Введение к работе
Актуальность работы.
Создание Единой энергосистемы (ЕЭС) страны потребовало широкой автоматизации управления нормальными и аварийными режимами ее функционирования. При аварийных возмущениях (повреждениях электротехнического и энергетического оборудования) устройства автоматического управления призваны обеспечивать живучесть энергосистем и надежность электроснабжения потребителей.
Дальнейшее развитие электроэнергетических систем'(ЭЭС) идет по пути увеличения генерирующих мощностей, расширения масштабов сетевого строительства, создания новых высоковольтных межсистемных линий электропередач переменного и постоянного тока.
В мире продолжается дальнейший рост потребления электрической энергии, что требует увеличения мощностей, передаваемых по линиям электропередач и межсистемным связям. Появились новые технические решения с применением специальных преобразовательных устройств на базе мощных полупроводниковых приборов, позволяющие увеличить пропускную способность существующих линий электропередач.
С развитием и усложнением энергосистем проблема обеспечения их устойчивости приобрела особую актуальность. Релейные устройства противоаварийной автоматики не обеспечивали возросших требований надежного функционирования энергосистем. Требовалось дальнейшее развитие систем противоаварийного управления как в части создания новых более совершенных алгоритмов так и реализующих их программно-аппаратных средств с применением новейших достижений в области микроэлектроники.
Цель работы
Исследование и разработка методов формирования оптимальных алгоритмов и микропроцессорных средств противоаварийного управления для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем.
Научная новизна.
1. Впервые сформулирована задача определения управляющих воз
действий для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем в
виде задачи нелинейного программирования и разработаны методы ее
решения.
2. Впервые разработан метод оптимизации расчетов при
приближении к границе области динамической устойчивости с
использованием теории функций Ляпунова.
-
Исследованы разделяющие поверхности областей устойчивости многомашинных электроэнергетических систем, позволившие определить структуру функциональных алгоритмов противоаварийной автоматики и значения контролируемых режимных параметров.
-
Впервые разработаны регулярные методы формирования алгоритмов противоаварииного управления для сохранения устойчивости энергосистем в виде функциональных зависимостей управляющих воздействий от режимных параметров, аппроксимирующих результаты предварительных вариантных исследований устойчивости энергосистем.
-
Разработан метод аппроксимации опытных точек на границе области устойчивости.
-
Разработана процедура выбора оптимальных алгоритмов с учетом погрешностей расчетной модели, устройства управления, измерения режимных параметров и дискретности реализации управляющих воздействий с помощью метода имитационного моделирования.
7. Разработаны методы оценки допустимых погрешностей измерения
режимных парамеров для устройств противоаварийной автоматики с
использованием функции чувствительности.
8. Разработаны принципы создания и координации многоуровневых
иерархических систем противоаварииного управления протяженными
энергосистемами.
Установлены три фазы противоаварииного управления для обеспечения динамической устойчивости, устойчивости переходного процесса к послеаварийному режиму и статической устойчивости послеаварийных режимов.
9. Исследованы и разработаны структура микропроцессорного
устройства и алгоритмы его функционирования .
10. Разработаны принципы программно-аппаратного обеспечения надежности микропроцессорных устройств протнвоаварийной автоматики.
Практическая значимость и реализация результатов.
1. Разработанные методы формирования алгоритмов противо-
аварийного управления применяются проектными организациями.
Методы использованы при проектировании устройств противоаварийной
автоматики на Ленинградской АЭС, Калининской АЭС, Балаковской АЭС,
подстанции Ленинградская (750кВ), Волжской ГЭС, Заинской ГРЭС.
-
Разработанный комплекс программ для формирования алгоритмов противоаварийного управления был использован при проектировании и выборе алгоритмов устройства противоаварийной автоматики, установленного на подстанции Ленинградская (750кВ), при исследовании алгоритмов противоаварийного управления Костромской ГРЭС и Загорской ГАЭС.
-
На основе научных исследований и непосредственном участии автора разработано программно-аппаратное микропроцессорное устройство противоаварийной автоматики типа ПАА, реализующее функциональные алгоритмы противоаварийного управления. Разработано программное обеспечение устройства ПАА. ПАА полностью отвечает требованиям электромагнитой совместимости, помехозащищенности и надежности для управления электроэнергетическими объектами. Устройства ПАА, изготовленные заводом "Электропульт", работают на Балаковской АЭС, Волжской ГЭС, Заинской ГРЭС, подстанции Киндери (500кВ). Устройства ПАА поставлены также на Ленинградскую, Ровенскую и Запорожскую АЭС.
-
Разработанные принципы формирования иерархических систем противоаварийного управления легли в основу создания при участии автора двухуровневой системы противоаварийного управления ОЭС Поволжья, введенной в 1994 году в промышленную эксплуатацию. При создании системы был исследован и разработан помехоустойчивый протокол межмашинного обмена информацией на большие расстояния через последовательный интерфейс микроЭВМ и стандартные модемы связи.
-
На основе исследований с участием автора создан ряд микро процессорных устройств агрегатного уровня (автоматический регулятор возбуждения генераторов электростанций (АРВ-СДМ), устройстве управления мощностью турбоагрегатов (ЭЧСР-М), регулятор мощности для передач и вставок постоянного тока (РМ)), являющиеся исполнительными устройствами для ПАА.
-
Разработанные устройства противоаварийного управления внедрены в серийное производство на заводе "Электропульт" (г.Санк-Петербург).
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Принципы создания и координации многоуровневых иерархических систем противоаварийного управления протяженными энергосистемами с выделением трех фаз противоаварийного управления для обеспечения динамической устойчивости, устойчивости в переходном процессе к послеаварийному режиму и статической устойчивости послеаварийных режимов. Иерархическая система включает в себя уровни агрегатных и исполнительных устройств, станционных устройств, узловых устройств, системных комплексов и центрального комплекса.
-
Методы определения оптимальных управляющих воздействий для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем в виде решения задачи нелинейного программирования, где в число векторных ограничений включены системы дифференциальных и алгебраических уравнений возмущенного движения энергосистемы, путем приближения вначале к границе области устойчивости, а затем минимизации управляющих воздействий вдоль границы области устойчивости с использованием градиентных методов.
3. Оптимизация расчетов при приближении к границе области
динамической устойчивости путем организации расчетов переходного
процесса до выхода схемы на послеаварийную характеристику и
сравнении кинетической составляющей функции Ляпунова с
соответсвующим значением для неустойчивого переходного процесса с
учетом минимального значения кинетической составляющей , полученной
при прохождении фазовых переменных вблизи седловой точки.
-
Алгоритмы противоаварийной автоматики для определения управляющих воздействий в виде полиномиальных функциональных швисимостей не выше форм второго порядка от контролируемых режимных параметров с весовыми коэффициентами, зависящими от параметров энергосистемы.
-
Методы формирования алгоритмов противоаварийного управления для сохранения устойчивости энергосистем в виде функциональных зависимостей элементов вектора управляющего воздействия от режимных параметров, полученных путем аппроксимации предварительных вариантных решений задачи нелинейного программирования с применением методов многофакторного планирования экспериментов.
Метод аппроксимации опытных точек на границе области устойчивости, состоящий из этапа последовательного приближения вектора весовых коэффициентов ортогонально гиперплоскостям, образуемым каждым из опытов в пространстве весовых коэффициентов, и этапа их уточнения градиентным методом.
6. Оптимизация алгоритмов с учетом погрешностей расчетной
модели, устройства управления, измерения режимных параметров и
дискретности реализации управляющих воздействий с использованием
принципов имитационного моделирования.
Метод оценки допустимых погрешностей измерений режимных параметров для устройств противоаварийной автоматики с использованием функции чувствительности, определяемой в виде зависимости математического ожидания погрешности вычисления управляющих воздействий от максимальной погрешности измерительных преобразователей.
7. Структура микропроцессорного устройства противоаварийного
управления, обеспечивающая электромагнипгую совместимость и
инвариантность к типам применяемых микропроцессорных средств, и
алгоритмы его функционирования.
Принципы программно-аппаратного обеспечения надежности микропроцессорных устройств противоаварийного управления, позволяющие решать задачу выявления отказавших комплектов,
переключения на резервный комплект и диагностики отказавших элементов в неисправном комплекте вплоть до элемента замены.
8. Положительный опыт внедрения микропроцессорных устройств противоавариинои автоматики на электроэнергетических объектах и создания иерархической системы противоаварииного управления ОЭС Поволжья.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на 27 конференциях, совещаниях и симпозиумах (из них 7 - международных).
Всесоюзная конференция по применению метода функций Ляпунова в энергетике, Новосибирск, 1975;
Всесоюзная конференция по моделированию электроэнергетических систем, Таллин, 1977; Баку, 1982; Киев, 1985; Рига, 1987;
III Республиканская научно-техническая конференция по современным проблемам энергетики, Киев, 1980;
Всесоюзная научно-техническая конференция по проблемам нелинейной электротехники, Киев, 1981; 1984;
Всесоюзная научно-техническая конференция "Ленинский план электрификации в действии", Москва, 1981;
Всесоюзное научно-техническое совещание "Совершенствование средств противоавариинои автоматики в целях повышения надежности эксплуатации энергообъединений", Москва, 1981;
Всесоюзное научно-техническое совещание "Проблемы создания турбо-гидрогенераторов и крупных электрических машин", Ленинград , 1981;
Республиканская научно-техническая конференция "Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике", Харьков, 1982;
Республиканское научно-техническое совещание "Повышение надежности энергосистем Казахстана", Алма-Ата, 1983;
Всесоюзное научно-техническое совещание "Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР", Алма-Ата, 1979; Ташкент, 1984;
Всесоюзная научно-техническая конференция по применению микропроцессорной техники при автоматизации технологических процессов, Москва, 1985; 1987;
IV Международная конференция по передачам переменного и постоянного тока, Лондон, 1985;
Международный симпозиум СИГРЭ по взаимодействию передач переменного и постоянного тока, Бостон, 1987;
Международная конференция по большим электрическим системам -СИГРЭ, Париж, 1988; 1990; 1994;
Всесоюзная научно-техническая конференция по созданию комплексов электротехнического оборудования, Москва, 1986; 1989; 1994;
Международный симпозиум по управлению и развитию электрическзгх систем, Бразилия, 1992; 1994.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 76 печатных работ, is том числе 6 авторских свидетельств на изобретения.
