УДК 621.311:681.5

Теоретические основы создания систем управления в энергетике повышенной достоверности

Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

В настоящее время существует необходимость создания эффективных систем для управления, контроля, транспортировки и распределения электроэнергии. Одним из показателей эффективности функционирования систем управления в энергетике (СУЭ) является быстродействие, который трактуется как отношение длины передаваемого информационного сообщения  к номинальной скорости передачи сигналов по каналу связи между контролируемыми пунктами (КП) и пунктом управления (ПУ) .

Действительно, такой «показатель быстродействия» не учитывает:

- вероятность искажения данных на любом участке трассы доставки информации от источника приемнику, в том числе в канале связи;

- задержку между завершением первичной и началом повторной передачи сообщения при искажении ранее переданной информации;

- вероятность искажения данных при вводе информации от датчиков;

- задержки и искажения информации в любом модуле и устройстве, включенном в трассу доставки информации  источника в приемник.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Реальное быстродействие должно определяться задержкой между моментами  возникновения «события для передачи» и его фиксацией приемником [1].

Рассмотрим временные составляющие при передаче сигналов состояния оборудования электрической подстанции.

Время от фиксации изменения состояния контролируемых энергообъектов до опроса данных - T1 определяется как

  T1= n · Tд,  (1)

где n – число датчиков, tд – временная дискретность опроса датчиков.

Время сдвига между моментами ввода и передачи данных T2  может быть связано с задержкой, вызванной, например, ранее начатой передачей данных от данного или другого модуля. Сдвиг является вероятностной величиной, причем максимальное значение T2  равно длительности рабочего цикла (Трц) передачи информации при условии, что в очереди на передачу нет модулей с более приоритетными данными. Будем считать, что

  T2 = Трц · Коч,  (2)

где Коч – коэффициент, учитывающий вероятность наличия очереди на передачу данных,  0≥ Коч ≤ 1.

T3 – время задержки  готовности канала связи к передаче новой информации. Если, например, для синхронизации полудуплексного канала связи используются специальные посылки – “меандры” (01111110), то :

  T3 = Тм· Км,  (3)

где Тм – время передачи одного “меандра”; Км – коэффициент, учитывающий текущее состояние по передаче синхронизирующих посылок.

  Длительность рабочего цикла, т. е. время передачи одного сообщения по каналу связи T4  определяется, как:

  T4 = ,  (4)

где  N – число бит информационного сообщения, fтакт – тактовая частота передатчика, определяющая скорость передачи данных.

Вероятностное время ожидания опроса данных любого модуля - T5 можно определить из следующего соотношения:

  T5 = nмод· Tдискр · Кn,  (5)

где  nмод - число модулей, включенных в состав контролируемого пункта СУЭ, Tдискр – интервал времени между опросами смежных модулей, Кn – коэффициент, учитывающий смещение времени опроса модуля относительно опроса модуля, уже передающего информацию.

Время ввода полученной информации в ПЭВМ - T6  составляет:

       

  T6 = ,  (6)

где N – число бит в принятом сообщении, fПУ – скорость ввода информации в ПЭВМ пункта управления.

Время обработки полученной информации - T7  составляет:

  T7 = Lпрогр · fпрогр,  (7)

где Lпрогр – длина программы обработки полученной информации; fпрогр – скорость реализации программы (тактовая частота процессора ПЭВМ).

Время визуализации данных T8 следует учитывать, если для визуализации информации используется не экран монитора ПЭВМ, а внешний модуль, размещенный, например, в диспетчерском щите. В последнем случае

  T8 = nотобр · fотобр,  (8)

где nотобр соответствует числу бит кода выводимой информации, Fотобр – скорости вывода данных.

Таким образом, суммарное время задержки Тзад  составляет: 

  Тзад= .  (9)

Для определения  показателя реального быстродействия СУЭ необходимо также учитывать вероятность обнаружения приемником искажения информации, в результате чего потребуется повторная передача. В таком случае реальное быстродействие следует определять по формуле:

  Треал. дост = Тзад +Pиск (Tож. квит.+ Тзад + Тгот. перед),  (10)

где Pиск – вероятность искажения однократно принятого сообщения,  Pиск=N·P1 , P1 = 10 -3- 10-4 - вероятность однократного искажения информации помехами в канале связи; Tож. квит – время ожидания квитанции, которая подтверждает нормальный прием информации; Тгот. перед –время задержки между фиксацией факта необходимости повторной передачи информации и готовностью реализовать  повторный вывод данных.

  Расчет по формуле (10) позволяет более обоснованно оценивать реальное быстродействие СУЭ. В частности показатели быстродействия для “традиционного” и “предложенного” способов различаются в 3-5 раз. 

Показатель надежности СУЭ необходимо  выражать временем наработки на отказ для одного канала каждой выполняемой функции. Однако многие производители СУЭ в рекламных материалах приводят другой показатель – наработку на отказ не одного канала, а одного модуля. В результате «надежность»  выражается цифрами наработки на отказ в 100000, а иногда 1000000 часов. Показатель надежности зависит не только от построения модуля для выбранного вида информации, но, в еще большей степени, от общей структуры системы.

Так как отдельные показатели качества не отражают «интегральное качество» СУЭ, предложена методика оценки системной интегральной достоверности информации.  Для получения интегрального показателя достоверности необходимо: учесть возможные искажения (приводящие или не приводящие к отказу) по всей трассе доставки информации от датчика приемнику; учесть реальный показатель быстродействия.

Для определения системной интегральной достоверности Pсист  необходимо увязать  аналитически полученные значения, например, для функции  телесигнализации (ТС) – Pинт  , определяемое по формуле (11); реально достигаемое время доставки информации приемнику Треал. дост  в соответствии с (10); установленное максимально допустимое время доставки информации Тмакс. дост.

Pинт =,  (11)

где Р0 – условная вероятность такого воздействия помехи при повторном искажении вводимой ТС, которое противоположно воздействию при первичном искажении; n – число разрядов кода, равное числу датчиков ТС, Р1 – вероятность однократного искажения сигнала из-за воздействия помех; Tстр – длительность сигнала стробирования сигнала от датчика; Tд–дискретность стробирования сигналов от датчика [2].

Для определения Pсист  используется  следующая зависимость:

    .  (12) 

Функция  может  задаваться для каждой системы и даже для отдельных видов информации по важности получения данных за оговоренное время.  Комплексное применение указанных мер позволило получить значения Pсист  для канала ТС на уровне 10-13, а для канала управления на уровне 10-16, что на 1-2 порядка лучше современных систем.

Список литературы:


, , Касимов достоверность как обобщающий критерий качества информационно-управляющих систем в теплоэнергетике// Естественные и технические науки. 2011.№4. C.424-425. , , Сидоренко повышения достоверности команд управления распределительными электросетями в теплоэнергетике”// Оборонный комплекс − научно-техническому прогрессу России. - М.: ФГУП “ВИМИ”,2012.- № 3.-C.86-92.