ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ
АВТОМАТИКА ЕЭС РОССИИ: НОВЫЙ ЭТАП
Доктор технических наук Л.А. КОЩЕЕВ, А.А. ЛИСИЦЫН (ОАО "НТЦ ЕЭС")1
Обеспечение требуемого уровня надёжности электроснабжения потребителей и устойчивости энергосистем - важнейшие проблемы организации эксплуатации и развития электроэнергетических систем. В условиях СССР решение этих проблем усложнялось специфическими особенностями схемно-режимных условий, которые определяются протяжённостью основной электрической сети, удалённостью наиболее крупных месторождений ископаемых энергоносителей и гидроресурсов от центров потребления электроэнергии и тепла. В этих условиях обеспечение устойчивости и живучести энергосистемы за счёт усиления электрической сети требует очень больших затрат. В СССР по разным причинам не нашли широкого применения передачи и вставки постоянного тока, которые в других странах с большой территорией используются и для передачи больших мощностей на дальние расстояния, и для повышения уровня устойчивости и живучести энергосистем. Особое внимание отече-ю ственных специалистов было привле-8 чено к совершенствованию релейной £ защиты и систем регулирования, а так-§ же к созданию системы противоава-| рийной автоматики (ПА). ^ В СССР впервые в мире начали ши-| роко применять так называемое сильев ное регулирование возбуждения гене-1 раторов и синхронных компенсаторов, | что обеспечило возможность работать § в зоне искусственной статической
к_
® 1 Научно-технический центр Единой энергетиче-^ ской системы.
устойчивости при передаче мощности на дальние расстояния. Применение современных видов релейной защиты позволило свести время отключения коротких замыканий практически к собственному времени срабатывания выключателя.
Однако во многих случаях даже при расчётных видах аварийных возмущений не удавалось обеспечить устойчивого перехода к послеаварийной схеме и необходимого запаса устойчивости в послеаварийном режиме. Для обеспечения устойчивости и предотвращения перегрузки сетевых элементов по току в этих случаях и, особенно, в случае возникновения тяжёлых аварийных возмущений, начиная с 50-х годов, стала широко использоваться противоава-рийная автоматика. При этом с первых шагов ПА подразделялась на комплекс устройств для обеспечения устойчивости энергосистем и предотвращения перегрузки по току элементов сети и комплекс средств для предотвращения тяжёлых последствий каскадного развития аварии (обеспечения живучести энергосистемы в случае нарушения устойчивости).
Отсутствие надёжных средств передачи информации на дальние расстояния с требуемой скоростью и точностью обусловило создание системы ПА на базе локальных устройств, использующих местную информацию о схеме и текущем режиме объекта управления и примыкающих сетевых элементов с ручной корректировкой уставок устройств ПА по факту существенных изменений схемы и режима энергосистемы.
10
© Л.А. Кощеев, А.А. Лисицын
В 60-70-е годы стремительно увеличивалось количество электростанций, в том числе крупных, появлялись новые классы напряжения, усложнялись схемы электрических сетей. Сложившаяся к началу 80-х годов ЕЭС и входящие в неё энергосистемы функционировали с большой перегрузкой, значительную часть времени частота держалась ниже 50 Гц, а многие элементы сетей загружались до предельно достижимых значений.
По мере усложнения схемы энергосистемы, увеличения разнообразия режимов и необходимости формирования режимов с большей загрузкой линий электропередачи и межсистемных связей эффективность локальных устройств ПА в значительной степени зависела от учёта параметров режима в удалённых частях энергосистемы. Эти обстоятельства привели к идее создания централизованного устройства ПА, в котором с той или иной степенью автоматизации учитывались бы общесистемные условия текущего режима. В большой степени этому способствовало совершенствование и развитие средств телепередачи результатов измерений режимных параметров и аварийной сигнализации, а также появление вычислительных средств, способных быстро обработать текущую информацию и дать оценку схемно-режимной ситуации по условиям устойчивости энергосистемы при возникновении аварийных возмущений. Эти технические достижения привели идею централизованной системы противоаварийной автоматики (ЦСПА) в область практической реализации, что, впрочем, ещё не определяло однозначного решения ни в части алгоритма, ни в части технического воплощения устройства ЦСПА. Необходимо было преодолеть такие трудности как многообразие схемно-режимных ситуаций и быстротечность аварийных процессов в энергосистеме, не говоря уже о многих других мелких и крупных подводных камнях.
Этапы развития централизованной системы противоаварийной автоматики. Уже на начальном этапе
разработки ЦСПА было очевидно, что система должна строиться по так называемому принципу ДО (доаварийного режима), который сводится к следую-щему2:
- на базе текущей схемно-режимной информации защищаемой энергосистемы (части энергосистемы) идентифицируется текущий режим;
- рассчитывается объём управляющих воздействий (УВ) для каждого из расчётных аварийных возмущений, результаты расчётов реализуются в виде уставок низовых устройств ЦСПА;
при возникновении аварийного возмущения сигнал на ввод управляющих воздействий поступает, минуя центральное вычислительное устройство, в устройство нижнего уровня.
Таким образом, выбор вида и объёма управляющих воздействий осуществляется в нормальном режиме, а реализуется управляющее воздействие по факту соответствующего аварийного возмущения (срабатывания соответствующего пускового органа), минуя центральное вычислительное устройство.
Первые внедрения устройств ЦСПА на базе ЭВМ относятся к 80-м годам. За прошедшие годы устройства совершенствовались по мере развития вычислительной техники и техники передачи информации.
Разработка алгоритмов и программного комплекса ЦСПА на первых порах велась независимо двумя группами специалистов. Базовое различие алгоритмов, разрабатываемых этими группами, заключалось, прежде всего, в различных принципах оценки устойчивости энергосистемы3.
Первый из этих принципов, услов- ю но обозначаемый 11ДО, заключается в § оценке устойчивости в текущем режи- г ме для каждого из расчётных аварий- § ных возмущений по данным предвари- § тельных расчётов, результаты которых в виде областей устойчивости, пред- |
2 Иофьев Б.И. Автоматическое аварийное управ- § ление мощностью энергосистем. М., 1973. ¡5
3 Кощеев Л.А. Автоматическое противоаварийное т
управление в электроэнергетических систе- 1
мах. Энергоатомиздат (Ленинградское отделе- ® ние), 1990. Г5
ставленных полиномами, размещаются в памяти центральной ЭВМ. Второй принцип, условно обозначаемый 1ДО, базируется на непосредственной оценке устойчивости в данном предаварий-ном режиме.
В том и другом случаях расчёты проводятся циклически. В каждом цикле выбираются вид и объём управляющих воздействий для всех расчётных возмущений (пусковых органов). Длительность цикла должна соотноситься со скоростью изменения нормального режима в энергосистеме. Обычно длительность цикла не должна превышать одной минуты.
Для функционирования устройства на базе алгоритма 11ДО требуется выполнение большого объёма предварительных расчётов областей устойчивости при каждом аварийном возмущении с широким варьированием всех значений схемных и режимных параметров защищаемой энергосистемы. При этом изменение исходной схемы (например, с вводом нового объекта) требует, как правило, корректировки всех областей устойчивости. Очевидно, что такой подход возможен лишь для защищаемой энергосистемы ограниченной сложности. В то же время предварительные расчёты областей устойчивости проводились с использованием наиболее производительных вычислительных средств, и области могли рассчитываться по условиям динамической устойчивости. Всё это обусловило использование ЦСПА с алгоритмом 11ДО применительно к небольшой части энергосистемы, включающей крупные ю электростанции, для которой особое § значение имеют условия динамичес-г кой устойчивости при близких корот-| ких замыканиях, особенно утяжелён° ных отказом релейной защиты или £ коммутирующих аппаратов. В качестве I первого такого объекта была выбра-£ на часть объединённой энергосистемы | (ОЭС) Сибири, включающая Братскую | и Усть-Илимскую ГЭС с примыкающи-§ ми линиями 500 и 220 кВ. Внедрение 1 такого устройства ЦСПА явилось ша-| гом вперёд, однако оно представля-? ло собой скорее локальное устройство
с расширенными возможностями, чем централизованное устройство для энергосистемы.
Для реализации устройства на базе алгоритма 1ДО не требуются предварительные расчёты областей устойчивости, так как расчёты проводятся применительно к текущему режиму в данном расчётном цикле. Это обеспечивает возможность в качестве защищаемого объекта принять энергосистему, сложность которой ограничивается лишь быстродействием центральной ЭВМ. При этом к ЭВМ, оказывающейся в расчётном контуре и являющейся элементом собственно противоава-рийной автоматики, предъявляются соответствующие требования по надёжности, что, естественно, снижает её эффективность по другим показателям, прежде всего, по производительности. Вначале разрабатывались специальные ЭВМ для ЦСПА. Однако по понятным причинам, в том числе из-за трудностей использования мировых достижений в области вычислительной техники, в последующем от этого отказались.
В качестве первого объекта для использования ЦСПА на базе алгоритма 1ДО была принята ОЭС Урала4. Эта энергосистема включает несколько десятков крупных электростанций и развитую сеть 500 и 220 кВ.
Ограниченные возможности вычислительной техники того времени вынудили отказаться от централизованной оценки динамической устойчивости и ограничиться выбором управляющих воздействий только по условиям статической устойчивости и предотвращению перегрузки по току в послеава-рийных режимах. Впрочем, это не было столь принципиально, так как условия устойчивости ОЭС Урала определялись, прежде всего, возможностями сохранения параллельной работы в послеаварийных режимах, причём зачастую при отключениях Вл5 вдали о
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.