№ 2
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2015
УДК 621.311
ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
© 2015 г. И.А. ГОЛОВИНСКИЙ, М.И. ЛОНДЕР
ОАО "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы "
(НТЦ ФСК ЕЭС), Москва E-mail: igolovinskij@gmail.com
Систематизированы понятия и идеи, лежащие в основе автоматизации контроля оперативной надежности электрических сетей. В качестве составляющих оперативной надежности анализируются режимная и технологическая надежность. Уровень режимной надежности рассматривается как величина ее "запаса", образованного совокупностью действующих "степеней защиты". Предложено обобщение "критерия N — k" для выражения возможностей оперативного восстановления режима после k отказов. Понятие технологической надежности операций введено для исследования условий безопасности и безаварийности операций при их выполнении. Показано, что автоматизация контроля и обеспечения режимной и технологической надежности при оперативно-диспетчерском управлении электросетями основана на системе формализованных правил блокировки операций, проверяющих действие "степеней защиты" режима и операций.
Ключевые слова: оперативно-диспетчерское управление, режимная надежность электрической сети, технологическая надежность операций, критерий надежности "N — k", логическая блокировка, автоматический контроль надежности.
PRINCIPLES OF AUTOMATION OF THE CONTROL OF OPERATIONAL RELIABILITY OF ELECTRICAL NETWORK
I.A. GOLOVINSKII, M.I. LONDER
Open Joint Stock Company "Research and Development Center at Federal Grid Company of Unified Energy System" (OJSC "R&D Center"@FGS UES"), Moscow E-mail: igolovinskij@gmail.com
We systemize concepts and ideas underlying the automation of the control of operational reliability of electrical networks. Flow security and technological reliability are analyzed as the components of operational reliability. Degree of flow security is considered as the value of its "stock" formed by a set of acting "degrees of protection". We propose a generalization of the N — k security criterion to express the opportunities for rapid flow recovery after k failures. Also we introduce the notion of technological reliability of operations for the study of conditions of personnel safety and equipment security at the performance of operation. It is shown that automation of flow monitoring and enforcement and technological reliability in operational dispatch management system of power grid should be based on a system of
formalized locking rules. These rules check the action of the "degrees of protection" of the flow and operations.
Key words: operational dispatch management, security of power grid, technological reliability of operations, N — k security criterion, logical interlocking, automatic reliability control.
Введение
Осуществление электрическими сетями их основного назначения — поставки потребителям электрической энергии в соответствии с установленными техническими параметрами (частоты, напряжения, продолжительности отключений) — выполнимо только при наличии определенного уровня надежности их функционирования. В нормативно-технических документах дается определение понятия "надежность электроснабжения": Надежность электроснабжения — способность системы электроснабжения, в составе которой работают энергопринимающие установки потребителей, при определенных условиях обеспечить им поставку электрической энергии (мощности) в соответствии с заявленными величинами и договорными обязательствами при соблюдении установленных норм качества электроэнергии [ 1—3]1. Необходимые запасы надежности должны предусматриваться при проектировании электросетей и поддерживаться при их эксплуатации. Контроль и управление надежностью режимов электросетей — одна из важнейших задач оперативно-диспетчерского управления [5].
Решения, которые должен принимать оперативно-диспетчерский персонал для поддержания и восстановления требуемого уровня надежности функционирования электросети в случае его снижения, требуют анализа значительного объема информации и формирования логических заключений в условиях жестких лимитов времени. Необходимость автоматизации этих процедур очевидна, но она невозможна без формализации алгоритмов принятия решений по управлению надежностью. Последние требуют развития соответствующих теоретических подходов, что является содержанием настоящей статьи.
"Критерий N — к" в стратегическом и оперативном управлении надежностью электрической сети
Вопросы надежности в электроэнергетике регламентируются нормативно-техническими документами, см. [2, 3, 5—14])2, где значительное место занимают расчеты надежности систем электроснабжения, основанные на методах статистической (вероятностной) теории надежности. Расчеты необходимы для проектирования электросетей, выбора их оптимальных конфигураций и режимов. Отказы и нештатные отключения устройств рассматриваются при этом как случайные события. Областью применения теории надежности здесь является перспективное планирование развития и реконструкции электросетей и энергосистем. Будем называть ее стратегическим управлением надежностью электрической сети. Оно осуществляется в оффлайне.
Оперативно-диспетчерское управление образует другую область задач управления надежностью в электроэнергетике. Поддержание надежного режима электрической сети в онлайне, средствами оперативно-диспетчерского управления обеспечивается путем маневрирования лишь наличными ресурсами, установленным работоспособным оборудованием. Эту область управления надежностью электроснабжения будем называть оперативным управлением надежностью функционирования электрической сети и управлением оперативной надежностью электросети. Под "электрической сетью" понимается часть электрической сети Единой энергосистемы России, находящаяся в
1Общетехническая терминология по надежности определена в ГОСТ 27.002-89 [4].
2См. также сборники серии "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики". 1974-2013. Вып. 1-63.
управлении или ведении диспетчерской службы, осуществляющей оперативное управление надежностью.
Необходимость обеспечения надежности при оперативно-диспетчерском управлении режимами приводит к значительному усложнению его технологии. Оперативные переключения в электрических сетях производятся как правило по бланкам переключений, где насчитывается до 100—150 и более операций. Из них лишь несколько операций осуществляют собственно изменение режима. В основном это операции переключения выключателей, причем не обязательно все. Остальные операции служат для обеспечения надежности и безопасности этих "главных" операций, а также режимов, возникающих в результате их выполнения.
Одним из основополагающих факторов надежности электроснабжения является надежность элементов электросети, отдельных ее устройств. Надежность устройства определяется его конструкцией, качеством изготовления и монтажа, степенью износа, настройкой и регулировкой. Принципиальную роль играет уровень профессиональной готовности оперативно-диспетчерского персонала, его квалификация и психофизическое состояние. Эти аспекты надежности электроснабжения в статье не рассматриваются.
С точки зрения вероятностной теории надежности режим энергосистемы есть случайный процесс, поскольку на него влияют случайные события — отказы оборудования и внешние возмущения. Он допускает бесконечное множество возможных траекторий. Фактически реализуется единственная траектория, и диспетчер имеет дело только с ней. В процессе анализа и принятия решений диспетчер может учитывать вероятности последствий выбора того или иного варианта управляющих воздействий, но в основном его рассуждения следуют детерминистическому подходу. Правила оперативно-диспетчерского управления не содержат вероятностей. Вероятностные расчеты не дают прямого ответа на важнейшие вопросы оперативно-диспетчерского управления. Сохранит ли электрическая сеть (ее часть, управляемая диспетчером) выполнение своих функций непосредственно после того или иного управляющего воздействия или нештатного события? Будет ли полученный режим соответствовать установленным эксплуатационным показателям? Не будет ли нарушено электроснабжение потребителей? Не выйдут ли значения параметров режима за установленные пределы? Сохранится ли устойчивость режима?
Вопросы такого рода охватываются известным "критерием N — к" надежности системы [8, 9, 12]. Он является фундаментальным принципом детерминистического подхода к анализу надежности. Режим функционирования сложной технической системы считается надежным по критерию N — к, если после отказа любых к ее элементов он будет удовлетворять установленным требованиям по осуществлению текущих функций системы. Чем больше к, тем режим надежнее. В электроэнергетике данный критерий чаще всего понимают как требование сохранения энергоснабжения потребителей и поддержания физических параметров режима в установленных пределах в случае отключения каких-либо к устройств электроэнергетической системы (ЭЭС). Обычно к принимается равным 1 или 2, иногда 3.
Методы стратегического и оперативного управления надежностью, вообще говоря, различны. Стратегическое управление допускает любые способы усиления надежности путем наращивания основного и управляющего оборудования при соблюдении экономических и экологических ограничений. Для оценки стратегических решений используются преимущественно вероятностные методы теории надежности. Критерий N — к играет вспомогательную роль. Его используют для сравнения вариантов развития. А задача управления оперативной надежностью состоит в поддержании ее штатного уровня в рамках ресурсов, предусмотренных при проектировании. Здесь роль критерия N — к более значима, но применяется он только к совокупности установленного оборудования.
В [15] предложена расширенная трактовка критерия N — к. Согласно ей, множество к событий, по совершении которых проверяется объем функциональности системы,
может содержать не только отказы, но вообще любые возмущения режима. Это значит, что под отказом
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.