Централизованная система противоаварийной автоматики

Технический результат полезной модели - Централизованная система противоаварийной автоматики с расширенными функциональными возможностями и повышенной точностью выбора управляющих воздействий (УВ) при различных возмущениях в электроэнергетической системе (ЭЭС) при обеспечении необходимого быстродействия.

Указанный технический результат достигается тем, что в централизованной системе противоаварийной автоматики, содержащей блок формирования расчетной модели (доаварийной расчетной схемы и режима), блок расчета УВ и блок таблицы решений, и использующей исходную информацию о расчетной схеме ЭЭС, а также оперативные данные измерений параметров режима и данные телесигнализации о состоянии сети в текущий момент времени с наблюдаемой части ЭЭС, блок формирования расчетной модели содержит: блок формирования псевдозамеров ненаблюдаемых частей ЭЭС, блок оценки режима полной схемы, блок эквивалентирования сети, блок эквивалентирования генераторов, автоматически формирующих расчетную модель (расчетную схему и режим) ЭЭС по текущим, задаваемым в интерактивном режиме схемным и режимным условиям полной, оперативной схемы контролируемой ЭЭС, и тем, что в блоке расчета УВ реализован алгоритм необходимого учета влияния частоты послеаварийного режима на расчетные параметры.

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к устройствам противоаварийной автоматики электроэнергетических систем (ЭЭС) с возможностью автоматического управления ЭЭС в аварийных режимах.

Уровень техники

С 1970-х годов в ЕЭС России для решения задач автоматического предотвращения нарушения устойчивости функционируют централизованные системы противоаварийной автоматики (ЦСПА) на базе микропроцессорной техники. Они строятся с использованием существующих локальных комплексов противоаварийной автоматики, рассредоточенных в ЭЭС (устройства нижнего уровня), и поступающей на диспетчерский пульт управления ЭЭС распределенной информации о текущем режиме, составе сети и доступных средствах управления. Основным элементом ЦСПА является вычислительный комплекс ЦСПА (располагаемый, как правило, в диспетчерском центре), который с периодичностью 20÷40 с определяет места и вычисляет объемы управляющих воздействий (УВ) для текущего режима ЭЭС при всех расчетных аварийных возмущениях, фиксируемых пусковыми органами, и передает эти данные в локальные комплексы для исполнения в случае возникновения аварийных возмущений. Кроме того, выполняется визуализация результатов расчета для оперативного персонала в виде таблиц решений ЦСПА для решения диспетчерских задач в режиме «советчика».

Известны технические решения, предложенные для разрабатываемых Централизованных систем противоаварийной автоматики нового поколения, реализующие алгоритмы выбора управляющих воздействий, основанные на строгих расчетных методах, позволяющих повысить точность выбора УВ. Общая функциональная схема ЦСПА, рассматриваемой как прототип [1], представлена на фиг.1. При получении очередного пакета телеизмерений (ТИ), несущих информацию о режиме защищаемой ЭЭС, и телесигналов (ТС), несущих информацию о состоянии элементов ЭЭС (включен/отключен), в блоке оценки состояния (режим наблюдаемой части расчетной схемы) производится балансировка режима наблюдаемой части расчетной схемы (как правило, сети высших классов напряжений). Далее в блоке равертывания эквивалента на основании данных о режиме наблюдаемых частей схемы производится развертывание ненаблюдаемых частей расчетной модели. Первые два блока совместно образуют блок формирования расчетной модели (режима и расчетной схемы) ЭЭС, по результатам работы которого формируется сбалансированный текущий режим расчетной схемы защищаемой ЭЭС. Далее, в трех блоках, образующих блок «Расчет УВ», выполняется основное вычислительное ядро технологического алгоритма ЦСПА: в блоке «Цикл по ПО и УНУ» реализован цикл перебора всех пусковых органов (ПО), несущих информацию об аварийных возмущениях в обрабатываемой несинхронной части, и устройств нижнего уровня (УНУ); в блоке «Выбор УВ по условиям динамической устойчивости» для каждого аварийного возмущения (каждого ПО) выбираются УВ, обеспечивающие динамическую устойчивость в начальной фазе аварийного процесса; в блоке «Коррекция УВ по допустимым параметрам ПАР» формируются дополнительные УВ, обеспечивающие нормативные запасы устойчивости и отсутствие токовой перегрузки элементов сети в послеаварийном режиме (ПАР). И те, и другие УВ независимо поступают в блок «Таблица решений». Сформированные таблицы решений после окончания цикла по пусковым органам передаются в соответствующее устройство нижнего уровня. После окончания полного цикла работы ЦСПА таблицы решений для всех УНУ попадают к диспетчеру и технологу.

Описанные выше технические решения предусматривают:

в блоке формирования расчетной модели

- использование в качестве входной информации (ТИ и ТС), данных от оперативно-информационного комплекса (ОИК),

- расчетная эквивалентная схема изначально вводится в блок оценки состояния и содержит полную схему только наблюдаемой части ЭЭС (как правило, сеть высших классов напряжения) и неизменный эквивалент остальной, ненаблюдаемой части;

- для оценки режима всей схемы на основании данных о режиме наблюдаемой части ЭЭС производится развертывание ненаблюдаемых частей расчетной модели;

в блоке «Коррекция УВ по допустимым параметрам ПАР», входящим в состав блока «Расчет УВ» - реализация алгоритма прогноза послеаварийного режима и, соответственно, формирование УВ осуществляется по условиям нормативного запаса устойчивости и отсутствия токовой перегрузки элементов сети в послеаварийном режиме.

К недостаткам указанных технических решений следует отнести следующее:

- кроме оперативной, постоянно используемой и контролируемой диспетчерским персоналом расчетной схемы, персоналу следует сопровождать вторую специальную схему, расчеты по которой ведутся в комплексе ЦСПА;

- для специальной схемы трудно готовить базовый режим, с использованием соотношений между нагрузками которого решается задача восполнения дефицита телеметрической информации при неполной наблюдаемости режима, требуется выполнение большой предварительной расчетной работы по созданию расчетной схемы ЦСПА для получения приемлемых по точности результатов;

- специальная расчетная схема менее удобна и более трудозатратна для анализа результатов технологами, сопровождающими работу комплекса и вносящими необходимые корректировки;

- отсутствие необходимого учета изменения частоты в послеаварийном режиме ЭЭС, влияющем на параметры рассчитываемых режимов и, соответственно, на выбор УВ.

Указанные выше недостатки в технических решениях по ЦСПА (прототипе) могут приводить к недостаточной достоверности формируемой расчетной схемы и режимов, до- и послеаварийного, и, как следствие, к неоптимальности рассчитываемых управляющих воздействий.

Сущность полезной модели

Технический результат полезной модели - создание системы с расширенными функциональными возможностями и повышенной точностью выбора (оптимизацией необходимого объема) УВ при различных возмущениях в ЭЭС при обеспечении необходимого быстродействия за счет ввода блоков, автоматически формирующих расчетную модель (расчетную схему и режим) ЭЭС по текущим, задаваемым в интерактивном режиме схемным и режимным условиям полной, оперативной схемы контролируемой ЭЭС и реализации алгоритма необходимого учета влияния частоты послеаварийного режима на расчетные параметры в блоке расчета УВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в централизованной системе противоаварийной автоматики, содержащей блок формирования расчетной модели (доаварийной расчетной схемы и режима), блок расчета УВ и блок таблицы решений, и использующей исходную информацию о расчетной схеме ЭЭС с имеющимися параметрами сети и синхронных машин, а также оперативные данные измерений параметров режима и данные телесигнализации о состоянии сети в текущий момент времени с наблюдаемой части ЭЭС, блок формирования расчетной модели содержит: блок формирования псевдозамеров ненаблюдаемых частей ЭЭС, на вход которого поступает информация о базовом режиме ЭЭС; блок оценки режима полной схемы, на 1-ый и 2-ой информационные входы которого поступает информация с оперативными данными измерений параметров режима (ТИ) и данные телесигнализации о состоянии сети в текущий момент времени (ТС) с наблюдаемой части ЭЭС, на третий информационные вход которого поступает информация о полной оперативной расчетной схеме ЭЭС, а четвертый вход соединен с выходом блока формирования псевдозамеров ненаблюдаемых частей; блок эквивалентирования сети, на информационный вход которого поступает информация от технолога с условиями эквивалентирования сети, второй вход которого соединен с выходом блока оценки режима полной схемы; блок эквивалентирования генераторов, на информационный вход которого поступает информация от технолога с условиями эквивалентирования генераторов, второй вход которого соединен с выходом блока оценки режима полной схемы, третий вход которого соединен с выходом блока эквивалентирования сети, а с выхода сформированные данные о расчетной модели ЭЭС (режиме и расчетной схеме) поступают на вход блока расчета УВ, где выполняется циклический (с перебором ПО и УНУ) расчет и выбор управляющих воздействий по условиям динамической устойчивости и допустимым параметрам послеаварийного режима с учетом изменения частоты послеаварийного режима; результаты выбора УВ поступают в блок таблицы решений, где выполняется формирование таблиц решений для всех локальных устройств противоаварийной автоматики нижнего уровня. После окончания полного цикла работы ЦСПА таблицы решений для всех УНУ попадают к диспетчеру и технологу.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена общая функциональная блок-схема ЦСПА, принятой за прототип.

На фиг.2 представлена блок-схема полезной модели -

Централизованной системы противоаварийной автоматики: 1 - блок оценки режима полной схемы, 2 - блок формирования псевдозамеров ненаблюдаемых частей, 3 - блок эквивалентирование сети, 4 - блок эквивалентирование генераторов, 5 - блок формирование расчетной модели, 6 - блок расчета УВ, 7 - блок таблицы решений.

Осуществление полезной модели В соответствии с представленной блок-схемой заявляемой полезной модели (фиг.2) оценка режима полной схемы (блок 1) производится для вводимой технологом полной оперативной расчетной схемы ЭЭС на основании периодически поступающих данных (ТИ и ТС) от оперативно-информационного комплекса ЭЭС по наблюдаемой части ЭЭС и данных псевдозамеров ненаблюдаемой части ЭЭС, формируемых блоком 2 на основании поступающих от диспетчерского оперативно-информационного комплекса данных базового режима - планового почасового суточного графика генерации-потребления. Данные по схеме с полученным режимом для полной оперативной схемы поступают на блок 3 эквивалентирования сети (статических элементов) и блок 4 - эквивалентирования генераторов (динамических элементов), где с учетом условий эквивалентирования задаваемых отдельно для сети и генераторов технологом последовательно проводится эквивалентирование сети и эквивалентирование генераторов с учетом результатов эквивалентирования сети и формируется эквивалентная расчетная модель ЭЭС.Сформированная блоком 5 расчетная модель ЭЭС (достоверный режим и адекватная ему расчетная схема) поступают на вход блока расчета УВ 6 для последующего расчета управляющих воздействий УВдин, обеспечивающих динамическую устойчивость, и формирования дополнительных УВпар, обеспечивающих нормативные запасы устойчивости и отсутствие токовой перегрузки элементов сети и недопустимого снижения напряжения в послеаварийном режиме. С выхода блока 6 и те, и другие УВ независимо поступают на входы блока таблица решений 7. Сформированные таблицы решений далее передаются в соответствующие устройства нижнего уровня. После окончания полного цикла работы ЦСПА таблицы решений для всех УНУ попадают к диспетчеру и технологу.

Таким образом, достигаются следующие положительные моменты:

- диспетчерский персонал сопровождает одну оперативную постоянно используемую и персоналом, и в ЦСПА контролируемую расчетную схему с готовыми данными базового режима, используемыми в ЦСПА, что сокращает трудозатраты, минимизирует возможность ошибки персонала за счет контролируемости получаемых результатов, и обеспечивает интерактивный режим функционирования ЦСПА;

- достоверизация режима проводится в полной оперативной схеме ЭЭС, что обеспечивает и максимальную достоверность его оценки, и, как следствие, выбор оптимального объема управляющих воздействий;

- используемое эквивалентирование элементов расчетной схемы при получении расчетной модели ЭЭС, обеспечивающее, с учетом условий эквивалентирования, задаваемых технологом, достаточную точность последующих расчетов, позволяет существенно сократить время расчета УВ, что особо актуально в задачах противоаварийного управления, решаемых в современных системах противоаварийной автоматики в режиме реального времени, и тем самым использовать для оценки режима оперативную полную схему ЭЭС практически любой сложности.

Работоспособность предлагаемого технического решения подтверждена результатами испытаний цифровой модели при сопоставлении с решениями, получаемыми технологом с использованием промышленных программ.

При этом в процессе испытаний было апробировано техническое решение по расширению функциональных возможностей блока коррекции УВ по параметрам послеаварийного режима (ПАР), входящего в состав вычислительного блока ЦСПА, связанное с реализацией этим блоком алгоритма учета влияния частоты послеаварийного режима на величины генерации и потребления при формировании дополнительных УВ. Результат - выбор управляющих воздействий с минимальным объемом (минимальной ценой) путем повышения точности расчетов на этапах решения задачи выбора управляющих воздействий за счет необходимого учета влияния частоты послеаварийного режима на расчетные параметры.

Предлагаемые технические решения реализованы в ЦСПА ОЭС Востока, находящейся в настоящее время на стадии ввода в опытную эксплуатацию.

Источники информации

1. Технологический алгоритм ЦСПА нового поколения. Л.А.Кощеев, П.Я.Кац, М.А.Эдлин, А.В.Жуков, А.Т.Демчук. Actual Trends in Development of Power System Protection and Automation, 7-10 September 2009, Moscow.

1. Централизованная система противоаварийной автоматики электроэнергетических систем (ЭЭС), содержащая блок формирования расчетной модели, блок расчета УВ и блок таблицы решений и использующая исходную информацию об оперативной расчетной схеме ЭЭС, а также диспетчерские данные измерений параметров режима и данные телесигнализации о состоянии сети в текущий момент времени в наблюдаемой части ЭЭС, отличающаяся тем, что блок формирования расчетной модели содержит: блок формирования псевдозамеров ненаблюдаемых частей ЭЭС, на вход которого поступает информация о базовом режиме ЭЭС; блок оценки режима полной схемы, на первый и второй информационные входы которого поступает информация с диспетчерскими данными измерений параметров режима и данные телесигнализации о состоянии сети в текущий момент времени с наблюдаемой части ЭЭС, на третий информационный вход которого поступает информация о полной оперативной расчетной схеме ЭЭС, блок эквивалентирования сети, на информационный вход которого поступает информация от технолога с условиями эквивалентирования сети, и блок эквивалентирования генераторов, на информационный вход которого поступает информация от технолога с условиями эквивалентирования генераторов; при этом четвертый вход блока оценки режима полной схемы соединен с выходом блока формирования псевдозамеров ненаблюдаемых частей, второй вход блока эквивалентирования сети соединен с выходом блока оценки режима полной схемы; второй вход блока эквивалентирования генераторов соединен с выходом блока оценки режима полной схемы, а третий вход блока эквивалентирования генераторов соединен с выходом блока эквивалентирования сети; выход блока формирования расчетной модели соединен с входом блока расчета УВ, выходы которого с результатами расчета управляющих воздействий соответственно по условиям динамической устойчивости УВ_дин и по допустимым параметрам послеаварийного режима УВ_пар соединены со входами блока таблицы решений.

2. Централизованная система противоаварийной автоматики по п.1, отличающаяся тем, что блок расчета УВ дополнительно реализует алгоритм необходимого учета влияния частоты послеаварийного режима на расчетные параметры.