Определение управляющих воздействий для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем в послеаварийных режимах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Крючков, Игорь Вильямович

• Крючков, Игорь Вильямович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Крючков, Игорь Вильямович

1. ВВБЩЕНИЕ.

I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Г.Г. Управление энергосистемой для обеспечения ее устойчивости.

1.1.1. Общая структура управления.

1.1.2. Оперативное управление.

1.1.3. Автоматическое управление

1.2. Задача определения параметров настройки устройств автоматического предотвращения нарушения устойчивости

1.3. Задача определения управляющих воздействий.

1.4. Задача определения управляющих воздействий обеспечивающих статическую устойчивость.

1.4Л. Описание моделей

1.4.2. Критерий оптимальности управляющих воздействий

1.4.3. Классификация аппроксимаций области существования режима.

1.5. Обзор методов определения управляющих воздействий.

1.6. Вывода к первой главе

2. СТРУКТУРА ОБЛАСТИ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ КОНСЕРВАТИВНОЙ МОДЕЛИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ.

2.1. Описание модели энергосистемы.

2.2. Область статической устойчивости трехмашинной модели энергосистемы

2.2.1. Свойства области существования режима.

2.2.2." Квадратурные точки.

2.2.3. Отображение прообраза области существования режима.

2.2.4, Особые точки границы области существования режима

2.2.5, Влияние параметров схемы на форму области существования режима.

2.2.6, Влияние активного сопротивления связей.

2.2.7, Аппроксимация области существования режима

2.3, Структура области статической устойчивости четырех-машинной модели энергосистемы

2.3.1, Энергосистема со схемой типа полного четырехугольника.

2.3.2, Энергосистема со схемой типа неполного четырехугольника.

2.3.3, Четырехмашинное кольцо.

2.4, Структура области существования режима л-машинной модели энергосистемы.

2.5, Выводы по второй главе.

3. ОПРдаШШЕ УПРАВЛЯЩЙХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

3.1. Определение управляющих воздействий, обеспечивающих существование послеаварийного установившегося режима.

3,2,. Определение управляющих воздействий по упрощенной модели энергосистемы

3.2.1, Определение сбалансированных управляющих воздействий

3.2.2, Определение сбалансированных воздействий для модели энергосистемы со схемой типа полного многоугольника.

3.2.3. Уточнение модуля вектора управляющих воздействий

3.2.4. Определение управляющих воздействий для трех-машинной упрощенной модели энергосистемы ••.,

3.2.5. Определение управляющих воздействий для четырехмашинной модели упрощенной энергосистемы

3.2.6. Определение несбалансированных управляющих воздействий.

3.3. Определение управляющих воздействий, обеспечивающих устойчивость динамического перехода

3.4* Выводы к третьей главе

4. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ РАСЧЕТОВ УСТОЙЧИВОСТИ И УСТАВОК ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ.

4.1. Общее описание комплекса

4.2. Уцравляющая программа.

4.2.1. Диалоговая, система.

4.2.2. Транслятор и процессор комплекса

4.2.3. Ввод, коррекция и вывод данных

4.2.4. Библиотека данных и рабочая область

4.3. Базовый набор функциональных блоков.

4*4. Входной язык комплекса.

4.5. Выводы к четвертой главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение управляющих воздействий для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем в послеаварийных режимах»

Для развития электроэнергетики СССР на современном этапе характерны следующие основные тенденции: дальнейшее развитие и усложнение структуры 1]Ейной энергетической системы (ЕЭС), увеличение Единичной мощности вводимых генераторов и другого оборудования, интенсивное развитие атомной энергетики. Оправданные с технико-экономической точки зрения указанные тенденции приводят к увеличению опасности распространения аварийных возмущений во всей ЕЭС при одновременном относительном ухудшении ее управляемости, связанном с относительным уменьшением маневренности оборудования.Таким образом проблема обеспечения условий устойчивости параллельной работы ЕЭС продолжает оставаться актуальной.Одно из основных мероприятий, обеспечивающих повышение устойчивости энергосистем (ЭС) -применение устройств противоаварийной автоматики (ПА). Целью ПА является, в конечном счете, минимизация народнохозяйственного ущерба, обусловленного аварийными процессагли в ЭС, вызванных аварийными возмущениями. Важнейшая задача ПА - предотвращение общесистемных аварий.С каждым годом насыщенность ЭС устройствами ПА увеличивается, а сами устройства становятся все более сложными. Вместе с тем анализ аварийности в ЭС СССР показывает, что значительная часть нарушений устойчивости могла бы быть предотвращена за счет выполнения более эс[зфективных устройств ПА или за счет более правильного ведения режима [5l]. Кроме того, при успешной работе ПА зачастую имеет место избыточность УВ, приводящая к излишнеглу недоотпуску электроэнергии потребителям.Поэто^лу задача разработки методик, алгоритмов и соответствующего прогршлмного обеспечения для выбора ПА при проектировании ЭС и настройки ПА - при эксплуатации ЭС является важной и своевременной.Задачи, связанные с обеспечением условий устойчивой параллельной работы ЭС (задачи устойчивости) возникают как при управлении развитием X (этап проектирования), так и при управлении фунщионированибм ЭС (этап эксплуатации).Управление (режимами работы) ЭС для обеспечения устойчивости непосредственно осуществляется либо оперативно-диспетчерским персоналом щ^тем воздействия на схему, режим и уставки ПА (уровень оперативного управления), л1'1бо автоматически (уровень автоматического управления) с помощью управляющих воздействий ПА [l].По своему назначению ПА делится на автоматику, непосредственно обеспечивающую предотвращение нарушение устойчивости ЭС при аварийных возмущениях (АПНУ), автоматику, предназначенную для ликвидации асинхронного хода, автоматику ограничения снижения (повышения) частоты и напря}кения, а также автоматику разгрузки оборудования.Нарушение устойчивости, как известно, мохсет происходить по двум независиглым прич1шам: либо в результате нарушения в послеаварийном решше условий существования устойчивого установившегося режима (нарушение статической устойчивости), либо за счет разгона роторов генераторов относительно дрзп? друга вследствии резкого нарушения баланса мощности на их валах (нарушение д ш а мической устойчивости). Поэтому устройства АПНУ, в свою очередь подразделяются на автоматику, обеспечивающую предотвращение нарутпения статической и д1шамической устойчивости. Несмотря на то, что обычно устройства АПНУ совмещают обе функции, их настройка требует, очевидно, решения различных задач.Комплекс АПНУ является наиболее сло^шьм из комплексов ПА. Выявление аварийного возмущения и оценка его тяжести производится на основе фиксации существенных изменений схемы сети и контроля рейшт.1ных паршлетроБ. Величина ТВ для данного возм^чцения определяется в устройствах А Ш У с учетом исходного состояния схемы и режима контролируемого района, При АПНУ используются практически все типы УВ, применяемых в ПА. Предотвращенив нарушения статистической устойчивости обеспечивается путем разгрузю! контролируеглых сечений (УВ типа разгрузки турбин, отключения генераторов и нагрузки, деления системы) или увеличения их пропускной способности (УВ типа отключение реакторов). Для обеспечения динамической устойчивости применяются УВ, способствующие гашению избыточной кинетической энергии генераторов, накопленной за время возмущения - кроме перечисленных выше, это УВ т ш а кратковременной разгрузки тзгрбин, электрического торможения и т.п., а также УВ, кратковременно увеличивающие прощ'-стшые способности сечений (форсировка возбуждения генераторов и компенсаторов).Б зависимости от временного зфовня управления ЭС возникают различные задачи, связпнные с АПНУ. На этапе проектирования требуется на множестве возможных схем, режимов и возмущений решать задачу выбора мест установки устройств АПНУ и выбора их структуры, т.е. определения множества контролируеглых паршлетров и множества управляющих воздействий, а ташсб предварительной настройки (т.е. определения соответствия между условиями и воздействиями).При эксплунтации ЭС (этапы планирования и оперативного управления) требуется решать задачу настройки АПНУ, т.е. определять величину УВ для уже имеющихся устройств АПНУ на суженном,по сравнению с предыдущем случаем, множестве релшмов, возмущений и схем (в частности, при оперативном управлении схема и режим в значительной степени определены).Наконец, на уровне автоматического управления (т.е. управления без участи человека) заданы: либо реяшм и возмущение (управленив в темпе npoiiecca или, по классификации, предложенной в [25] тип "ПОСЛЕ"), либо ограниченное множество возмущений при данном (возможно прозтнозируемом) режиме (тип "ДО"), Диссертационная работа посвящена, главным образом, решению задачи настройки параметров устройств АННУ, разработке соответствующей методики и необходимых для ее реализации алгоритмов и программных средств.Для решения подобных задач прежде всего требуется, очевидно, методика решения следующей задачи: определить УБ (в общем случае как величину так и место приложения), обеспечивающих условия синхронной работы ЭС и миншлизирующих ущерб потребителей при заданных схеме, режлме и возмущении в сло}шай ЭС (называемой далее задачей определения оптимальных УБ).Б той или иной мере вопросы, связанные с решением задачи определения оптимальных УВ рассмотрены в работах [з], [б], [б] , [12], [15], [19], [26j. [30] ^ {ЗЗ], [37]-[39], [44], [49], [бо] , [52], [б7] , [б9]-{721, [74]-[7б] и др. и являются предметом исследований в целом ряде организаций таких как: Энергосетьпроект, БНИИЭ, ШШПТ, ЛШ!, Б Ш , МЭИ, У Ш , ЦДУ ЕЭС СССР и других.Материал диссертационной работы изложен в четырех главах, и в 2 приложениях.Б первой главе дается краткая характеристика общей структуры управления ЭС для обеспечнния устойчивости, Рассматриваются состояние вопроса и перспективы развития управления ЭС для обеспечения устойчивости на двух временных уровнях зшравления ЭС: оперативном и автоматическом.Ставится задача настройки параметров устройств АПНУ и дается математическая формулировка. Выделяется задача определения оптимальных УВ по условиям сохранения статической устойчивости, рассматриваются различные модели ЭС, используемые при ее приблилшнление в темпе процесса или, по классификации, предложенной в [25]тип "ПОСЛЕ"), либо ограниченное множество возьтущений при данном (возможно прогнозируемом) режиме (тип "ДО"), Диссертационная работа посвящена, главным образом, решению задачи настройки параметров устройств АПНУ, разработке соответствующей методики и. необходимых для ее реализации алгоритмов и программных средств.Для решения подобных заиач презде всего требуется, очевидно, методика решения следующей задачи: определить УВ (в общем случае как величину так и место приложения), обеспечивающих условия СИЕН хронной работы ЭС и минимизирующих ущерб потребителей при заданных схеме, режиме и возмущении в сложной ЭС (называемой далее задачей определения оптимальных УВ).В той или иной мере вопросы, связанные с решением задачи определения оптимальных УВ рассмотрены в работах [з], [5], [б], [l2j [15], [19], [26], [30JT [33] ^ [37] - [ЗЭ] , М » &9] » [бО] , [52] , [б7] ,[б9-72] [74]*-[7б] и др. и являются предметом исследований в целом ряде организаций таких как: Энергосетьпроект, ВНИИЭ, НИШТ, ЛПИ, ВЭИ, МЭИ, УПИ, ЦЦУ ЕЭС СССР и других.Материал диссертационной работы изложен в четырех главах, и 2 приложениях.В первой главе дается краткая характеристика общей структуры управления ЭС для обеспечения устойчивости.Рассматриваются состояние вопроса и перспективы развития управления ЭС для обеспечения устойчивости на двух временных уровнях управления ЭС: оперативном и автоматическом.Ставится задача настройки параметров устройств АПНУ и дается математическая форг^лировхса. Выделяется задача определения оптимальных УВ по условиям сЕхранения статической устойчивости, рассматриваются различные модели ЭС, используеглые при ее приближенном решении и соответствующие им области существования режима, а также критерии оптимальности.Отмечается сходство задачи определения УБ, обеспечивающих условия существования установившегося режима, с задачей распределения дефицита мощности, возникающей при анализе надежности ЭС. По ходу изложения дается краткий обзор работ, связанных так или иначе с вопросами определения УБ, в частности, приведена характеристика методов аппроксимации областей устойчивости ЭС. Во второй главе исследуется структура области статической устойчивости и различные способы ее аппроксимации в случае трех, четырех и произвольного числа эквивалентных узлов для упрощенной модели ЭС, характеризуемой следующими допущениями: каждый узел представляет собой эквивалентный генератор с сосредоточенной нагрузкой, во всех узлах поддерживается постоянный модуль напряжения, активные сопротивлен^'Ш связей равны нулю.Отмечается, что для рассматриваемой модели ЭС область статической устойчивости совпадает с областью существования режима.Для трехмашинной модели ЭС исследуется также влияние параметров схемы на форму области существования режима и ее прообраза в плоскости углов. Получены выражения для координат некоторых точек границы области существования режима, которые используются для построения ее аппроксимаций.На примере четьфехрлашинной модели ЭС выявляются новые, по сравнению с трехмашинной моделью, свойства области существования решила. Построены различные сечения этой области и ее аппроксимации внешним многогранником для схемы с одинаковыми пропускными способностями связей.Заключает главу описание свойств области существования режима для модели ЭС, состоящей из произвольного числа машин, а также процедура формирования этой упрощенной модели ЭС из более полной.Третья глава посвящена разработке методики и алгоритмов решения задачи определения управляющих воздействий, причем главное внимание уделено задаче определения оптимальных УБ, обеспечивающих статическую устойчивость ЭС и глинимизирующих ущерб потребителей при учете изменения частоты.Предлагается алгоритм определения оптимальных ТВ с учетом изменения частоты, основанный на декомпозиции задачи по частоте.Сначала, на основе суммарной частотной характеристики ЭС определяется оптимальный (для консервативной модели) небаланс, допустимый после применения УБ, и соответствующее ему несбалансированные, т.е. одного знака, УБ. Затем определяются оптимальные. сбалансированные УБ, причем сначала определяется квазиоптимальное направление вектора УБ, а потом его величина с использованием различных моделей ЭС. Б случае необходимости организуются итерации по модели.Подробно рассматриваются отдельные этапы алгоритма, а определение оптимальных сбалансированных УБ иллюстрируется на примере трех- и четырехмаш1шной модели ЭС. Б завершение приводится алгоритм определения УБ, обеспечивающих устойчивость динамического перехода.Б четвертой главе освещены вопросы, связанные с реализацией программного комплекса РПА, предназначенного для решения задач, возникающих при исследовании устойчивости ЭС и выборе и настройке противоаварийной автоматики.Формируются основные принципы, которые принимались во внимание при проектировании и программировании комплекса РПА. Дается общее описание струх^туры и отдельных компонент комплекса.Обосновывается необходимость создания специализированного входного языка, ориентированного на решение указанных выше задач и дается полное описание такого языка, разработанного для когшлекII са РПА. Б прможениях приводятся пршлеры расчетов УБ, проведенных с помощью програглмного комплекса РПА, а также материалы о внедрении, Работа выполнялась в лаборатории устойчивости энергосистем Всесоюзного научно-исследовательского института электроэнергетики в ратжах ва;шбйших научно-исследовательских работ Ш Н Т Совета министров СССР по проблеме 0.Ц.026. I. ПОСТАНОВИ SAMM В главе рассматривается общая задача управления ЭС для обес^ печения устойчивости, ее особенности для уровней оперативного и автоматического управления ЭС. Ставится задача определения параглетров настройки устройств, предназначенных для автоматического предотвращения нарушения устойчивости, которая возникает на этапе долгосрочного планирования режима ЭС. Дается формальная и нефорглальная постановка тесно с ней связанной задачи определения управляющих воздействий. Обсуждается состояние вопроса и форшруются задачи работы. I.I. Управление энергосистемой для обеспечения ее устойчивости Целью такого управления является обеспечение в аварийных^ ситуациях перехода ЭС из исходного состояния в послеаварийное, с заданным нормативныгл запасом устойчивости,. с помощью УВ, при которых народнохозяйственный ущерб минимален. I.I.I. Общая структура управления В общей структуре управления различают обычно управление развитием (перспективное планирование) и управление фун1ЩИонированием,' которое/ в свою очередь, подразделяется на следующие временные уровни: долгосрочное и краткосрочное планирование, оперативное и автоматическое управление.К долгосрочному планированию относится планирование на период времени месяц-квартал-год, к краткосрочному - планирование на ближайшие сутки или несколько суток. К уровню оперативного управления относятся задачи, решаемые оперативно-диспетчерским персоналом в течении суток. Управление ЭС в теьше процесса, осуществляемое устройствами автоматики;' представляет собой уровень автоматического управления.Задачи всех уровней управления функционированием ЭС решаются в рамках оперативно-диспетчерского управления, осуществляемого автоматизированной системой диспетчерского управления (АСДУ) [I].На каждом из временных уровней управления ЭС решаются помимо других задач и задачи, связанные с управлением ЭС для обеспечения устойчивости^ Например,на уровне долгосрочного планирования осуществляется предварительная настройка устройств автоматического предотвращения нарушения устойчивости и определяются так называемые "ограничения по устойчивости", закладываемые в соответствующие инструктивные материалы.Непосредственное управление для обеспечения устойчивости ЭС, как уже отмечалось во введении," осуществляется либо с участием человека на уровне оперативного управления путем воздействия на схему,' режим ЭС и уставки ПА, либо без его участия на уровне автоматического управления с помощью УВ ПА, Ниже рассмотрены особенности управления для обеспечения устойчивости ЭС на обоих уровнях, 1Л#2, Оперативное управление . Основные задачи, решаемые диспетчерским персоналом ОДУ и ОДУ, можно сфорглулировать следующшл образом: - ведение нормального режима, - реализация заранее запланированных переключений,' - оперативная ликвидация возникших аварийных ситуаций,- составление всякого рода отчетных докутлентов.При решении первой из перечисленных задач диспетчер должен так вести режим (т.е. поддерживать частоту и напряжение в узловых точках объединения в заданных пределах), чтобы он не выходил за границы области допустимых, в том числе по условиям устойчивости режимов. Область допустшлых по устойчивости режимов является подглножестБом области устойчивости и отличается от нее на величину запаса, выбранного по какой-либо норме. Согласно 56 допустимая передаваемая мощность в критическом сечении PQQJ^ определяется как Д где //j - предельная по условз-шм статической устойчивости передаваемая активная мощность по сечению; ^г - нерегулярные колебания перетоков мощности в сечении; /Cj - коэффициент запаса (для нормальных релсшлов равен 20^).При этом имеется ввиду, что в качестве траектории "утшселения" релшма выбрана наиболее опасная.Всю информацию, на основе которой диспетчер прхшимает решения, по темпу обновления молено разделить на оперативщ^о плановую и условно-постоянную.Оперативную информацию о состоянии энергообъединения диспетчер получает визуально (с помощью аналоговых и цифровых приборов, установленных на его пульте и диспетчерском щите) и по телефону.Кроме того, Б распорялсении диспетчера обычно имеются дисплеи оперативно-измерительного когшлекса, с помощью которых он может получить данные, поступающие в ОДУ от устройств телемеханики и телесигнализации.Плановую информацию (данные о планируемом релаше) диспетчер получает непосредственно перед началом смены в виде суточных ведомоствей, в которых указаны суточные графики нагрузхш электростанций и мелюистемных связей, а также в виде заявок на переключения, подготавливаемых службой электрических режимов (СОЭР), Кроме этих, ежесуточно получаеглых, документов диспетчер в своей практической деятельности опирается на так называемые "Инструкции по режимагл работы", которые ташхе готовит служба СОЭР, Эти инструкции, кшс и другие инструктивные материалы, можно отнести к условно-постоянной информации. Инструкции по peжимarvI работы пересматриваются периодически через 2-3 года, а также в особых случаях, например,' связанных с вводом нового оборудования и т.п.Типичная инструкция по режтол работы СОЭР ЦЦУ, например, В1Шочает в себя разделы, в которых описываются: нормальная схема и ее ремонтные варианты, операции по включению линий и трансформаторов, собственно режимы работы с указанием нормальных.и предельных по устойчивости значений перетоков активной мощности по сечениям, глинимальные напряжения в важнейших узловых точках, а . также противоаварийная автоматика. Помимо инструкций по режимагл работы служба СОЭР готовит отдельные инструкции по обслуживанию и эксплуатации релейной защиты и ПА, а также другие специальные инструктивные материалы.Всего на уровне ЦЦУ насчитывается около двух десятков инс^фукций по режимагл работы и обслуживанию релейной защиты и ПА, каждая из которых содержит в среднем 10-20 страниц, насыщенных числовыми данными.Совершенствование технологии принятия решений диспетчерским персоналом имеет два аспекта. Во-первых, это расширение весыла ограниченных возможностей человека-диспетчера запоглинать и быстро перерабатывать большие объеьш данных об оперативном состоянии системы на основе еще большего объема инструктивных материалов.Решение этой задачи, шакже как и непосредственно связанной с ней задачи,:^ автоматизации составления различных отчетных документов^ должно быть возложено на ОИК. (При этом возникает задача идентификации текущих параметров системы т.е. их определение с учетом погрешности поступающих телеизмерений на основании избыточности последних). Тем самым диспетчерский персонал освобождается от рутины и ему представляется возможность сконцентрировать свое внимание на выполнении основной своей задачи - ведении режима, В частности,^ дня решения задач оперативного управления энергосистемой с целью обеспечения ее устойчивости диспетчерскому персо"налу необходимо предоставить возможность пользоваться включ:енной в О Ж инюормационног-справочной системой с хорошо структурированной иерархической системой запросов, дающих доступ к информации,' которая в настоящее время распылена по многочислешшм томам "режимных" инструкций, Вторым аспектом совершенствования оперативного управления устойчивостью диспетчерскигл персоналом является оперативное уточнение самих инструктивных материалов, применительно к рассматриваемоглу вопросу - "режимных" инструкций, Фактически ограничения, заложенные в инструкции, весьма грубо (как в сглысле точности, так, особенно, и в смысле полноты) аппроксимируют область допустимых режтюв. Из-за этого, что-: инСТРУ1ЩИИ не могут згчесть все многообразие изменений схем, рехшла и возмущений, ограничения в них более жесткие, чем это обычно необходимо,- т.к. при их определении исходят из наиболее тяжелых из возможных состояний системы. Неполнота задания области допустимых режимов зачастую приводит к ситуациям, не предусмотрехшых инструкциями,^ что значительно затрудняет правильную оценку устойчивости системы диспетчерс1шм персоналом и принятия ими правильного решения,По изложенныгл выше причинагл противоаварийная автоматика, . ввод в действие, вывод из работы и изменение уставок которой регламентируются ИНСТРУ1ЩИЯМИ, может в некоторых аварййшх ситуациях не обеспечить сохранение устойчивости (хотя объективно шакал ВОЗМОЖНОСТЬ имелась) либо, наоборот, ее воздействие на сиетеглу с целью сохранения устойчивости будет чрезмерно избыточныг.1, что не вьа?одно по экономическтт соображениям, поскольку сопровождается в конечном счете аварийныгл отключением потребителей.Общая схема оперативного управления для обеспечения устойчивости на уровне ЦЦУ-ОДУ приведена на pnc.I.I. Она является естественныгл развитием идей, на которых строятся современные устройства ПА, и включает в себя два заглкнутых контура управления, связанных между собой. Контур А (двойная линия) работает в режиме on-tins. Т.е. непрерывно реагирует на изменение состояния ЭС, используя некоторую "модель решения". Прообразом "модели решения" являются дозирующие устройства слозкной ПА с контролем предшествующего режима. На вход "модели решения" поступают данные о состоянии ЭС, на основе которых она практически без задержки (в течение нескольких секунд) выцает в случае возникновения опасной, т.е. требующей вмешательства диспетчера, ситуации необходимые управления, обеспечивающие заданный запас устойчивости. Диспетчер на основании собственного опыта и предложенного варианта (возможно, нескольких вариантов) управления принимает окончательное решение.Чтобы "модель решения" обладала необходимым быстродействием, она должна быть очень простой, т.е. представлять собой либо аппроксимацию области устойчивости в пространстве возглущений и управлений при заданных схеме и режиме, либо упрощенную модель ЭС с простым алгоритмом определения УВ. Поэтому необходигл второй контур управления - контур В, который периодически (например, каждый час) уточняет "модель решения" в режиме off'Un£ ,т.е. независшло от основного контура управления, исходя из состояния ЭС на начало каждого часа с помощью подробной модели энергосистемы.Чем более подробная модель ЭС, тем более точно будет формироваться "модель решения". Более сложная "модель решения" даст в общем случае более точное приближение к области устойчивости.С другой стороны, применение более точных моделей и методов приведет к увеличению затрат машинного времени, т.е. к увеличению времени цикла контура.В. Поэтому более "точные" управления в действительности могут оказаться "запоздавшими", т.е. не соответствовать изменившемуся за время цикяа состоянию ЭС. Конкретная реализация схемы оперативного управления определяется следующими факторами: - периодичностью обновления данных о состоянии ЭС^ - временем, необходимым "модели решения" для определения УВ; ^ временем, необходимым для формирования "модели решения", - периодичностью обновления "модели решения"|' - временем, необходимым для обмена данными между контурами А и В. Периодичность обновления данных о состоянии ЭС определяется в основном временем, которое требуется для получения по телеканалам результатов всех измерений состояния ЭС и временем,' затрачиваемым системой идентификации на их обработку, и, по-видимому, не будет превышать I глинуты. Время обмена дaнны^ш между контурами вряд ли превысит несколько секунд.В настоящее время ведется проектная проработка подобной оперативной системы управления для уровня ЦЦУ ЕЭС,^ В частности, рассматривается возможность включения в эту систему программных . компонент или всего программного комплекса, описанного в главе 4. I.I.3. Автоматическое управление Автоматическое управление ЭС для обеспечения устойчивости осуществляется устройствами ПА, предназначенными для автоматического предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ). Существующие устройства АПНУ представляют собой, как известно, (см.рис.Г.2« а также [25] ) совокупность устройств: - автоматической дозировки воздействий (АДВ), в котором на основании информации о текущем режиме для каждого из учитываемых классов возмущений определяется требуемое управляющее воздействие; - автоматического запоминания дозировки (АЗД), в котором указанные УВ запоминаются; - набора пусковых устройств (ПУ), каждое из которых соответствует одноглу из учитываемых классов возмущений и срабатывает при возникновении возглущений этого класса» В устройствах АПНУ можно различить (как и для схемы оперативного управления устойчивостью) два контура управления: быстродействующий контур, который работает непосредственно после возникновения возглущений, образуя аварийный тракт (ПУ и устройство АЗД) и контур, работающий в доаварийном режиме (устройство АДВ), Предложенная в [25] классификация различных способов построения устройств АПНУ, основана на двух критериях: - имеется или отсутствует в устройстве АПНУ автоматически непрерывно обновляемая модель ЭС, отслеживающая состояние ЭС (способы I или П, соответственно), - параметры УВ определяются до и после возникновения возмущения (соответственно/ способы ДО и ПОСЛЕ).Эта классификация,' позволившая упорядочить существовавшие разнообразные устройства АПНУ и наметить возможные пути их развития, в нас!1^ оящее время, ввиду разработки и появления новых устройств АПНУ, нуждается в некоторой детализации.В часности, представляется удобныл! строить классификацию схем построения устройств АПНУ на основе числа контуров управления и моделей, применяемых в каждом контуре.В быстродействующем аварийном контуре УВ либо определяются с помощью некоторой,- достаточно простой математической модели (модели решения), либо сформированы заранее (в этом случае модель решения представляет - собой таблицу решений, в которой каадому различаемому аварийному возмущению ставится в соответствии свое УВ) • Степень сложности модели решения определяется надежностью и производительностью средств аппаратной реализации (требуется, чтобы УВ определялись за время порядка 0,1 сек с момента возникновения возмущения).В настоящее время таблица решений аварийного контура в большинстве случаев аппаратно реализуется без применения средств вычислительной техники на базе релейных элементов. Кроме высокой надежности, такая реализация позволяет строить территориально распределенную структуру управления, в которой таблица решений "распределяется" по узлам управления, что в свою очередь дает возможность сократить протяженность дорогостоящих быстродействующих каналов связи. Применение в каждом узле управления вместо релейных схем средств вычислительной техники (микропроцессоров) пока не является экономически оправданным, хотя работы в этом направлении ведутся [40].Второй,доаварийный, контур управления предназначен дою оперативного згточнения модели решения при существенных изменениях схемы и режима ЭС.^ Для формирования модели решения в контуре используетвя некоторая своя,' более подробная,^ математическая модель, оперативно отслеживающая состояние реальной ЭС (оперативная модель). В устройствах АПНУ, известных под названием устройств с контролем предшествующего режима, в качестве оперативной модели также как и в аварийном контуре используется таблица решений, но большей размерности, которая используется для коррехщии таблицы решений аварийного контура*. Для каждой различимой ситуации, определяемой схемой, режимом и возмущением,ставится в соответствие своеУВ. В болеео сложных устройствах АПНУ, аппаратной базой которых являются управляющие вычислительные машины, в качестве оперативной модели используются алгоритглы определения ТВ, испол1гзующие заранее рассчитанные аппроксимации области статической устойчивости для УВ, обеспечивающих статическую устойчивость и регрессионные зависимости для УВ, предназначенных для обеспечения динаг,шческой устойчивости, В настоящее время ведутся работы и по применению в качестве

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Крючков, Игорь Вильямович

Основные результаты работы могут быть сформулированы в виде следующих тезисов,

I ♦ В работе поставлена задача определения управляющих воздействий, обеспечивающих устойчивость ЭС в послеаварийных режимах, минимизирующих аварийное снижение мощности потребителей с учетом составляющей, обусловленной снижением частоты, и разработана методика ее решения. Методика основана на приближенном решении задачи определения управляющих воздействий, по условиям статистической устойчивости в оптимизационной постановке и последующем определении дополнительных управляющих воздействий, обеспечивающих устойчивость динамического перехода.

На ее основе разработана методика решения задачи определения параметров настройки устройств автоматического предотвращения нарушения устойчивости.

2, Исследована структура области существования режимов ряда упрощенных моделей и установлена из взаимосвязь, что позволяет качественно оценить погрешности, вносимые характеризующие эти модели допущениями.

Получены формулы для определения координат характерных точек границы областей существования режимов упрощенных моделей.

Установлена взаимосвязь между областью статической устойчивости и областью существования режимов для нелинейной упрощенной модели ЭС»

3. Исследованы различные способы аппроксимации области существования режима. Показано, что предложенные внутреняя и внешняя кусочно-линейные аппроксимации области существования режима упрощенной нелинейной модели ЭС, основанные на использовании характерных точек границы, в свою очередь являются областями существования соответствующих упрощенных моделей. Предложена новая аппроксимация границы области существования нелинейной упрощенной модели, расстояние от начала координат до точек которой определяется как полусумма расстояний до соответствующих точек границы внешней и внутренней кусочно-линейной аппроксимации.

4. Предложен алгоритм решения задачи определения управляющих воздействий, обеспечивающих устойчивый послеаварийный режим и минимизирующих аварийное снижение мощности потребителей, с учетом изменения частоты. Алгоритм основан на последовательном уточнении решения за счет поэтапного усложнения расчетных моделей ЭС при раздельном определении направления вектора управляющих воздействий и его величины.

Для частного случая ЭС со схемой типа полного многоугольника предложен простой алгоритм определения сбалансированных управляющих воздействий, использующий, специфику задачи.

5. Разработан специализированный входной язык, ориентированный на расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики ЭС и позволяющий решать технологические задачи с разветвленной логикой. Разработана структура программного комплекса для расчетов устойчивости и противоаварийной автоматики, позволяющая легко наращивать функциональные возможности комплекса, развивать используемые модели ЭС и совершенствовать расчетные алгоритмы, а также адашги-ровать комплекс к имеющимся ресурсам. Разработана диалоговая система, позволяющая эффективно решать технологические задачи с помощью дисплея.

6. Для проведения автоматизированных расчетов по предложенной методике на базе изложенных в работе разработок реализовано несколько версий (РПА, КУ-2, РУЭН-СОБЕТЧИК) программного комплекса, с помощью которых были проведены промышленные расчеты по определению настройки противоаварийной автоматики для ОЭС СССР,

ОЭС Центра, ОЭС Северного Кавказа, Грузинской ЭС и некоторых др.

Последняя версия РПА, предусматривающая интерактивный режим работы с использованием дисплея, внедряется в Энергосетьпроект, а ее отдельные компонент внедрены в ОДУ Казахстана, НРБ, ОДУ Юга и внедряются в ОДУ Средней Азии в составе комплекса КУ/ОС [36];

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Крючков, Игорь Вильямович, 1984 год

1. Автоматизация управления энергообъединениями (Под редакцией С.А.Совалова). М., Энергия, 1979.

2. Алейников Б.И., Казак Н.А., Логинов М.Б. Минимизация ущерба от аварийного недоотпуска мощности в объединенной энергосистеме при помощи итерационного метода локальных вариаций. Труды ВНИИЭ, 1967. Вып. 30.

3. Арзамасцев Д. А., Красникова Т.Я., Рудницкий М.П. Аппроксимация области устойчивости сложных электроэнергетических систем. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1984, № 2.

4. Беккер В.Л., Иткин Е.А., Коханов В.В. Модель советчика диспетчера по распределению дефицита мощности в ОЭС. В кн.: Резервирование в энергосистемах и вопросы повышения надежности при глубоких ограничениях (тезисы дом.).Фрунзе, 1981.

5. Богатырев Л.Л., Богданова Л.Ф. Использование методов теории распознования обзоров для классификации аварийных состояний в электроэнергетической системе. Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, 1975, № 2,

6. Богомолова И.А., Дианова И.М. Определение статической устойчивости для централизованной противоаварийной автоматики с ЭВМ ограниченного быстродействия. В кц:Способы повышения устойчивости и надежности объединенных энергосистем, Энергоатомиз-дат, 1983.

7. Браммелер А., Аллан Р., Хэмэм, Слабозалолненные матрицы. М., Энергия, 1979.

8. Брукс Ф.П. Как проектировать и создавать программные комплексы. М., Наука, 1979.

9. Вайман М.Я. Устойчивость нелинейных механических и электромеханических сисшем. М., Машиностроение, 1981.

10. Васин В.П. Структура области существования самоустанавливающегося режима электроэнергетической системы в пространстве активных мощностей. Изд. АН СССР Энергетика и транспорт, 1981, Я I.

11. Васин В.П. Граница области существования режима трехма-шинной электрической системы. Изд. АН СССР Энергетика и транспорт, 1982, № 2.

12. Васькова Т.В., Лагускер В.М. Алгоритм автоматической дозировки управляющих воздействий противоаварийной автоматики.

13. В кн.: Вопросы противоаварийной автоматики электроэнергетических систем. М., Энергоиздат, 1982.

14. Веников В.А., Строев В.А., Виноградов А.А., Идельчик В.И. Расчет запаса статистической устойчивости электроэнергетической системы. Изд. АН СССР, Энергетикаи транспорт, 1984, № 3.

15. Воропай Н.И. Упрощение математических моделей динамики электроэнергетических систем. Новосибирск, Наука, 1981.18. 1Урова Л.И., Сахаров С.С. Прикладные программы. М., Статистика, 1980.

16. Дмитриева Г.А., Хвощинская З.Г. К расчету устойчивости сложных энергосистем для выбора управляющих воздействий противо-аварийной автоматики. Б кн.: Труды института Энергосетьпроект. Вып. 22. М., Энергоиздат, 1981.

17. Жуков Л.А., Стратан И.П. Установившиеся режимы сложных электрических сетей и систем. М., Энергия, 1979.

18. Зангвилл У.И. Нелинейное программирование. М., Советское радио, 1973.

19. Зелковиц М., Шоу А., Гвннон Дж. Принципы разработки программного обеспечения. М., Мир, 1982.

20. Идельчик Б.И. Расчет установившихся режимов электрических систем. Энергия, 1977.

21. Идельчик В.И.,,Лазебник А.И., Аналитическое исследование существования и единственности решения уравнений установившегося режима электрической системы. Изд. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1972, № 2.

22. Иофьев Б.И. Автоматическое аварийное управление мощностью энергосистем. Л., Энергия, 1974.

23. Иткин Е.А. Модели минимизации дефицита мощности при исследовании надежности электроэнергетических систем. В кн.: Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып. 15, Иркутск, 1978.

24. Иткин Е.А. Оптимизация перераспределения дефицита мощности в объединении энергосистем на основе теории потоков в сетях, там же.

25. Китушин В.Г., Сидельников Г.Ф. Математическая модель и программа расчета надежности на ЦВМ основной сети ЭЭС. В кн.: Математические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып. 8; Иркутск, 1975.

26. Кобец Б.Б. Исследование и разработка методов проектирования противоаварийной автоматики сложных энергосистем. Автореф. дис. на соискание учен, степени канд. техн. наук. Новосибирск, 1981.

27. Ковалев В.Д. Синтез алгоритмов противоаварийного управления для обеспечения синхронной динамической устойчивости сложных энергосистем. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. М., 1976, Всесоюзный электротехнический ин-т.

28. Крюков А.В. Определение предельных режимов и эквивален-тирование электрических систем для целей противоаварийного управления. Автореф. дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., ЛИИ, 1982.

29. Крючков И.В. Аппроксимация области существования режима упрощенной трехмашинной модели электроэнергосистемы. Изв. АН СССР Энергетика и транспорт, 1983, № I.

30. Крючков И.В., Лоханин Е.К., Тихонов Ю.А. Машинное моделирование динамических процессов в электроэнергетике на современном этапе. В кн.: Повышение эффективности машинного моделирования на современном этапе. М., 1981.

31. Крючков И.В., Моржин Ю.И. Программный комплекс ВНИИЭ для расчетов устойчивости и надежности энергосистем. В кн.: Моделирование электроэнергетических систем (тезисы докладов). Баку, 1981.

32. Крючков И.В., Тихонов Ю.А. Алгоритм определения управляющих воздействий для обеспечения устойчивости сложной энергосистемы. Б кн.: Тезисы докладов всесоюзного совещания "Опыт оптимизации электрических режимов работы энергосистем". М., 1980.

33. Крючков Й.В., Тихонов Ю.А. Определение управляющих воздействий при аварийном возмущении с учетом изменения частоты для энергосистем разомкнутой структуры. Там же.

34. Лугинский Я.Н. Применение микро-ЭВМ в электроэнергетике. Электронная промышленность, № 6, 1979.

35. Майерс Г. Надежность программного обеспечения. М., Мир,1980.

36. Маркович И.М. Режимы энергетических систем. Госэнерго-издат, 1963.

37. Меклин A.M. Методы расчета и принципы построения противоаварийной режимной автоматики сложных энергосистем. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Л., ЛШ, 1978.

38. Мельдорф М.Ф. Статистико-вероятностное исследование динамической устойчивости энергетических систем. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Таллин, 1969, Ленинградский политех, ин-т.

39. Мобильность программного обеспечения. Под редакцией Брауна П. М., 1980.

40. Могирев В.В. Минимизация дефицита мощности и его распределение между узлами при анализе надежности электроэнергетических систем. В кн.: Методические вопросы исследования надежности больших систем. Вып. 15, Иркутск, 1978.

41. Новицкая Л.М., Портной М.Г., С овалов С .А., Рабинович Р.С., Хачатуров А.А. Режимные принципы противоаварийной автоматики для повышения устойчивости энергообъединешзй. Электричество, 1977, Л 9.

42. Портной М.Г., Шляхов И.Н., Эпштейн Г.Л. Оптимизация про-тивоаварийных разгрузочных воздействий в сложных электроэнергетических системах. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, № 6, 1983.

43. Построение области допустимых состояний электрических систем в практике проектирования. Абраменкова Н.А. и др. В кн.:

44. Труды института Энергосетьпровкт. Методы исследования устойчивости энергосистем и мероприятия по ее обеспечению. М., 1979.

45. Розанов М.Н., Логинов М.Б. Определение математического ожидания народнохозяйственного ущерба от недоотпуска электроэнергии у потребителей в объединенной энергосистеме методом статистического испытания. В кн.: Труды ВНИИЭ, вып. 30, 1967.

46. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. Новосибирск, Наука, 1984.

47. Руководящие указания по устойчивости энергосистем. М., Союзтбхэнерго, 1983.

48. Садовский Ю.Д., Салита Е.П. Применение метода неканонических преобразований И.И. Щедрина для упрощения расчетных схем сложных энергосистем. В кн.: Способы повышения устойчивости и надежности объединенных энергосистем. Энергоатомиздат, 1983.

49. Ступель А.И., Левина Л.С. Расчет оптимального послеава-рийного режима в электрической сети. Труды ВНИИЭ, 1967, вып. 30.

50. Тимофеев В.А. Некоторые вопросы методики расчета оптимального режима питающей электрической сети энергосистемы. Авто-реф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. М., ЗНИН, 1976.

51. Тихонов Ю.А. Принципы аварийного управления мощностью паровых турбин для повышения результирующей динамической устойчивости энергосистем. Автореф. дис. на соискание учен, степени канд. техн. наук. М., ВНИИЭ, 1973.

52. Унтер А,П. Построение противоаварийной автоматики разгрузки энергосистем с применением УВМ. Автореф. дис. на соискание учен, степени канд. техн. наук. М., МЭИ, 1979.

53. Форд Л .Р., Фалкерсон Д.Р. Потоки в сетях. М., Мир, 1966.

54. Хачатуров А.А. О расчете предельных режимов. В кн.: Труды ВНИИЭ, выц.33, 1968.

55. Т. Целочисленное программирование и потоки в сетях. М., Мир, 1974.

56. Четавв Н.Г. Устойчивость движения. 2-ое изд. М., Гос-гехиздат, 1955.

57. S.2)e,ckmann cund a. Numerical tectLng oj- fiowirlyihtv load /г toy touivaitnU. Power ancL rfppa-ratui 6yihm6/ voi99.jM6./ 1980

58. Fairney W. Spetiai report far yroup 33 (Po^er6y6hm anatuiH and tecniqueiVSTGRL^Sk 38-00. э 4 , ,

59. Нитрате Wony K.P., Lee YX Numerical integration a/.qoritmus in power-wtem djnamic email 5

60. П r Ту, r l- Г С „ -/• Г ', / О.';!, , JO ! И £9 . Кцкап ft. Sjzvzlopmeni of an interactive- power jyittmo voE№tH5.

61. Uniqt U.S. Aiib for Me emergency control of power Wttmi. Fiedni 1Щ N6771. Lee17..И. Ihofne 2). И Jlodifuoi minimum cost jlow dilpatch'wd PAS mi N2.

62. Mkolma* ПГ1.Л WotbnSery 6.F. Лп advanced con-tinqency telectbn aPqontm PA<5/ J98{ N2.

63. Ptyiman F.Z., Izfi Ml. Transient daktlty prd