Предотвращение Аварий

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 14

Оценивание состояния ЭЭС – постановка задачи

Оценивание состояния объединенной энергосистемы (ОЭС) – важная процедура, позволяющая в темпе процесса оперативного управления рассчитать сбалансированный режим для текущей схемы электрической сети на основе телеизмерений.

Результатом оценивания состояния (ОС) является расчет установившегося режима электроэнергетической системы (ЭЭС) на основе измерений параметров режима и данных о состоянии топологии схемы.

Полученная расчетная модель ОЭС затем используется для решения различных технологических задач, в частности, в составе централизованных систем противоаварийной автоматики.

Внастоящее время все диспетчерские пункты ЕЭС России оснащены оперативноинформационными комплексами (ОИК). На западе ОИК называют SCADA системой (Supervisory Control And Data Acquisition). Если коротко, то это программно-аппаратная система для сбора и обработки телеизмерений, которые приходят от датчиков, установленных на объектах. Предназначена для обеспечения работы автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) в реальном времени.

Внедрение в практику диспетчерского управления современных высокопроизводительных средств вычислительной техники, развитие возможностей обмена информацией между уровнями диспетчерской иерархии посредством высокоскоростных каналов создает предпосылки для разработки и дальнейшего совершенствования методик и программ, предназначенных для оперативных расчетов режимов энергосистем на основе телеметрической информации.

ВОИК поступает телеметрическая информация и с помощью специальных средств архивируется, систематизируется и отображается. При этом построение математической модели режима работы энергосистемы или энергообъединения в ОИК не выполняется. Но в то же время в практике диспетчерского управления в последнее время возникла необходимость повышения точности и эффективности решения как оперативных задач, так и управления в целом.

Встаёт задача, как из существующей телеметрии получить сбалансированный текущий режим энергосистемы. В схеме может не хватать измеренных данных для точного расчёта, датчики могут вносить погрешности (как систематические, так и случайные). Т.е., имеются расчётная схема, часть измерений и (возможно) плановые или прогнозные значения генерации и потребления. С помощью имеющейся информации и законов Кирхгофа нужно восстановить сбалансированный текущий режим. Решение подобных задач называется оцениванием

состояния режима энергосистемы.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Задача оценивания состояния занимает особое место в комплексе оперативного диспетчерского управления: формируемая в результате ее решения модель установившегося режима создает основу для последующего выполнения других расчетов.

Оценивание состояния энергосистемы — это процедура, обрабатывающая информацию из ОИК и выдающая на выходе все данные, требующиеся для расчета установившегося режима. Назначение программного комплекса "Космос" - решение задач краткосрочного планирования и оперативного управления на основе телеметрической информации, например, расчет установившихся и оптимальных режимов по данным телеизмерений. Но важнейшей задачей является задача оценивания состояния режима энергосистемы. На вход ПК подаётся именно срез (будем считать в один момент времени) данных телеметрии. Решение задачи оценивания состояния включает следующие вопросы:

проверку наблюдаемости режима;

отбраковку грубых ошибок в измерениях;

расчет сбалансированного электрического режима по общей совокупности измерений в

соответствии с принятым критерием.

Проверка наблюдаемости выполняется для того, чтобы выяснить, достаточно ли измерений для расчета режима по полной схеме и, если нет, выявить фрагменты, в которых параметры режима не могут быть определены. При наличии в составе исходных данных информации о некотором базовом (например, прогнозном) режиме, программа рассчитывает минимально необходимое число псевдоизмерений. При этом используется предположение о том, что соотношения между нагрузками отдельных узлов в текущем режиме сохраняются такими же, как и в базовом.

Отбраковка ошибочных измерений является центральным вопросом оценивания состояния. Решать вопрос иногда приходится в условиях низкого качества измерений и невысокой избыточности, а иногда и при недостатке измерений.

В разработанной программе отбраковка выполняется в два этапа:

На первом этапе расчета режима проверяются различные простейшие соотношения, в том числе:

нахождение измерений в физически допустимых границах;

соответствие перетоков активных и реактивных мощностей по концам линий электропередач;

соблюдение балансов активных и реактивных мощностей в узлах схемы;

соответствие перетоков реактивных мощностей уровням напряжений по концам ветвей. В результате работы первого этапа не только отбраковывается часть измерений, но и формируется список параметров, достоверность которых подтверждена результатами контроля. Информация из этого списка используется как при расчете режима, так и на втором этапе устранения ошибочных измерений.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 15

Оценивание состояния ЭЭС – уравнения установившегося режима

Напряжение U4 в базисно-балансирующем узле должно быть задано

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 16

Оценивание состояния ЭЭС – число уравнений и переменных

Разделение на вещественную и мнимую составляющие:

Pi , Qi

Ui , δi

Число уравнений = числу переменных = 2*n

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 17

Оценивание состояния ЭЭС – число телеизмерений

Многофункциональные измерительные преобразователи МИП-2 измеряют:

в узлах сети:	Ui , Ii , Pi , Qi	-	4*n
в присоединениях: Iij , Pij , Qij		–	3*m
Всего телеизмерений		μ = 4*n + 3*m
		ˋ ˊ ˏ		ǡ
Обозначим любое телеизмерение, представимое в виде функции от						ǡ	,
как

Тогда избыточность количества телеизмерений может быть преобразована в уточнение фактических значений параметров режима.

Итак, что мы имеем по каналам телеметрии из ОИКа:

Замеры по линиям электропередач (ЛЭП) – активные и реактивные перетоки мощности по началу или концу линии;

Замеры по активным и реактивным генерациям станций;

Замеры модулей напряжения на шинах станций и подстанций;

Замеры нагрузок (иногда встречаются или досчитываются в ОИКе);

Замеры положения отпаек трансформаторов с регулированием под напряжением (РПН);

Замеры модулей токов как по ЛЭП, так и по трансформаторам;

Суммарные параметры региона (например, суммарная нагрузка региона, суммарная генерация региона, суммарное сальдо региона);

Значение потерь на корону ЛЭП (иногда встречаются, например в южных регионах, где корона сильно влияет на режим системы);

Состояния (вкл/откл) коммутационного оборудования (как правило, это выключатели), называемые телесигналами (ТС).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 18

Оценивание состояния ЭЭС – метод взвешенных наименьших квадратов

Второй этап отбраковки грубых ошибок тесно связан с расчетом режима по общей совокупности измерений в соответствии с принятым критерием. В программе реализована возможность расчета на основе методов взвешенных наименьших квадратов (МВНК). Оптимизация целевой функции проводится с учетом ограничений на диапазон изменения оцениваемых параметров. При невысокой избыточности измерений учет ограничений позволяет снизить влияние ошибок в измерениях, а в ряде случаев и более обоснованно решать вопрос о том, какие измерения содержат грубые ошибки.

При использовании в качестве основы алгоритма МВНК отбраковка ошибочных измерений в ходе расчета выполняется в результате последовательного исключения из процесса оптимизации измерений, вносящих наибольший вклад в целевую функцию. Алгоритм построен таким образом, что позволяет вводить ограничения, устранять ошибочные измерения и при благоприятных обстоятельствах снимать ограничения в процессе минимизации целевой функции. Снятие ограничений связано, как правило, с устранением грубых ошибок.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 19

Оценивание состояния ЭЭС как оптимизационная задача – методы решения

1.Методы нелинейного программирования

2.Метод приведенного градиента

3. Метод множителей Лагранжа

4. Метод покоординатного спуска

Второй этап отбраковки грубых ошибок тесно связан с расчетом режима по общей совокупности измерений в соответствии с принятым критерием. В программе реализована возможность расчета на основе методов взвешенных наименьших квадратов (МВНК). Оптимизация целевой функции проводится с учетом ограничений на диапазон изменения оцениваемых параметров. При невысокой избыточности измерений учет ограничений позволяет снизить влияние ошибок в измерениях, а в ряде случаев и более обоснованно решать вопрос о том, какие измерения содержат грубые ошибки.

При использовании в качестве основы алгоритма МВНК отбраковка ошибочных измерений в ходе расчета выполняется в результате последовательного исключения из процесса оптимизации измерений, вносящих наибольший вклад в целевую функцию. Алгоритм построен таким образом, что позволяет вводить ограничения, устранять ошибочные измерения и при благоприятных обстоятельствах снимать ограничения в процессе минимизации целевой функции. Снятие ограничений связано, как правило, с устранением грубых ошибок.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 20

Централизованные системы противоаварийной автоматики

Использование противоаварийной автоматики за счет реализации заданных управляющих воздействий при аварийных возмущениях позволяет обеспечить увеличение максимально допустимых перетоков активной мощности в доаварийном (нормальном) режиме на величину объема управляющих воздействий (УВ). Основной предпосылкой к переходу от локального к централизованному управлению является нелокальный характер последствий аварийных возмущений и управляющих воздействий в энергосистеме. Принципиально возмущение стационарного режима ощущается в любой точке энергосистемы, хотя по мере удаления от места возникновения возмущения влияние его сказывается во все меньшей степени. Но возможны условия, при которых может не только быть зафиксировано, но и представить реальную опасность для устойчивости параллельной работы возмущение, возникшее в удаленных на сотни и даже тысячи километров частях энергосистемы. При этом степень и характер влияния удаленных возмущений определяется структурой энергосистемы, физическими характеристиками отдельных элементов и узлов, наконец, текущими схемнорежимными условиями и характеристиками самого возмущения (аварийного или управляющего).

Принцип централизованного управления большим количеством различных средств на основе информации о состоянии схемы, текущем режиме и аварийных возмущениях в крупном энергорайоне или целой энергосистеме используется, как правило, для решения задач обеспечения устойчивости и является актуальным для существующей в ЕЭС России структуры системообразующей электрической сети, специфическими особенностями которой является огромные расстояния между энергообъектами и наличие концентрированных узлов потребления и генерации. Основной целью разработки централизованной системы противоаварийной автоматики (ЦСПА) является повышение точности и сокращение избыточности управляющих воздействий (УВ) для снижения ущерба и расширение области допустимых режимов работы энергосистемы при ограниченном объеме УВ.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Централизованные комплексы отличаются тем, что вся информация об исходных схеме и режиме, а также о месте, виде и тяжести возникшего нарушения режима в районе противоаварийного управления собирается в центральном устройстве. На основе полученной информации это устройство вырабатывает управляющие воздействия, которые передаются для реализации на объекты управления.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 21

Развитие централизованных систем противоаварийной автоматики (ЦСПА)

ЦСПА — программно-технический комплекс, обеспечивающий в автоматическом режиме сохранение устойчивости работы энергосистемы при возникновении аварийных возмущений. ЦСПА играет важную роль в обеспечении надежности электроэнергетических систем, повышает точность и сокращает избыточность управляющих воздействий и расширяет область допустимых режимов работы энергосистемы. Создание ЦСПА предполагает наличие развитой техники телекоммуникаций.

Этапы создания ЦСПА:

•Нулевое поколение –с 1960-х годов до 1986 г., релейная техника (ФОЛ и др., КПР, ключи и накладки). Предварительные расчеты всех конкретных схемно-режимных, режимнобалансовых и аварийных ситуаций. Внедрено до 350 комплексов.

•Первое поколение – с 1986 г. (ОЭС Урала), мини-ЭВМ ЕС-1011У. всего до 10 комплексов АПНУ. Алгоритм II-ДО - подразумевает выбор управляющих воздействий (УВ) на основании предварительного расчета всех заранее заданных аварийных ситуаций. Результаты расчетов в виде областей и полиномов помещались в память центральной ЭВМ. В реальном времени производился логический выбор решения с учетом данных о текущей схемно-режимной ситуации.

ЦСПА — это программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий в автоматическом режиме сохранение устойчивости работы энергосистемы при возникновении аварийных возмущений. ЦСПА играет важную роль в обеспечении надежности электроэнергетических систем, повышает точность и сокращает избыточность управляющих воздействий и расширяет область допустимых режимов работы энергосистемы. Первые опыты автоматического учета режима удаленных частей энергосистемы относятся к 1960-м годам. С использованием техники того времени, в основном релейной, и имевшихся возможностей телекоммуникации создавались довольно неуклюжие устройства, которые, однако, позволяли учесть хотя бы некоторые схемно-режимные условия в энергосистеме. Выбор настроек (уставок) этих, по существу, локальных устройств противоаварийной автоматики (ПА) осуществлялся на основе предварительных расчетов конкретных схемно-режимных, режимно-балансовых и аварийных ситуаций (принцип П-До).

Первые опыты по созданию ЦСПА проводились в Объединенной энергосистеме Урала в 1970- х годах. В 1980–1990-е годы в энергообъединениях ЕЭС России на основе управляющих ЭВМ ЕС-1011 были внедрены ЦСПА первого поколения (также принцип II-ДО). К первому поколению относятся устройства ЦСПА на базе алгоритма II-ДО, при котором оценка устойчивости и выбор управляющих воздействий выполняются с использованием заранее рассчитанных областей устойчивости.