Структурная схема решения задачи устойчивости с помощью АСДУ при оперативном управлении и текущем планировании режима изображена на рис. 6-3. Эта схема является лишь одним из возможных вариантов, с которых целесообразно начать работу, поскольку окончательная схема должна быть определена с учетом связи этой части АСДУ с остальными ее частями и на основе результатов опытной эксплуатации отдельных программ и их комплексного использования.
Рис. 6-3. Структурная схема решения задач устойчивости с помощью АСДУ при оперативном управлении и текущем планировании.
На этой схеме функции блоков следующие: 1 — задание диспетчером режима работы АСДУ, где 1а — периодический контроль достаточности запаса устойчивости существующего режима, 1б — контроль запаса устойчивости существующего режима по запросу, 1в — контроль запаса устойчивости намеченного режима, 1г — определение изменений уставок противоаварийной автоматики для существующего или намеченного режима; 1д — определение изменений режима для обеспечения необходимых запасов устойчивости; 2 — задание диспетчером изменений существующей схемы, автоматики и режима, время, 3 — телеинформация о состоянии сети и оборудования, значениях эквивалентных параметров, коэффициентах трансформации и уставках автоматики;
4 — телеизмерение напряжений, активных и реактивных мощностей;
5 — телеизмерение векторов напряжений нескольких контрольных точек;
6 — напряжения, активные и реактивные мощности, нагрузки и коэффициенты трансформации из программы оптимизации режима;
7 — вывод информации диспетчеру, где 7 а — сигнализация исправной работы, точного счета и достаточности запаса устойчивости, 76 — сигнализация недостаточности запаса устойчивости (часть системы, возмущения), 7в — советы по изменению противоаварийной автоматики, 7г — советы по изменению режима;
8 — вывод информации (ограничения по устойчивости и изменения режима) в программу оптимизации режима;
9 — управляющая программа;
10 — эквивалентная схема сети (и ее параметры);
11 — возмущения (места и виды к. з. и т. п.);
12 — задание способа утяжеления режима;
13 — расчет исходных данных и расчет переходного процесса;
14 — оценка запаса статической устойчивости;
15 — оценка синхронной динамической устойчивости;
16 — оценка ресинхронизации;
17 — уставки автоматики;
18 — прогноз режима;
19 — оценка точности режима;
20 — определение изменений уставок автоматики;
21 — определение изменений режима;
22 — определение ограничений по устойчивости;
23 — определение уровня надежности;
24 — определение расчетных возмущений при оптимальном уровне надежности.
Рассмотрим для примера работу АСДУ в одном из характерных режимов — контроля запаса устойчивости существующего режима.
В блоке 1 выбирается данный режим и передается команда в блок 9 на соответствующую программу управления, блок 9 подключает блоки 3 и 4, сообщающие телеинформацию о состоянии сети (схема, режим, уставки автоматики) к блокам 10, 13 и 17, после чего в блоке 13 определяется установившийся режим. Этот режим сопоставляется с режимом системы-оригинала в блоке 19 по углам между векторами напряжения в основных узлах схемы. Для телеизмерения этих углов в системе предназначен блок 5. При достижении удовлетворительной точности диспетчер получает сигнал (блок 7), а управляющая программа через блок 12 производит утяжеление режима. Затем в блоке 13 происходит определение нового установившегося режима и оценка его устойчивости. Если вновь полученный режим устойчив, то блок 14 через блок 7 сообщает диспетчеру о достаточности запаса статической устойчивости, а управляющая программа восстанавливает исходный режим, при котором выполняется расчет динамической устойчивости. При этом блок 11 последовательно создает заранее заданные возмущения, блок 13 выполняет расчет переходного процесса, а блок 15 оценивает результат расчета. Оценка результата сообщается диспетчеру.
Аналогичным образом можно проследить работу схемы в других режимах.
По описанной структурной схеме составлено техническое задание на комплекс программ для решения задач устойчивости энергосистем при оперативном управлении. В соответствии с этим заданием во ВНИИЭ разработан комплекс программ для ЭВМ типа ЕС-1030. Внедрение этих программ в ЦДУ ЕЭС СССР ведется с 1975 г.
Рассмотрим несколько практических вопросов, связанных с точностью и быстротой оперативного решения задач устойчивости и практической реализации алгоритмов для решения этих задач.
Решение задач устойчивости требует различной точности в зависимости от того, насколько близок режим к пределу устойчивости. По-видимому, никогда запас статической устойчивости в системе не должен быть меньше 5—10% [130]. Определение этого запаса будет вполне удовлетворительным, если предел устойчивости определен с точностью 2—3% или даже 5%. Однако такая точность требуется далеко не всегда, поскольку большая часть систем, как правило, работает со значительными запасами устойчивости. Точность расчетов динамической устойчивости (в том числе пределов динамической устойчивости) обычно не требуется большей, чем для расчетов статической устойчивости. Сопоставление расчетов устойчивости с результатами системных испытаний, неоднократно выполнявшееся ВНИИЭ, ЦДУ, ОДУ и другими организациями-, показывает, что такая точность вполне достижима, причем основным источнитм погрешностей в определении пределов устойчивости, как правило, являются погрешности в определении параметров системы и погрешности эквивалентирования, а не погрешности расчета.
Как уже указывалось, для оперативного решения задач устойчивости требуется большая скорость расчетов. Для того чтобы получить требуемую скорость расчетов на ЭВМ третьего поколения, которыми энергообъединения предполагается оснастить в ближайшие годы, предполагается использовать в первую очередь следующие направления: упрощенное представление элементов энергосистемы, существенное эквивалентирование энергосистемы.
Возможность и целесообразность такого подхода требуют пояснений, так как для получения большей точности, казалось бы, необходимо моделировать элементы энергосистемы возможно более полно и не прибегать к эквивалентированию схемы.
Изучение процессов в энергосистеме при решении задач долгосрочного планирования, при котором все элементы могут быть представлены значительно полнее и результаты сопоставлены с экспериментом, дает возможность упрощенного представления энергосистем и определения конфигурации эквивалентных схем, позволяет использовать эти направления без существенного понижения точности расчетов. Таким образом, при долгосрочном планировании уточняются модель энергосистемы, структура, конфигурация, а при суточном планировании и оперативном управлении уточняются параметры схемы и режима. При таком подходе, по-видимому, можно будет обеспечить и быстроту и точность решения.
Определение запаса статической устойчивости энергосистемы в том или ином режиме ее работы является одной из основных задач. При этом не всегда необходимо определять величину этого запаса, а достаточно лишь знать, что есть запас, равный нормируемому по [130] или больший. В настоящее время, как указывалось, нет общепринятых методов, алгоритмов и программ, которые позволили бы однозначно дать ответ на этот вопрос. Определение запасов устойчивости выполняется обычно путем расчета нескольких режимов при постепенном их утяжелении. При этом и в том, как производить утяжеление режима, и в том, как определять запас устойчивости, нет единого подхода. Поэтому при решении этой задачи при оперативном управлении предполагается предусмотреть различные возможности утяжеления режима:
увеличение мощности в одной группе электростанций с одновременным уменьшением мощности на ту же величину в другой группе при заданном долевом участии электростанций с учетом диапазонов изменения их мощности;
изменение э. д. с. части (или всех) эквивалентных генераторов.
Является ли утяжеленный режим устойчивым, можно определить, используя различные разработанные алгоритмы [174, 176, 180 и др.]. Проверка достаточности запаса статической устойчивости может выполняться следующим образом. При заданном способе утяжеления режима, способе определения запаса устойчивости и сечении, для которого проверяется запас устойчивости (или запас по мощности), производится утяжеление режима на величину, определяемую нормативным запасом. Если полученный при этом режим устойчив, значит имеется требуемый запас.
Определение синхронной динамической устойчивости какого-либо режима выполняется на основе анализа переходного процесса в системе после возмущения. Место, виды и длительность возмущения определяются заранее на основании инженерных соображений и существующих нормативов [130]. Возмущения, опасные в одном режиме, часто не опасны в других режимах, поэтому в каждом конкретном режиме нет необходимости выполнять расчеты для всего набора расчетных возмущений. Для каких возмущений следует выполнять расчеты, можно определить с помощью системы неравенств, связывающих углы между векторами э. д. с. в исходном режиме и расчетные возмущения. Эта система неравенств тем ближе ограничивает зону устойчивых режимов, чем больший опыт расчетов накоплен по данной схеме.
Для уточнения ограничений по устойчивости, используемых при оптимизации режима, расчетные аварии должны быть определены заранее (при долгосрочном планировании).
Для определения пределов синхронной динамической устойчивости для проверки достаточности запасов устойчивости может осуществляться утяжеление режима или возмущение несколькими способами: изменением потокораспределения заданным образом, уменьшением всех или части э. д. с. в заданном отношении, увеличением длительности к. з., уменьшением сопротивления шунта к. з.
Для расчета переходного процесса предполагается использовать изложенный в приложении безитеративный метод.
Разрабатываемые алгоритмы должны включать критерии, в соответствии с которыми по характеру переходного процесса определяют, сохраняется или нарушается синхронная динамическая устойчивость. В них должны быть также заложены возможности учета в минимально необходимом объеме действия регуляторов скорости, регуляторов возбуждения и различной противоаварийной автоматики.
Указанные возможности должны позволить выполнять расчет переходного процесса для нескольких циклов синхронных качаний. В ряде случаев при оперативном управлении может потребоваться решение вопроса о том, обеспечивается или нет результирующая устойчивость. Выполнение таких расчетов является более сложным и длительным процессом. Предполагается, что такие расчеты можно будет выполнять лишь на II и III этапах развития системы оперативного решения задач устойчивости.
Определение изменений режима системы, необходимых для того, чтобы запасы устойчивости имели заданную величину, может производиться следующим образом. Если математическая модель системы неустойчива при том или ином возмущении, то при этом одна группа генераторов ускоряется, а другая замедляется. Для того чтобы режим был устойчивым, должны быть уменьшены углы между векторами напряжения этих групп генераторов. Изменение режима в этом направлении можно выполнять различными способами: выбрать наиболее экономичный вариант изменения режима или, что более просто, изменить заданное распределение мощностей между генераторами.
Оперативное решение задач устойчивости в АСДУ должно выполняться одновременно с решением других задач, необходимых для управления режимом энергосистем, причем для расчетов устойчивости требуется получение данных из следующих программ:
расчета установившегося режима, расчета шунтов к. з., оптимизации и расчета режима по активной и реактивной мощности, прогнозирования нагрузок, переработки оперативной информации.
Необходим вывод информации: к диспетчеру, к инженеру по режиму, в программу оптимизации режима.
Весьма важным обстоятельством, определяющим сложность стыковки, является вид эквивалентных схем, применяемых в задачах устойчивости и соседних задачах.
Как указывалось выше, в настоящее время во ВНИИЭ и ВЦГТУ по заданию и при участии ЦДУЕЭС ведется разработка методов, алгоритмов и программ для оперативного решения задач устойчивости АСДУ. Следует отметить, что в этой опытно-промышленной АСДУ еще не будут решаться задачи оптимизации уставок противоаварийной автоматики, оптимизации уровня устойчивости и оценки надежности. Разработка всего комплекса методов, алгоритмов и программ является весьма большой и трудоемкой задачей. Для ее решения предполагается сотрудничество ряда организаций (ВНИИЭ, МЭИ, СЭИ, ИЗД АН УССР, ЭНИН). Это относится прежде всего к разработке методов эквивалентирования, вероятностной оценке уровня устойчивости и оптимизации выбора управляющих воздействий.
