8. У Рис. 4.38. Схема ре­гулирования частоты переменного тока правление электроэнергетическими -системами

Управление ЭЭС осуществляется автоматическими регуляторами и устройствами противоаварийной автома­тики. В последнее время для управления стали приме­нять цифровые машины. Настройка автоматических си­стем управления производится методами синтеза в соот­ветствии с заранее выбранными характеристиками та­ким образом, чтобы обеспечить экономичность работы системы и высокие показатели качества отпускаемой по­требителям электроэнергии.

Выбор видов используемых автоматических устройств, оценка их эффективности и влияния на надежность ра­боты энергосистем производятся на основе оптимизаци­онных расчетов.

Управление режимами ЭЭС должно быть опти­мальным, т. е. дающим наилучший техвико-экономи- ческий эффект в условиях действия противоположных факторов. Например, желая увеличить передаваемую по линии мощность, можно вызвать аварийное отключение этой линии из-за нарушения устойчивости. Одна тенден­ция состоит в положительном эффекте, получаемом при увеличении передаваемой мощности, другая — в отрица­тельных последствиях, вызванных понижением надеж­

ности и возможностью полного прекращения передачи электроэнергии по линии, причем вероятность прекраще­ния передачи возрастает с увеличением передаваемой мощности.

Для электроэнергетической системы как объекта уп­равления характерно наличие большого числа сложных прямых и обратных связей между многочисленными ее элементами и целевая направленность процесса функци­онирования.

Электроэнергетические системы относятся к катего­рии больших систем кибернетического типа. Управление ими должно строиться с учетом сложных взаимосвязей энергетики с другими отраслями народного хозяйства, биосферой и социальными факторами.

В системе управления электроэнергетикой важное значение имеют электронные вычислительные машины — ЭВМ. Роль их но мере технического развития энергети­ческих систем возрастает. При этом функции человека становятся более ответственными и творческими.

Наряду с управлением режимами ЭЭС осуществля­ется управление их развитием — рациональным исполь­зованием расположенных на обширной территории энер­горесурсов, выбором сочетания развития во времейи и размещения по территории различных типов электро­станций, внедрением новых источников электроэнергии и т. д.

Рассмотрим некоторые характерные свойства объек­тов управления — электроэнергетических систем. Этим системам свойственна непрерывность процесса производ­ства и потребления электроэнергии.

Большинство предприятий имеют склады готовой про­дукции. Обычно стремятся избегать накопления боль­ших запасов продукции, чтобы не тормозить движение оборотных средств. Однако для обеспечения надежного непрерывного производства часть готовой продукции хранят на складах на случаи непредвиденных перебоев. Например, газоснабжающие системы имеют большие резервуары — газгольдеры, где хранится газ. При не­предвиденных колебаниях в потреблении газа происхо­дит либо заполнение газгольдеров, либо отбор газа из них в зависимости от того, происходит уменьшение или увеличение в потреблении.

В электроэнергетических системах вся получаемая электрическая энергия немедленно потребляется. Непред­виденные колебания электрической нагрузки компенси-

руются за счет изменения кинетической энергии враще­ния ротора генератора. Если нагрузка увеличится, то мощность, вырабатываемая электрическим генератором, возрастет. При этом ротор притормозится и его кинети­ческая энергия уменьшится. Снижение нагрузки приве­дет к увеличению кинетической энергии ротора генера­тора.

Ротор генератора находится на одном валу с турби­ной. Уменьшение частоты вращения турбины приведет в действие автоматические устройства, которые увеличат подачу пара или воды в турбину, с тем чтобы сохранить неизменной частоту вращения ротора генератора. Это, в свою очередь, вызовет уменьшение давления в паро­проводах и парогенераторах ТЭС и приведет в действие систему автоматического регулирования режима работы парогенераторов. В результате увеличится подача воды, топлива и воздуха, необходимого для горения топлива.

Таким образом, электрическая станция хотя и не располагает запасами готовой продукции — электриче­ской энергии, однако имеет запасы энергии на промежу­точных стадиях преобразования химической энергии топ­лива в электрическую: механической энергии вращения турбины и генератора, а также внутренней энергии пара.

В энергетической системе, как во всякой сложной си­стеме, имеются такие глубокие внутренние связи, кото­рые не позволяют расчленять ее, изучать влияющие фак­торы по одному. Сложная электроэнергетическая система обладает новыми качествами, не свойственными отдель­ным ее элементам. Так, наличие в системе большого чи­сла асинхронных двигателей, соизмеримых по мощности с питающими их генераторами, приводит к появлению качественно новых свойств, присущих комплексной на­грузке, но не проявляющихся у отдельного двигателя. Генераторы, преобразователи, сеть и двигатели нагруз­ки представляют собой единую систему, свойства кото­рой качественно отличны от свойств отдельных элемен­тов.

Энергетической системе свойственна динамичность. Она проявляется в быстрых реакциях на любые изме­нения состояния системы. Появление возмущений в си­стеме обусловлено многими причинами: случайными ат­мосферными воздействиями, короткими замыканиями, изменениями нагрузки, отключением отдельных элемен­тов (линий, трансформаторов, генераторов) и т. д. Под влиянием 'больших « малых возмущений происхо­дит непрерывное изменение состояния системы. Колеб­лются напряжение и частота, меняются потоки мощно­сти 'по соединительным линиям и т. д.

Современные энергетические системы обладают вы­сокой степенью организованности благодаря насыщен­ности автоматическими управляющими элементами. В результате работы устройств управления происходит упорядочение системы, приведение ее к большей орга­низованности. Процесс взаимодействия управляющей и ■управляемой систем состоит из нескольких последова­тельных этапов:

1. получение данных о состоянии управляемой си­стемы, т. е. информации о се режиме;

2. передача этой информации в управляющую си­стему;

3. переработка информации управляющей системой с целью выдачи управляющего сигнала (команды уп­равления). Выработка команды управления происходит в соответствии с законом управления — алгоритмом. Алгоритм управления определяет направление воздейст­вия на систему для приведения ее в требуемое состояние;

4. передача команды управления к исполнительному органу и выполнение се, после чего обратная передача информации о выполнении команды в управляющую си­стему.

Общие закономерности управления составляют пред­мет кибернетики как науки. Она изучает их, отвлекаясь от конкретной физической природы исследуемых систем и конкретного содержания процесса управления. Кибер­нетика энергетических систем рассматривает принципы управления автоматизированной энергетической системой.

Функции переработки информации об объекте и вы­дачи управляющего сигнала в различных технических системах в настоящее время в основном выполняются человеком — дежурным инженером, диспетчером. Так, дежурный инженер ТЭС, находясь в помещении главного щита управления, выполняет функции, связанные с опе­ративным управлением работой станции. Он получает задание от диспетчера энергосистемы, проверяет соот­ветствие рабочего режима станции этому заданию, оце­нивает отклонение режима от заданного си отдает рас­поряжения об изменении нагрузки агрегатов, включает или отключает потребителей. Кроме того, он контроли­рует по приборам режим работы элементов электричес­кого оборудования станции — генераторов, трансформа­

торов, сборных шин. При аварии дежурный инженер станции находит пути и средства восстановления нор­мального режима, производит требуемые переключения в схеме электрических соединений станции.

Ф

Управляемая система

ункции дежурного инженера электрической станции многообразны и сложны. Они требуют от него большого опыта, отличных знаний и умения быстро ориентировать­ся в непредвиденных ситуациях. Однако и этих качеств недостаточно при управлении сложными установками. Например, на мощной ТЭС в аварийных режимах тре­буется быстро переработать огромный поток информа­ции, которую дают показания приборов, и быстро при­нять оперативное решение. Опытный оператор может в течение секунды одновременно воспринять и полноцен­но переработать информацию только от трех (максимум четырех) приборов. Между тем при аварийных режимах в энергосистеме часто требуется выдать управляющий сигнал не более чем через 0,05 с. Человека здесь выру­чают автоматические уст­ройства, обладающие при переработке информации значительно большим быст­родействием.

А

Рис. 4.39. Пример простейшей замкнутой системы управле­ния и обратной связи, осуще­ствляемой человеком

Измерительный элемент Управляющая система

втоматическое управле­ние процессами в электро­энергетической системе в основном осуществляется по замкнутой схеме, имею­щей обратные связи. Про­стейшим схематическим при­мером обратной связи, осу­ществляемой человеком, мо­жет служить регулирование возбуждения и одновремен­ное наблюдение за показа­ниями вольтметра, измеряю­щего напряжение генерато­ра (рис. 4.39). Регулирова­ние производится воздейст­вием на ползунок реостата в цепи возбуждения генератора с целью ликвидации расхождения между фактическим и желаемым значе­ниями напряжения.

При автоматическом управлении в функции человека входит задание пределов изменения параметров, в соот­

ветствии с которыми происходит работа управляющей системы. В процессе эксплуатации режим работы систе­мы меняют таким образом, чтобы он по возможности оставался оптимальным. В связи с этим появилась за­дача создания таких систем управления, которые бы сами выбирали оптимальный режим и перестраивали процесс управления в каждый момент времени на наи­выгоднейшие условия работы. Такие системы (называ­ются самонастраивающимися. Они должны осуществ­лять изменение алгоритма управления в процессе функ­ционирования системы. Если оптимальное значение па­раметра, которое должно быть найдено самонастраиваю­щейся системой, зависит от многих факторов, то его по­иск может продолжаться слишком долго. Появляется за­дача повышения оперативности само­настраивающихся систем. Здесь воз­можно использование «памяти», кото­рая исключает необходимость начи­нать каждый раз сначала поиск опти­мального режима. Если ситуация пов­торяется, то система, запомнившая ее ранее, сразу же устанавливает нужный режим. При новых ситуациях устрой­ство совершает пробные ходы и пыта­ется найти наилучший режим работы. Установив этот режим, система его за­поминает. Такие управляющие систе­мы называют самообучающимися, по­скольку они могут накапливать опыт работы и использовать его для самосо­вершенствования.

В

Рис. 4.40. Стадии перехода к кибер­нетическому уп­равлению энерго­системой:

ОУ — объект управ­ления (энергосисте­ма); О — оператор; М — управляющая машина; —»■— потоки информации; фг — управляющие сигна­лы

кибернетическом управляющем устройстве большое значение имеет быстродействующая вычислительная машина, способная значительно бы­стрее и в большем объеме, чем чело­век, обрабатывать информацию и за­поминать ее. Но это не означает, что человек исключается из процесса уп­равления. Взаимоотношения операто­ра и вычислительной машины разви­ваются постепенно. Передача управ­ляющих функций человека машине происходит в несколько этапов (рис. 4.40). На этапе I машина — консультант-советчик оператора, при этом она

решает те задачи, которые необходимы оператору для управления электрической станцией или системой. Этап II наступает тогда, когда большая часть информа­ции вводится в машину автоматически, без участия че­ловека. Однако управляет системой при этом по-преж­нему человек, использующий результаты расчетов ма­шины. На этапе III часть функций по управлению уже возлагается на вычислительную машину. На этапе IV при переходе к стадии кибернетического управления ма­шина полностью получает и перерабатывает всю ин­формацию и на ее основе осуществляет управление си­стемой. В обязанности человека входит разработка про­грамм и заданий машине, наблюдение за ее работой.

Управление энергетикой в нашей стране осуществляется Министерством энергетики СССР, в непосредственном подчинении которого находятся про­ектные и научно-исследовательские институты, централь­ное диспетчерское управление ЕЭС, министерства и главные управления республик и строительно-монтаж­ные тресты (рис. 4.41).

Рис. 4.41. Структурная схема управления энергетикой

Управление строится по иерархическому принципу. Нижний уровень иерархии—районное энергетическое управление, ведающее электростанциями, электрически­ми и тепловыми сетями, осуществляющее их строитель­ство и эксплуатацию и располагающее соответствующи­ми отделами и службами.

Выделение различных у,ровней и распределение меж­ду ними функций позволяет повысить оперативность и эффективность управления. Вышестоящие уровни избав­лены от необходимости решать множество вопросов, которые можно успешно рассматривать в нижних уровнях.

Характерная особенность современного этапа управ­ления состоит во 'внедрении автоматизированных систем управления, оснащенных быстродействующими ЭВМ. Такие системы осуществляют сбор и обработку необхо­димой исходной информации, поступающей в вычисли­тельные машины, где в соответствии с заложенными про­граммами производятся расчеты и получается управляю­щая информация. Эта управляющая , информация либо предварительно анализируется персоналом и затем ис­пользуется, либо непосредственно используется в качест­ве управляющих воздействий.

В структуре управления энергетикой вы­деляются три основных направления: оперативное управление режимами, управление строи­тельством и административно-хозяйст­венное управление. Например, линия оперативно­го управления при рассмотрении ее сверху вниз опреде­ляется так: Минэнерго СССР — ЦДУ ЕЭС, непосредст­венно воздействующее на работу крупных электростан­ций, объединенных диспетчерских управлений районных энергосистем. Заключительная ступень оперативного уп­равления системой — диспетчерские службы.

Строительство новых электрических станций, линий электропередачи, трансформаторных подстанций и т. п. ведется в соответствии с планами перспективного разви­тия энергетических систем, разрабатываемыми проект­ными организациями. На основе таких планов создают­ся проекты конкретных энергетических объектов и ве­дется их соружение строительно-монтажными предприя­тиями, специализирующимися по строительству гидро­сооружений, тепловых станций, линий электропередачи и т. п.

Административно-хозяйственное управление ориенти­ровано на достижение необходимых технико-экономиче­ских показателей работы энергосистемы, рациональное расходование средств, реализацию производимой энер­гии. В функции этого управления входит также обеспе­чение квалифицированными кадрами энергетических предприятий.

ВЛИЯНИЕ ТЕХНИКИ И ЭНЕРГЕТИКИ НА БИОСФЕРУ