо производит изменение некоторых условий и ограничений, что может послужить организацией нового цикла моделирования, либо формирует итоговый пакет данных, включающий как указанные значения функции выработки, так и иную информацию (например, расход топлива, инвестиционная эффективность и прочие функции в зависимости от времени). Сформированный пакет данных передается далее с блока управления 2 на систему энергоблоков 4, где может быть использован как в текущих целях, так и при планировании производства. Кроме того, по крайней мере часть данных может передаваться на блок внешних систем управления 5 для их использования в решении иных оптимизационных задач (например, разработке планов ремонта, набора и/или повышения квалификации персонала, расчету финансовых или энергетических потоков и т.п.), а часть - в блок хранения данных о мощностях 3.
На практике система энергоблоков 4 может представлять собой расположенный на территории электростанции комплекс энергоблоков, каждый из которых функционирует на характерном для данной станции виде топлива (газ, мазут, ядерное топливо и т.п.). В состав системы 4 может также входить одно или несколько традиционных устройств контроля работы энергоблоков, которые могут помимо прочего включают в себя сервер контроля, к которому посредством кабельной или радиочастотной связи обеспечен доступ оператора. На указанном сервере может быть установлено известное программное обеспечение, позволяющее собирать и анализировать данные о текущем состоянии и производительности энергоблоков. Текущее состояние энергоблоков может определяться, в частности, процентом износа энергоблоков, величиной производимой мощности в кВт и т.п.
Блок хранения данных о мощностях 3 может быть расположен там же, на территории электростанции и представлять собой отдельный сервер для хранения данных (снабженный любой известной СУБД), связанный каналами связи с сервером контроля, либо как вариант располагаться на вышеуказанном сервере контроля (на одном из его дисков). С сервера контроля на блок хранения данных 3 (соответственно, в отдельный сервер хранения данных либо на физический или логический диск на сервере контроля) передаются данные о текущем состоянии и производительности энергоблоков, где они сохраняются в архив, в результате чего в блоке хранения данных 3 постепенно накапливается массив исторической информации о состоянии мощностей, расходах топлива и проч. Кроме того, в блоке хранения данных 3 может содержаться информация о планах (сроках и объемах) проведения
регламентных работ, связанных с выводом мощностей из процесса производства, сроки введения в действие новых мощностей, регулирующая и нормативная информация, накладывающая, например, ограничения на производительность мощностей, расход топлива и проч.
Посредством каналов связи (например, посредством виртуальной частной сети VPN) сервер контроля энергоблоков и блок хранения данных 3 связаны с аппаратным комплексом управляющей компании, который географически может быть значительно удален от электростанции.
Указанный аппаратный комплекс может включать в себя сервер корпоративной информационной базы данных (БД) и архивирования, серверы внешних систем управления, составляющих в совокупности блок внешних систем управления 5, а также сервер управления мощностями, на котором на логическом или физическом диске размещен по крайней мере блок 1 моделирования. Управляющий блок 2 может содержаться как на логическом или физическом диске сервера управления, так и на отдельном сервере, входящем в аппаратный комплекс управляющей компании.
Сервер корпоративной БД является связующим звеном, посредством которого блок хранения данных 3 и система энергоблоков (через сервер контроля) связаны с блоками моделирования 1 и управления 2, а также блоком внешних систем управления (СУ) 5. Посредством структурированной кабельной сети все элементы аппаратного комплекса управляющей компании связаны между собой, предпочтительно следующим образом: сервер корпоративной БД связан в двустороннем режиме (т.е. с возможностью как отправки, так и получения данных) с сервером управления мощностями, а также связан с серверами внешних СУ (блока 5) с возможностью передачи на них данных, и при этом указанные серверы блока 5 связаны с сервером управления мощностями (а при наличии дополнительного сервера для управляющего блока - и с этим сервером) с возможностью передачи на этот сервер (серверы) данных внешних СУ.
В рамках настоящее полезной модели в качестве внешних СУ могут использоваться, например, система управления финансовыми потоками (предназначенная для оптимизации этих потоков в рамках предприятия), энергетическими потоками (для оптимизации процессов покупки-продажи электроэнергии на рынке), система управления талантами и компетенциями (оптимизирующая использование человеческих ресурсов на предприятии), система управления надежностью (оптимизация регламентных работ, строительства новых энергоблоков и электростанций), а также системы оптимизации прочих показателей, оказывающих влияние на работу предприятия.
Система может работать следующим образом.
Данные о текущем состоянии генерирующих мощностей (например, значения производимой мощности по каждому энергоблоку) фиксируются устройствами контроля работы энергоблоков и передаются далее на сервер контроля, откуда далее записываются в соответствующий массив в блоке хранения данных 3. В результате такой записи в блоке хранения 3 образуется массив значений производимой мощности в разные периоды времени (т.е. зависимость производимой мощности от времени). Кроме того, в блоке хранения данных могут быть зафиксированы максимальные значения мощности для каждого из энергоблоков станции, уровень износа (может быть подсчитан, например, по амортизации) сроки проведения регламентных работ, работ по подключению новых энергоблоков, увеличению.
При запуске блока 1 моделирования работоспособности энергоблоков либо циклично через определенный промежуток времени текущие показатели мощности и указанные архивные и нормативные данные запрашиваются сервером корпоративной БД на сервере контроля и блоке хранения данных 3, соответственно. После получения этих данных на сервере корпоративной БД они передаются на сервер управления мощностями и вводятся в качестве исходных данных для моделирования работы энергоблоков в блоке 1.
Целевой функцией, оптимизируемой в блоке моделирования 1, является зависимость максимально-возможной выработки (например, в кВт) от времени, численно определенная для текущего и спрогнозированная для будущих периодов (т.е. охватывающая текущий период расчета, а также заданные периоды времени в прошлом и будущем). Оптимизация производится в зависимости от условий, наложенных известными физическими ограничениями производства (заложены в основном в блоке хранения данных 3), а также планируемыми показателями движения финансовых и энергетических потоков, прогнозируемой динамикой компетентности сотрудников, планами ремонта и иными показателями деятельности компании. Часть этих ограничений (например, желаемые показатели прибыли или объема продаж электроэнергии) может задаваться вручную оператором системы управления мощностями, и вводиться в управляющий блок 2 с последующей передачей ограничений в блок 1.
i
В блоке 1 на основании архивных и текущих показателей мощности известными числовыми методами (методом интерполяции) может быть построена зависимость вырабатываемой мощности от времени с поправкой на амортизацию (может быть использована в частности линейная регрессионная функция, коэффициенты которой оцениваются по фактическим данным численно). Далее на базе полученной зависимости может производиться экстраполяция значений максимальной выработки в будущие периоды f(t) с возможными поправками полученной зависимости вырабатываемой мощности от
i
i
времени на величину мощности, выводимой в определенные периоды из оборота для ремонта (передается из блока 5 внешних систем), а также исходя из инвестиционных планов по вводу новых мощностей в строй (величина вводимой мощности может варьироваться оператором через управляющий блок 2). Полученные значения f(t) для каждого i-го энергоблока передаются далее из блока моделирования 1 в управляющий блок 2, в котором производится проверка соответствия полученных значений мощности по каждому энергоблоку f(t) и всех энергоблоков в целом  ожидаемым значениям дохода от реализации электроэнергии (определяется путем умножения значения выработки на текущие или прогнозируемые цены на произведенный кВт), ожидаемой в этом случае рентабельности производства (вычислением отношения доходов к расходам), иным желаемым показателям (например, требуемому размеру мощностей исходя из требуемого объема продаж электроэнергии и т.п.).
i
i
В случае соответствия указанных показателей ожидаемым величинам полученные значения f(t) максимальной выработки для каждого блока, а также иные данные (например, прогнозируемые расходы топлива, исходя из полученной оценки выработки) передаются через сервер корпоративной БД на вход системы энергоблоков 4 (на сервер управления) и производственный процесс на станции в дальнейшем корректируется в рамках полученных значений f(t). Кроме того, полученные оценочные значения мощности и величина суммарной выработки  могут передаваться на блок внешних систем управления 5 для их использования при решении внешних задач управления надежностью, компетенциями, финансовыми и энергетическими потоками и т.д.
В случае, если полученные оценочные показатели максимальной мощности по каждому из блоков и всей станции в целом не удовлетворительны, моделирование может быть произведено снова (по команде управляющего блока 2, передаваемой на блок 1). При этом могут быть изменены как ограничения, накладываемые объемом вновь вводимых, выводимых из оборота мощностей и т.п., так и сама модель (например, вместо линейной регрессии может быть использована нелинейная модель, либо изменен порядок регрессии). В результате нескольких итераций моделирования может быть выбрано оптимальное решение, устраивающее аналитиков по всем или большинству заданных критериев.
В заключение следует отметить, что вышеприведенное описание конкретных случаев реализации полезной модели не является исчерпывающим и не может таким образом рассматриваться, как ограничивающее объем испрашиваемой правовой охраны каким либо образом. Ясно, что вместо указанных параметров, вида и типа передаваемой информации в
отдельных случаях реализации могут быть использованы и иные параметры, виды и типы информации. При этом такие примеры не будут выходить за рамки существа полезной модели, которое определяется не передаваемой информацией между блоками, а именно компоновкой системы управления мощностями в том виде, как это изложено в прилагаемой формуле полезной модели.