12.2. Функционирование и развитие апну
АПНУ начала развиваться со времени сооружения первых протяженных и сильно нагруженных ЛЭП сверхвысокого напряжения, связывавших мощные Волжские ГЭС с ОЭС Центра.
Отдельные релейно-контактные устройства АПНУ, обеспечивавшие устойчивость параллельной работы электрических станций, были слабо связаны между собой, и их действие не координировалось. С появлением миниЭВМ М6000, СМ-1 и СМ-2 были созданы централизованные системы АПНУ ЭЭС с управляющими вычислительными комплексами на диспетчерских пунктах энергосистем. Централизованные системы АПНУ координировали воздействия с устройствами АПНУ станционного уровня.
С появлением быстродействующих промышленных микропроцессоров и микро-ЭВМ начали развиваться многоуровневые иерархические системы АПНУ, рассредоточенные по ОЭС и ЕЭС (если рассматривать параллельную работу ОЭС Украины с ЕЭС РФ), с параллельными процессами вычислений.
Первой иерархической системой АПНУ стал двухуровневый микропроцессорный комплекс противоаварийного управления ОЭС Средней Волги. Двухуровневая АПНУ обеспечивает противоаварийным управлением электроэнергетический район, состоящий из нескольких десятков электроэнергетических объектов: системообразующих линий электропередач напряжением 500 кВ, узловых подстанций и мощных электрических станций, в том числе Волжской ГЭС, Заинской ТЭС и Балаковской АЭС.
Технические средства верхнего уровня иерархической АПНУ представляет управляющий вычислительный комплекс, состоящий из двух микроЭВМ и двух миниЭВМ. Система сбора информации в ОЭС обеспечивает микроЭВМ информацией о доаварийном режиме, которая предварительно обрабатывается и систематизируется ими. Используются:
- телеизмерения перетоков активной и реактивной мощностей по линиям напряжением 500 и 220 кВ и через автотрансформаторы связи (несколько сотен сигналов);
- телеизмерения напряжений на шинах электрических станций и подстанций (50 сигналов);
- телесигнализация положений выключателей присоединений напряжением 500 и 220 кВ (более 100 сигналов).
На основе первичной (в микроЭВМ) обработки информации миниЭВМ производят расчеты устойчивости при возможных наиболее тяжелых и рассредоточенных по ОЭС возмущающих воздействиях и вырабатывают дозированные противоаварийные управляющие воздействия для соответствующих ПО после каждого цикла расчетов длительностью в 1 мин. Дозированные управляющие воздействия предаются в микро-ЭВМ нижнего (станционного) уровня, а именно в микропроцессорные комплексы противоаварийного управления в виде панелей ПАА (панель ПА), установленных на указанных электростанциях.
Микропроцессорные ПАА выполняют:
- запоминание дозированных управляющих воздействий, переданных от управля-ющего вычислительного комплекса;
- расчеты дозировки управляющих воздействий с циклом малой длительности (5 с), необходимых при возможных возмущающих воздействиях на электростанциях и линиях электропередачи, отходящих от них, при которых необходимы управляющие воздействия на синхронные генераторы данной станции;
- исполнение дозированных противоаварийных воздействий как в пределах электростанции, так и с передачей их по системе быстродействующей передачи сигналов ПА.
Исполнение управляющих воздействий производится по сигналам ПО, при поступлении которых работа ПАА в цикле расчетов прерывается и осуществляется перевод ее в режим непосредственного противоаварийного управления. После идентификации возмущающего воздействия, выборки из ОЗУ микроЭВМ и исполнения соответствующих противоаварийных управляющих воздействий ПАА передает информацию в управляющий вычислительный комплекс о произведенных действиях и остается в режиме ожидания развития аварийной ситуации до наступления установившегося послеаварийного режима ЭЭС.
Более сложной является иерархическая автоматика предотвращения нарушения устойчивости ОЭС Урала. Ее второй – узловой (районный) – уровень обеспечивает противоаварийным управлением группу электростанций и линий электропередач между ними, выделяемую внутри ОЭС. Уровень иерархической АПНУ, обеспечивающий устойчивость функционирования ОЭС Урала в целом, определяется как региональный (системный). Еще более сложной получается формируемая иерархическая АПНУ ОЭС Центра. В ней создаются несколько узловых или районных уровней, действие которых должно координироваться региональным уровнем. Вычислительные технические средства регионального уровня находятся на диспетчерском пункте ОЭС.
Формулируемая иерархическая система противоаварийного управления ЕЭС (РФ)в целом имеет (верхний) центральный уровень, координирующий функционирование региональных АПНУ. Управляющий вычислительный комплекс расположен в ЦДУ ЕЭС. На верхнем уровне формируются и оптимизируются противоаварийные управляющие воздействия, реализуемые в различных региональных уровнях.
Разрабатываются алгоритмы и общее программное обеспечение иерархической системы противоаварийной автоматики ЕЭС. Структурная схема программной части распределенно-параллельной системы противоаварийного управления показана на рис.12.2.
Рис. 12.2. Структурная схема программной части системы противоаварийного управления.
На
центральном уровне ЦУ ПАА генератор
аварийных ситуаций моделирует в
соответствии с заранее заданной
последовательностью аварийные ситуации,
вызванные возможными воздействиями. С
учетом данных об исходном режиме ЕЭС
вычисляются и оптимизируются начальные
противоаварийные управляющие воздействия
УВ для k-того возмущающего воздействия,
которые по коммуникационной сети
передаются в системные (региональные)
уровни – СУ ПАА. На системных уровнях
параллельно производятся расчеты так
называемых функциональных характеристик
всех ОЭС, и по информационным каналам
указанной сети результаты расчетов
передаются в ЦУ ПАА. На основе решения
системных уравнений связи СУС между
ЭЭС и их функциональных характеристик
в ЦУ ПАА определяются приращение
мощностей
,
которые снова передаются в СУ ПАА, где
вновь рассчитываются функциональные
характеристики ОЭС.
В общем случае формирование дозированных управляющих воздействий централизованных и иерархических систем АПНУ представляет собой сложную задачу нелинейного программирования, решаемую на основе принципа многофакторного планирования эксперимента. Необходимое i-противоаварийное управляющее воздействие на изменение мощности Pij при j-возмущающем воздействии вычисляется как полиномиальная функция k-значений исходной мощности (в предшествующем возмущающему воздействию режиме) мощности и l- состояний схемы:
(12.1)
где С - весовые коэффициенты, рассчитанные для каждого из возможных возмущающих воздействий и послеаварийных режимов.
Расчеты с межмашинным обменом информации производятся, пока итерационный процесс не сойдется или не разойдется, что оценивается в ЦУ ПАА. В последнем случае формируются новые управляющие воздействия, и процесс их оптимизации продолжается. После определения дозированных управляющих воздействий для k-того возмущающего воздействия производятся расчеты для (k+1)-го возмущающего воздействия.
Все полученные результаты расчетов по коммуникационной сети передаются в микроЭВМ узловых или станционных устройств ПА в виде таблиц решений. МикроЭВМ панелей противоаварийной автоматики ПАА узлового (станционного) уровня определяют необходимые дозированные противоаварийные управляющие воздействия на управляемые электроэнергетические объекты.
Быстродействующие вычислительные параллельные системы, способные реализовать центральные и региональные уровни иерархической ПА в настоящее время выпускаются только зарубежными фирмами на основе быстродействующих микропроцессоров I860 (25 МГц), функционирующих под управлением операционных систем Unix, Helios (см. рис. 12.2) и микропроцессора TMS320CHO, управляемого операционной системой реального времени Virtuoso. На схеме указаны так называемые рабочие вычислительные станции, объединенные для распараллеливания вычислительных процессов в локальную вычислительную сеть, фирмы SUN на микропроцессорах Super SPARС (100 МГц) и операционная система Windows NT.
Эффективное функционирование иерархической ПА ЕЭС возможно лишь при волоконно-оптических линиях связи показанной на схеме коммуникационной сети зарубежного технического исполнения.
Контрольные вопросы
1. Почему АПНУ является общесистемной, иерархической и рассредоточенной по ЭЭС автоматикой?
2. Какова роль микропроцессорной вычислительной техники в совершенствовании автоматических устройств ПА?
3. Как функционирует автоматика предотвращения нарушения устойчивости ОЭС (на примере ОЭС Средней Волги)?
4. Как функционирует иерархическая АПНУ Единой электроэнергетической системы в целом (на примере ЕЭС РФ)?