Тексты лекций по дисциплине «оптимизация и управление системы электроснабжения»

Электроэнергетика как система управления. Современная электроэнергетика страны и ее подразделения — Единая энергосистема страны (ЕЭС), региональные объединения энергосистем (ОЭС) и отдельные энергосистемы (ЭС)—являются большими динамическими системами кибернетического типа.
Для улучшения качества управления этим огромным и сложным комплексом систем всей страны создана и развивается отраслевая автоматизированная система управления ОАСУ «Энергия». Эта система имеет многоуровневую иерархическую структуру, охватывающую различные сферы деятельности (административную, хозяйственную, оперативного управления, учета и т. д.) центрального аппарата «Узбекэнерго» и его подразделений, объединений энергосистем, районных управлений энергосистем, электростанций и сетевых предприятий, а также научно-исследовательских и проектно-изыскательских институтов, строительно-монтажных и наладочных организаций. В состав ОАСУ входят подсистемы двух видов— функциональные и обеспечения.
В функциональные системы входят различные автоматизированные системы— диспетчерского управления (АСДУ) для оперативного управления режимами ЕЭС и ее подразделений, административного и хозяйственного управления, учета, контроля и: анализа производственной деятельности предприятий, материально-технического снабжения, перспективного планирования развития энергосистем и др. Эти АСУ предназначены для обеспечения эффективной деятельности всех звеньев электроэнергетики при:
высоких показателях качества электрической и тепловой энергии. Подсистемы обеспечения наряду с общими свойствами имеют некоторые специфические особенности, зависящие от свойств энергосистем и энергетики в целом.
Автоматизированные системы диспетчерского управления предназначены для оперативного управления, которое построено по иерархическому принципу. Высший орган оперативного управления ЕЭС — Центральное диспетчерское управление (ЦДУ ЕЭС), которому подчиняются Объединенные диспетчерские управления (ОДУ ОЭС) объединений энергосистем. Далее по оперативной иерархии следуют диспетчерские службы энергосистем (ДС ЭС), затем — оперативные органы управления электростанциями и предприятиями электрических сетей. ЦДУ осуществляет оперативное управление режимами ЕЭС в целом и должно обеспечивать ее экономичную, надежную и бесперебойную работу, при надлежащих качествах электрической и тепловой энергии в нормальных режимах, а также возможно более быструю ликвидацию общесистемных нарушений (аварий) нормальной работы ЕЭС. Функциями ЦДУ являются также краткосрочное планирование и долгосрочное прогнозирование выработки и потребления электроэнергии, координация планов режимов, оптимальное использование топливных ресурсов для ЕЭС в целом и гидроэнергетических ресурсов, а также некоторые другие менее крупные задачи оперативного управления ЕЭС. Кроме того, ЦДУ участвует в разработке общей стратегии развития ЕЭС страны, генеральных направлений разработки САУ нормальными режимами и общесистемной противоаварийной автоматики. Аналогичные функции выполняют ОДУ ОЭС и ДС ЭС применительно к соответствующим уровням иерархии управления *. На каждом уровне иерархии есть, разумеется, своя номенклатура задач, однако среди них можно назвать несколько наиболее типичных, которые приходится решать и на уровне энергосистемы, и на уровне объединения энергосистем:
1) сбор, агрегирование и документирование информации, поступающей с нижних уровней иерархии;
2) определение технических и экономических показателей (включая надежность) работы станций, предприятий электрических сетей, межсистемных связей и системы в целом, включая контроль текущего режима и сигнализацию отклонений контролируемых параметров от установленных пределов;
3) расчеты и анализ режимов систем (расчеты установившихся режимов, токов коротких замыканий, статической и динамической устойчивости и др.), оценка ситуаций в возможных послеаварийных режимах. Расчеты по запросу диспетчера;
4) прогнозирование нагрузок отдельных узлов и системы в целом, а также обменных потоков мощности с соседними системами;
5) планирование оптимальных режимов систем, включая решение следующих задач:
экономически оптимальное распределение активной нагрузки системы между станциями и на станции — между агрегатами при данном составе работающего оборудования;
оптимальное распределение реактивных нагрузок, выбор нагрузок источников реактивной мощности с учетом допустимых напряжений;
выбор оптимального состава работающего оборудования;
выбор оптимальных сроков профилактических и текущих ремонтов и ревизий оборудования;
долгосрочное планирование режимов и оптимальных графиков капитальных ремонтов основного оборудования.
Практическое решение перечисленных задач в энергообъединениях и системах требует разумного разделения их на подзадачи в пространстве и времени:
1) разделение перспективных и оперативных расчетов на две самостоятельные группы;
2) представление подсистем более низких ступеней иерархии в обобщенном, укрупненном виде, без учета мелких деталей (агрегирование) для уменьшения размерности при расчетах режимов систем более высоких ступеней иерархии;
3) раздельные расчеты режимов подсистем с последующим их согласованием для получения характеристик режимов систем в целом.
Система правил таких раздельных расчетов подсистем и последующего их объединения называется диакоптикой, а расчленение систем на подсистемы — декомпозицией.
Автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ), как и любые другие АСУ, выполняют функции планирования, организации, оперативного управления и связи.Однако специфика диспетчерского управления энергосистемами и объединениями соответственно отражается на этих функциях, в- первую очередь, на функциях планирования и оперативного управления.
Планирование (и прогнозирование) режимов и состояний энергосистем выполняется как на ближайшую, так и на более отдаленную перспективу с целью своевременной подготовки энергосистем для выполнения оптимальных управляющих воздействий.
Прогнозирование выясняет ожидаемые потребности в мощности и энергии, возможности энергосистем по выводу части оборудования в ремонт, вводу в строй нового оборудования, наличию энергоресурсов (в том числе и гидроресурсов) и оценивает будущее поведение всех энергоприемников.
Планирование — есть выбор целей и управляющих решений на основе ожидаемого прогноза.
Оперативное управление осуществляется в условиях единого технологического процесса производства, распределения, передачи и потребления электроэнергии и принимает решения в двух случаях:
1) нормальный режим. При этом АСУ используется для коррекции запланированных состояний и режимов, так как действительное состояние системы зависит от многих случайных факторов и отличается от прогноза. Эта коррекция предназначается для создания наилучшего режима системы с точки зрения минимума народнохозяйственных затрат с выполнением всех требований качества электроснабжения;
2) аварийные и непредвиденные ситуации. Современный уровень САУ в энергосистемах таков, что они пока не в состоянии принять па себя основные функции по автоматической ликвидации всех общесистемных аварий и их нежелательных последствий.
Главной причиной является огромная сложность процессов и различных зависимостей в энергосистемах, полная автоматизация управления которыми в настоящее время нереальна. Таким образом, основные операции по ликвидации аварий и скорейшему переходу к нормальной эксплуатации осуществляются оперативным персоналом, поскольку АСДУ пока во многих случаях не в состоянии своевременно и в полном объеме обработать необходимую информацию и дать надлежащие рекомендации. Именно это является главным различием в управлении аварийными и нормальными режимами.
Для решения задач, стоящих перед диспетчерскими управлениями и службами, современные АСДУ всех иерархических уровней оснащаются все более мощными комплексами технических средств (КТС), в которые, в частности, входят устройства цифровой вычислительной техники третьего поколения вместе с видеодисплеями, обеспечивающие тесную связь человека с машиной в процессе управления. Эти средства позволяют выполнять не только расчеты вне процесса управления, т. е. на этапе планирования, но и обеспечивать информацией оперативный персонал непосредственно в процессе управления. Современные структуры управления предполагают использование информационно-вычислительных систем (ИВС), которые предназначены либо для целей оперативного диспетчерского управления, либо для расчетов вне процесса управления. В обоих случаях работа ИВС обеспечивает быстрый переход от задачи к задаче как по запросу, так и по заранее заданной программе автоматически.
При этом ИВС в АСДУ построены так, чтобы обеспечивать надежность выполнения наиболее ответственных функций системы ДУ. Чаще всего используются двухпроцессорные или двухмашинные КТС, в которых одна машина предназначается для оперативного управления, а вторая (резервная)—для решения остальных задач. В современных АСДУ все указывающие приборы почти полностью заменяются видеодисплеями, управляемыми ЭВМ. Дисплеи могут быть либо универсальными, либо разделенными функционально на управляющие (например, мнемоскопы с управляющим световым пером) и информационные (например, параметрографы). ИВС в системе ДУ должны прежде всего оказывать диспетчеру помощь в ведении режима, предотвращении тяжелых аварий, а также при резких изменениях режимов (например, при внезапных отключениях). Для этого КТС постоянно контролирует значения режимных параметров, автоматически изменяя их заданные пределы при изменениях схем системы, а также производит перспективный анализ состояния системы при возникновении тех или иных внезапных отключений, проверяя допустимость контролируемых параметров в этих ситуациях. Помимо перспективного анализа применяется и анализ ретроспективный, т. е. повторный просмотр на видеодисплеях информации о прошлом режиме для детального изучения имевшей место ситуации.