книги / Математическое моделирование газотурбинных мини-электростанций и мини-энергосистем
..pdfлизе аварийности планируемых режимов. При такой оценке критериями будут являться:
•уровень напряжения в контролируемых точках сети,
•устойчивость параллельной работы;
•термическая стойкость элементов системы (в основ ном ЛЭП и трансформаторов).
Наиболее часто используется критерий термической стойкости, поскольку системы промышленного электроснаб жения развитых зарубежных стран, как правило, работают со значительными запасами по устойчивости [115,143, 145].
По результатам работы алгоритма выдается информация
онаиболее тяжелых возможных послеаварийных режимах, которые могут возникнуть после отключения ЛЭП, авто трансформаторов, генераторов. В некоторых случаях эта ин формация дополняется советами диспетчеру по восстановле нию нормального режима или по изменению текущего режи ма, в результате чего предотвращается опасная перегрузка
ввозможном послеаварийном режиме.
4.3.2. Комплексная оценка различных состояний системы на множестве отказов ирежимов
В электрической сети рассматриваются, например, сле дующие виды отказов [78,120]:
• одиночные отказы линий, трансформаторов и присое динений при нормальном срабатывании выключателей;
• одиночные отказы линий, трансформаторов и присое динений с отказом срабатывания выключателей и соответст вующим действием устройств резервирования отказа выклю чателей (УРОВ) (т.е. развитие отказа);
• двойные отказы, обусловленные наложением отказа на отказ, и отказ на ремонт;
• групповые или множественные отказы линий, прохо дящих по одной трассе.
Необходимость рассмотрения отказов более высокой степени должна быть обоснована специальными исследова ниями. При вычислении же показателей надежности следует различать отключения элементов для капитального и профи лактического ремонтов [70,171].
По результатам анализа формируется список состояний для последующего моделирования системы электроснабже ния в целом. Список включает:
•группы выпадающих присоединений до некоторой ве роятности появления;
•потери секций шин;
•потери всех присоединений.
Вероятность отказа линии, обусловленная ее непосред ственным повреждением, корректируется с учетом вероятно сти ее выпадения вследствие отказов оборудования распре делительного устройства (РУ). Кроме того, в последующем цикле анализа список отказов в электрической сети дополня ется списком групповых отказов в РУ, в том числе и с учетом выпадения генераторов. Такой подход позволяет учесть на дежность генерирующих узлов в общей оценке надежности системы. Обычно интенсивность отказов коммутационной аппаратуры значительно меньше интенсивности собственных отказов линий, а оборудование РУ в меньшей степени под вержено влиянию погоды, поэтому в расчетах можно ограни читься рассмотрением только схем объектов, находящихся в ремонтных состояниях, т.е. ослабленных [78,116].
Анализ отказов включает два важных обстоятельства
[78]:
1)по результатам моделирования отказов оборудования РУ модифицируются показатели надежности присоединений;
2)отказ линии даже при нормальном ее отключении со ответствующей защитой может привести к более сложной
ситуации с выпадением других присоединений, разделением секций шин. Аналогичные проблемы возникают при дейст вии противоаварийной автоматики на отключение генерато ров электростанций через выключатели высшего напряжения в ремонтных схемах РУ, когда при неправильной настройке ПА могут выпадать дополнительные присоединения [75].
Существует ряд достаточно специфичных проблем, тре бующих глубокого изучения в задаче комплексного анализа режимов функционирования системы электроснабжения: проблемы анализа каскадных и (или) зависимых отказов, проблема формирования стратегии восстановления [88, 121]. Изучение этих задач требует детального представления и мо делирования логики действия и отказов защит и противоава рийной автоматики. Например, необходимо распознавание следующих условий и правил [100]:
•способны ли линии, отключенные с одного конца, ос таваться в работе;
•локализуется ли поврежденное оборудование отклю чением всех смежных выключателей или только выключате лей, по которым протекает ток короткого замыкания к месту повреждения;
•возможно ли воздействие на секционные и шиносое динительные выключатели.
Вболее сложном случае при комплексном анализе режимов функционирования системы электроснабжения не обходимо рассматривать отказы основных защит и защит ближнего резервирования, логику действия защит дальнего
резервирования, защищающих присоединения, смежных споврежденным [154].
4.3.3.Корректировка схем ирежимов системы поусловиям анализа аварийности
Несомненно, что такая коррекция является составной частью процесса анализа последствий отказов в общем алго ритме анализа аварийности системы электроснабжения, кро ме того, можно рассматривать коррекцию и как сам способ снижения аварийности [141,142,144].
При решении этой задачи необходимо учитывать дейст вия ПА и оперативного диспетчерского управления в ава рийных и послеаварийных квазиустановившихся режимах. Современное состояние централизованных систем ПА на ба зе ЭВМ позволяет говорить о развитых методах коррекции, однако нельзя не учитывать фактор несопоставимого качест ва и количества нестандартных ситуаций (как по отказам, так и по последствиям), в которых должен действовать диспет чер [110, 111].
В методическом аспекте проблема применения оптими зационных методов (например, минимизация недоотпуска мощности в цикле анализа последствий отказов) пересекает ся с задачей выбора средств повышения надежности после ее анализа [110, 112]. Значительно хуже разработаны эксперт ные системы применительно к решаемой задаче [173, 181, 182,184].
Оптимизационный метод заключается в реализации ме тодов оптимизации (дооптимизации) режима с учетом на дежности и формировании стратегии управления для случаев вероятных аварийных нарушений [143, 177]. Решение задачи заключается в оптимальном распределении (или перераспре делении) нагрузок в системе электроснабжения для обеспе чения требуемого уровня надежности без ограничений, либо е учетом ограничений по надежности. В качестве последних выступают либо функции ущерба от ненадежности, либо уравнения установившегося режима для послеаварийных со
стояний, характеризующихся нарушением условий допусти мости (нарушение ограничений на контролируемые парамет ры режима, необходимость итерационного процесса расчета послеаварийного установившегося режима, недопустимое значение небаланса мощности и др.).
4.3.4.Разработка плана восстановления работы системы
сполным погашением после возможных крупных
(системных) аварий
Проблема восстановления работы системы электро снабжения может эффективно решаться с помощью эксперт ных систем, содержащих специализированные базы знаний [176, 181, 182, 183, 184]. Восстановление должно происхо дить с максимально возможной скоростью с учетом времени, необходимого для согласования действий оперативного пер сонала, выполнения отдельных операций, которые могут за тянуться в аварийных условиях работы оборудования [142].
Деятельность диспетчера сосредоточивается на следую щих основных позициях [113]:
1)восстановление нормальных значений параметров ре жима в оставшейся неповрежденной части системы электро снабжения;
2)обнаружение поврежденных или отказавших в работе
элементов, выводе их из схемы для последующего ремонта;
3)подача от основной части системы напряжения для восстановления питания потребителей;
4)поэтапное включение элементов сети, восстановление питания всех потребителей, оставшихся без напряжения.
Последовательность восстановления отдельных потре бителей определяется их ответственностью, конкретной си туацией, обусловливаемой состоянием элементов сети, на дежностью действия средств релейной защиты и автоматики при возможных коротких замыканиях, сохранением в про
цессе восстановления нормального режима параметров каче ства электроэнергии [142, 143]. При этом в первую очередь должны обеспечиваться требования надежности и качества электроснабжения, а на конечном этапе - экономичности [143].
4.3.5. Расчет показателей безопасности, характеризующих опасность возможныхразличных состояний системы для людей и окружающей среды
Безопасность трактуется как одно из единичных свойств комплексного свойства «надежность» и характеризует вто рую функцию из двух заданных функций объекта энергети ки: бесперебойное снабжение потребителей соответствую щей продукцией требуемого качества и недопущение ситуа ций, опасных для людей и окружающей среды [78,120].
Первичными возмущениями, которые могут приводить к отказам объекта, являются отказы его элементов (оборудо вания), внешние воздействия, ошибки персонала. Результа том тех или иных первичных возмущений могут быть отказы в выполнении объектом как первой или второй, так и обеих функций.
Свойство безопасности в целом выходит за рамки на дежности, поскольку неполнота безопасности может прояв ляться и в нормальных условиях работы объекта - при отсут ствии первичных возмущений, т.е. является следствием тех нического несовершенства объекта [78] или изменений внешнего характера.
Расчеты показателей безопасности необходимы для то го, чтобы оценить приемлемость тех или иных технических решений с позиции обеспечения допустимого уровня безо пасности рассматриваемого объекта. Методы расчета безо пасности в настоящее время слабо разработаны [143]. В зна чительной степени - из-за малой изученности проблемы
в целом, несовершенства системы получения информации о существующих уровнях безопасности и несовершенства информационной базы.
4.3.6. Ретроспективный анализ аварийных нарушений
В последнее время широкое распространение получили программы анализа аварийных ситуаций [95, 101, 128, 129, 188], формирующие в послеаварийном режиме обобщенное сообщение оперативному персоналу, идентифицирующее происшедшее аварийное нарушение с указанием поврежден ного элемента, правильно и неправильно подействовавших и отказавших устройств релейной защиты, выключателей.
Получив соответствующую информацию, персонал мо жет принять меры к оперативному устранению выявлен ных неисправностей: исключить из схемы отказавший выключатель, вывести в проверку отказавшие или непра вильно подействовавшие устройства релейной защиты и ав томатики.
Вкачестве исходной информации используются: теле сигналы, отображающие положение выключателей, а также запоминаемые ЭВМ сигналы об отключении и включении выключателей в процессе ликвидации аварийного наруше ния, о срабатывании пусковых и выходных органов релейной защиты, действии автоматического повторного включения
[66].
Вкачестве дополнительной информации могут исполь зоваться показания устройств, установленных на энергообъ ектах (регистраторов аварийных событий, осциллографов идр.) [122, 124].
Сопоставляя эти сигналы и замеры для элементов кон тролируемой сети, программный комплекс оценивает пра вильность действий защит и ликвидации повреждения.
Итак, как видим, состав и постановка задач анализа ре жимов функционирования систем электроснабжения, методы и алгоритмы их решения существенно различаются на раз ных уровнях диспетчерского управления [4, 69]. Для нижних уровней управления - это в основном проблемы электро снабжения конкретных потребителей, для верхних уровней это проблемы обеспечения единства основных электрических сетей, сохранения в работе крупных генерирующих узлов. Универсальных методов решения проблемы снижения ава рийности системы электроснабжения во всей совокупности перечисленных факторов не существует [105]. Решение пер вых двух из перечисленных задач опирается на общие подхо ды, методы и алгоритмы, включающие: характеристику кри териев формирования решений и типов отказов; описание общего алгоритма анализа режимов функционирования электроэнергетической системы и особенностей моделирова ния установившихся электрических режимов при исследова нии аварийности; характеристику методов моделирования отказов.
Перспективными видятся следующие направления раз вития методической и технической базы противоаварийной автоматики:
1)совершенствование процесса планирования нормаль ных режимов функционирования системы электроснабжения;
2)анализ и управление аварийными режимами системы электроснабжения;
3)обеспечение надежности при планировании состоя ний и режимов системы.
С учетом современного уровня вычислительной техники
исоответствующих программных средств появляется воз можность применения полных моделей установившегося режима.
4.4. Разработка алгоритма анализа и выбора режимов функционирования систем электроснабжения
в концепции построения единого ПТК АСКУЭ и ПА
Общая структурная схема алгоритма анализа и выбора режимов функционирования систем электроснабжения в кон цепции построения единого ПТК АСКУЭ и ПА приведена на рис. 4.7. Здесь в блоки, обведенные штриховыми линиями, включены смежные подсистемы, информационно и функ ционально связанные с комплексом анализа и выбора режи мов функционирования СЭС. Блоки с 1-го по 7-й предназна чены для формирования расчетной схемы системы ЭС и мас сивов условно-постоянной информации. Необходимые для расчетов данные (о режиме, схемах сети и РУ объектов, а также о пределах загрузки линий и сечений, пределах по напряжению, разрешенных местах приложения и объемах управляющих воздействий ПА и др.) поступают из базы данных.
Собственно оценка режимов функционирования СЭС (блоки 8-17) состоит в автоматическом выборочном модели ровании отказов линий, генерирующих агрегатов, выключа телей РУ с заданными интенсивностями отказов и длитель ности восстановления (блоки 8-10); анализе последствий этих отказов (блоки 11-14); вычислении показателей надеж ности функционирования системы (блок 15) и формировании стратегии снижения аварийности (блоки 16-17) в интерак тивном режиме непосредственного анализа эффективного применения доступных средств управления.
В зависимости от конкретных условий могут решаться как самостоятельные более частные задачи, например, такие как проверка допустимости параметров послеаварийного ре жима при том или ином отказе; выбор линий, отказы которых приводят к наиболее тяжелым последствиям; формирование упорядоченного по степени тяжести списка отказов; опреде ление расчетной пропускной способности сечения по заданной
о