6-5. Задачи обеспечения устойчивости энергосистем, которые целесообразно решать на уровне оперативного управления АСДУ
Основной особенностью задач обеспечения устойчивости при оперативном управлении является доминирующая роль дежурного персонала в их решении. Сопоставим порядок решения задач устойчивости при планировании режима и при оперативном управлении. При планировании режима решения об ограничениях по условиям устойчивости и характеристиках противоаварийной автоматики вырабатываются на основе многочисленных расчетов и обсуждения группой специалистов различных предложений.
При этом на расчеты, сопоставление вариантов и их обсуждение могут быть затрачены недели и месяцы. При оперативном управлении режимом дежурный диспетчер, как правило, не имеет возможности затратить на подготовку и принятие решений более нескольких минут. Возможность для квалифицированных консультаций у него также весьма ограничена. В этом отношении особенно острым является положение диспетчера в аварийных ситуациях, когда не хватает времени ни на всестороннее обдумывание принимаемых решений, ни на консультации со специалистами.
Для того чтобы разработать такой порядок принятия диспетчером решений при оперативном управлении режимом, который обеспечивал бы оптимальную или субоптимальную стратегию его действий, необходимо использовать кибернетический подход, так как в этой задаче тесно взаимосвязаны энергосистема как объект управления, вычислительная техника, средства передачи и приема информации диспетчером, общения персонала с ЦВМ, ввода информации в ЦВМ и средства управления энергообъектами. При этом главнейшим элементом этой кибернетической системы является персонал и его психические и физические возможности, которые, в основном, определяют максимальное быстродействие системы.
Здесь не рассматриваются все аспекты этой проблемы, так как она решается совместно большим коллективом специалистов, а лишь анализируется тот круг задач, который связан с разработкой методов, алгоритмов и программ для помощи диспетчеру в обеспечении устойчивости режимов в условиях оперативного управления. При этом считаются заданными психические и физические возможности персонала и выдвигаются требования к техническим средствам для решения этих задач.
Общей тенденцией дальнейшего совершенствования диспетчерского управления должна быть постепенная передача функций управления (в первую очередь по обеспечению устойчивости) автоматическим системам. Целесообразность такой тенденции обусловлена тем, что решение задачи обеспечения устойчивости в аварийных условиях требует от человека больших психических перегрузок, при которых создаются предпосылки ошибочных действий. Это положение подтверждается многочисленными примерами, наблюдаемыми при авариях в энергосистемах. Естественно, что переход к автоматическому управлению аварийными процессами осуществляется и будет осуществляться по этапам, которые определяются научной и технической подготовленностью и технико-экономической целесообразностью передачи части функций диспетчера автоматическим системам.
Рассмотрим с указанных позиций диспетчерское управление в части задач устойчивости и выделим те из этих задач, которые в ближайшее время целесообразно решать с помощью АСДУ при оперативном управлении. Оценка эффективности такого решения рассмотрена в следующем параграфе.
В настоящее время диспетчер при ведении режима системы учитывает ограничения по устойчивости, которые даются ему в виде инструкции (максимальные потоки мощности по основным линиям электропередачи и минимальные напряжения в основных узлах системы). Изменения схемы системы — плановые или аварийные отключения различных ее элементов (генераторов, трансформаторов, линий, устройств релейной защиты и автоматики) влияют на ограничения по устойчивости. Изменение этих ограничений также отражается в инструкциях в тех случаях, когда оно существенно. Как указывалось в предыдущих главах, для определения ограничений по устойчивости, вносимых в инструкции, и выбора эффективной противоаварийной автоматики службы режимов ЦДУ, ОДУ и в ряде случаев энергосистем выполняют расчеты устойчивости, дополняя их системными испытаниями. Эти расчеты выполняются, как правило, 2 раза в год (на зимний и летний периоды), т. е. на уровне долгосрочного планирования. В ЦДУ и ряде ОДУ имеется тенденция выполнять также расчеты устойчивости при краткосрочном планировании. При таких расчетах рассматриваются нормативные расчетные возмущения [130], которые корректируются в соответствии с местными условиями.
Такая система учета ограничений, обусловленных условиями устойчивости, имеет ряд недостатков:
возникновение в эксплуатационных условиях таких ситуаций, которые не предусмотрены инструкциями. В этих случаях действия персонала, не имеющего возможности правильно оценить устойчивость системы, могут привести к ее нарушению. Нарушения устойчивости вследствие этого имеют место достаточно часто;
ограничения по условиям устойчивости меняются в значительной степени при изменении схемы и режима, но учесть все эти изменения в инструкциях практически невозможно. Поэтому ограничения в инструкциях определяются для наиболее неблагоприятного сочетания режимов и схем, вследствие этого для большинства имеющих место условий запас устойчивости избыточен. Это обстоятельство не позволяет во многих случаях иметь экономичный режим, а иногда приводит к излишнему ограничению потребителей или сливу воды на ГЭС;
ввод и вывод из действия и изменение уставок противоаварийной автоматики осуществляется персоналом в соответствии с инструкциями. Поэтому в некоторых аварийных ситуациях такая автоматика не обеспечивает сохранения устойчивости (в то время как принципиально такая возможность имеется), а в других случаях не позволяет иметь более экономичные режимы;
обычные расчетные возмущения, на основании которых определяются ограничения по устойчивости, приняты на основе обобщения опыта эксплуатации. В нормативном документе [130] предусмотрена некоторая гибкость, позволяющая изменять расчетные возмущения в зависимости от ущерба, вносимого ограничениями по устойчивости (слив воды на ГЭС, ограничения потребителей и т. п.), и от ущерба, вызываемого нарушением устойчивости, однако использовать эту гибкость в условиях эксплуатации трудно. Особенно эта трудность возрастает, когда требуется оперативно решить, при каких расчетных возмущениях для ремонтной схемы должен быть устойчив режим. Связано это с тем, что в этом случае при определении возможного ущерба при нарушении устойчивости вследствие тех или иных возмущений необходимо учитывать вероятность возникновения этих возмущений в течение времени существовавши расчетной схемы и режима.
Рассмотренные недостатки существующей диспетчерской практики решения задач устойчивости можно пытаться устранить в рамках АСДУ двумя путями: усложнять диспетчерские инструкции, увеличивая в них количество различных сочетаний схем и режимов, и закладывать эти инструкции в память управляющей машины. В этом случае по запросу диспетчера ему должен даваться ответ на вопрос, устойчив ли намеченный на определенную длительность режим в данной схеме, а если нет, то какие должны быть ограничения режима и какие изменения в противоаварийной автоматике; дать диспетчеру возможность получать ответ на тот же вопрос путем выполнения на управляющей машине всех необходимых расчетов для данной конкретной ситуации, т. е. переходить к управлению с моделью.
С точки зрения простоты действий диспетчера эти пути одинаковы, так как информация вводится в ЦВМ автоматически, а действия диспетчера в обоих случаях одинаковы, причем независимо от диспетчера может выполняться периодический анализ устойчивости существующего режима с выдачей ему, если это требуется, советов по изменению противоаварийной автоматики и изменению режима системы.
С точки зрения тех, кто должен готовить инструкции, закладываемые в память ЦВМ, первый путь значительно тяжелее второго, поскольку составить инструкции на все возможные сочетания схем и режимов даже теоретически невозможно, а если еще учесть необходимость вероятностного подхода при определении расчетных возмущений для ремонтных схем, то задача еще более усложняется. Следовательно, от «инструкций», закладываемых в память ЦВМ, невозможно получить такие же «умные» советы в части оценки устойчивости и мер по ее улучшению, как это можно ожидать от управления с моделью, т. е. от расчета для конкретной схемы и режима. Таким образом, второй путь — управление с моделью представляется лучшим.
Для оценки устойчивости намеченного режима требуется, как минимум, определить, достаточен ли запас статической и синхронной динамической устойчивости. Для оценки достаточности запаса статической устойчивости системы, имеющей около 100 узлов и 30 генераторов, требуется примерно 0,5—1 ч машинного времени на ЭВМ типа М-220 (при использовании существующих программ). Примерно такое же время необходимо для одного расчета переходного процесса при к. з. Чтобы оценить уровень устойчивости системы, необходимо провести несколько десятков расчетов переходных процессов, т. е. решение задачи займет несколько десятков часов, что неприемлемо. Таким образом, возможности применяемых в настоящее время ЭВМ средней мощности и используемых программ не позволяют достаточно быстро выполнять оценку устойчивости по запросу диспетчера. Однако возможность проведения таких расчетов появляется при использовании машин третьего поколения, имеющих достаточное быстродействие. Таким образом, оба пути имеют свои преимущества и недостатки, и в настоящее время, по-видимому, целесообразно развивать и то и другое направление.
Для создания АСДУ при использовании обоих путей необходим практически один и тот же комплекс алгоритмов и программ, который требуется разработать в кратчайшие сроки. Эти алгоритмы должны позволить определять: а) запас статической устойчивости (или достаточность этого запаса), б) запас динамической синхронной или результирующей устойчивости (или достаточность этого запаса), в) управляющие воздействия, оптимальные по условиям повышения устойчивости, г) уставки противоаварийиой автоматики, близкие к оптимальным (субоптимальные) по условиям устойчивости, д) изменения режима, необходимые для работы с заданным запасом устойчивости, е) уровень надежности режима* ж) расчетные аварии, при которых уровень устойчивости режима, имеющего заданную длительность, близок к оптимальному.
Алгоритмы «а» и «б» будут разработаны в первую очередь; «в», «г» и «д» — во вторую, а «е» и «ж» — в последнюю очередь. Такая последовательность разработок определяется и состоянием научных исследований и тем, что последующие задачи не могут решаться до тех пор, пока не решены задачи предшествующие.
Решение указанных задач при оперативном управлении режимом даст возможность персоналу уточнить ограничения по устойчивости и уставки противоаварийной автоматики при внеплановых изменениях схемы и режима энергосистем. Кроме того, диспетчер получит возможность оценивать последствия своих действий по изменению схемы и режима и определять, как нужно изменить режим или противоаварийную автоматику, чтобы можно было выполнить требуемые изменения в схеме. Решение этих задач может выполняться по запросу персонала в тех случаях, когда текущий режим выходит на ограничения по устойчивости, и при выходе на ограничения по устойчивости намеченного режима при его оптимизации.
*Хотя методы оценки надежности энергосистем еще лишь разрабатываются в ряде организаций [113, 151, 153], их быстрейшее использование может дать существенный эффект.
