книги из ГПНТБ / Поспелов, Г. Е. Энергетические системы учеб. пособие

лешіе ЕЭС (рис. 2.3). Это управление координирует работу отдельных объединенных энергосистем и подчиняет их ре­ жимы общим задачам. Управление каждой объединенной энергетической системой, расположенной в определенном географическом районе, осуществляется Объединенными диспетчерскими управлениями (ОДУ). В настоящее время

ративным вопросам подчиняются диспетчерские службы энергосистемы и через них — все объекты энергосистем, ко­ торые могут оказывать влияние на режим объединенной системы. Крупные станции и подстанции, которые создают основу объединенной системы, подчиняются непосредствен­ но О Д У (см. рис. 2.3). Наиболее важные объекты могут быть подчинены непосредственно Ц Д У . В О Д У , как и в Ц Д У , кроме оперативной службы, руководящей непосредственно режимами энергосистемы, входят служба релейной за­ щиты и автоматики, служба связи, служба перспективного развития и др. Объединенные диспетчерские управления оснащаются ЭЦ ВМ .

Для оперативного руководства энергетическими объ­ ектами в пределах одной энергосистемы создаются диспет­ черские службы энергосистем. По вопросам оперативного управления они подчиняются О Д У , а по техническим во­ просам — главному инженеру энергосистемы. Наряду с ведением режимов энергосистемы диспетчерские службы координируют работу нижестоящих звеньев оперативного управления (диспетчерских пунктов предприятий электри­ ческих и тепловых сетей). Сама диспетчерская служба состоит обычно из оперативной группы и группы режимов. Первая занимается круглосуточным непосредственным ве­ дением режима энергосистемы, а вторая — разработкой предстоящих режимов.

Оперативное ведение режима энергосистемы осуществля­ ется со специально оборудованного диспетчерского пункта (ДП). Этот пункт оснащается диспетчерским щитом, на который наносится мнемоническая схема всех объектов, находящихся в оперативном управлении данного диспет­ чера. На мнемосхеме изображаются генераторы, трансфор­ маторы, линии электропередачи, шины электростанций и подстанций, коммутационные аппараты (выключатели, разъ­ единители). Коммутационные аппараты имеют два поло­ жения (включено—-отключено), с помощью которых на

30

мнемосхеме набирают схему, соответствующую реальной схеме энергосистемы.

Для оперативного руководства режимами энергосистемы дежурный диспетчер должен получать сведения о состоянии оборудования объектов, нагрузках станций, загрузке син­ хронных компенсаторов, нагрузках линий и трансформато­ ров, частоте переменного тока, напряжении в различных точках сети, состоянии релейной защиты и автоматики, вне­ запных отключениях линий, трансформаторов, генераторов, отметках воды в водохранилищах ГЭС, запасах топлива на тепловых станциях и др. Эта информация обрабатывается на диспетчерском пункте, анализируется, и на ее основании

ются проводные линии связи, высокочастотная связь по проводам линий электропередачи, радиосвязь. Информация передается путем телефонных сообщений подчиненного оперативного персонала и с помощью телесигнализации, телеизмерений, телеуправления. Схема оперативной связи должна быть организована таким образом, чтобы необхо­ димая информация поступала как в нормальных, так и в аварийных режимах работы энергосистемы. Для этого обыч­ но создают основные и резервные (обходные) каналы связи.

• Наиболее важная информация передается на диспетчер­ ский пункт с помощью устройств телесигнализации и теле­ измерений. Телесигнализация дает возможность диспетчеру непосредственно на мнемосхеме диспетчерского щита ви­ деть коммутационное состояние выключателей. При изме­ нении положения выключателей на каком-то объекте си­ стемы на диспетчерский пункт подается сигнал и загораются лампы несоответствия этих выключателей на мнемосхеме.

Телеизмерения бывают непрерывного действия и по вы­ зову. Устройства непрерывного телеизмерения передают на диспетчерский пункт сведения об активных нагрузках ос­ новных электростанций, частоте их узлов энергосистемы, в которых может произойти деление на несинхронные части, активных 'и реактивных нагрузках межсистемных линий. Эти измерения могут быть использованы диспетчером для регулирования режима, а также для автоматического управ­ ления режимом энергосистемы. Например, по телеизме-

31

рениям мощностей может производиться оптимизация рас­ пределения нагрузок между станциями и затем передача команд на поддержание этих оптимальных мощностей. Для реализации такого управления на диспетчерском пункте устанавливают специальное устройство автоматического распределения нагрузок.

При выполнении телеизмерений по вызову одни канал связи используется для передачи с одного объекта несколь­ ких видов информации: величии потоков активной и реак­ тивной мощностей по линиям, напряжений на различных шинах, ответвлений трансформаторов и др. По желанию диспетчера на прибор может быть вызвана одна из несколь­ ких измеряемых величин.

В некоторых случаях с диспетчерского пункта выполня­ ется также телеуправление отдельными объектами системы. Необходимость в телеуправлении возникает в том случае, когда объект эксплуатируется без постоянного дежурного персонала. Объем телеуправления обычно ограничивают управлением с диспетчерского пункта выключателями, ответвлениями трансформаторов, активной и реактивной нагрузками ГЭС.

Следует отметить, что применение телемеханики для диспетчерского управления связано со значительными ка­ питальными и эксплуатационными затратами. Поэтому объем ее должен выбираться на основе технико-экономи­ ческих расчетов.

2.3. Разработка п ведение эксплуатационных режимов

Рассмотрим основные функции оперативного управления применительно к диспетчерской службе энергосистемы.

Оперативное управление заключается в предваритель­ ной разработке возможных режимов системы и непосред­ ственном ведении (регулировании) режима. -

Разработка эксплуатационных режимов выполняется на различных стадиях: заблаговременно (на ближайший зимний максимум и летний минимум, поквартально, на пред­ стоящий месяц) и на следующие сутки. К наиболее важным относится перспективная разработка режима зимнего мак­ симума. Для этого режима определяются ожидаемые на­ грузки системы в целом и по отдельным узлам. По этим на­ грузкам составляются балансы активных и реактивных мощ­ ностей в системе и выявляется достаточность резервов.

32

При необходимости совместно с Энергосбытом разрабаты­ ваются мероприятия по регулированию режима работы потребителей и обеспечению баланса мощностей в наиболее вероятных аварийных случаях.

Прогнозируемые нагрузки используются также для со­ ставления нормальной схемы энергосистемы. Под, нормальной схемой понимают схему коммутации, которая соответствует наибольшей экономичности и надежности электроснабже­ ния и обеспечивает качество энергии. Подготовка нормаль­ ной схемызаключается в проведении серии расчетов потокораспределения в нормальных и послеаварнйных режимах. По результатам этих расчетов определяются уровни напряжения, потери мощности, устанавливается наличие перегрузок линий и трансформаторов. Для ва­ риантов нормальной схемы проводятся также расчеты за­ пасов статической и динамической устойчивости.

К перспективным расчетам относятся также расчеты по предварительной проверке режимов при выводе в ремонт оборудования системы. На основании поданных с объектов энергосистемы заявок диспетчерская служба составляет годовой план капитальных ремонтов основного оборудова­ ния, оказывающего существенное влияние на режим системы (крупных котлоагрегатов и турбогенераторов, мощных линий и трансформаторов и т. п.). При этом путем соответствующих расчетов проверяется возможность нало­ жения одних ремонтов на другие. В результате план формируется таким образом, чтобы нежелательные нало­ жения ремонтов были исключены и круглый год обеспечи­ валось покрытие нагрузки энергосистемы.

При лодготовке перспективных режимов разрабаты­ ваются директивные материалы, которые затем используют­ ся в непосредственном управлении энергосистемой. Эти материалы устанавливают перечень контрольных точек по напряжению и (графики напряжений в них, очередность ограничений и отключений потребителей в случае возникно­ вения дефицита мощности, длительно допустимые нагрузки и допустимые перегрузки элементов системы и др. Со­ ответствующие инструкции устанавливают порядок лик­ видации аварий и управления устройствами релейной защиты и автоматики, дают указания о допустимых схемах электрических соединений. Ряд материалов посвящается экономичному ведению режима энергосистемы.

При квартальном и месячном планировании режимов

системы путем проведения расчетов нормальных режимов и расчетов устойчивости более тщательно проверяется возмож­ ность вывода в ремонт оборудования в соответствии с го­ довым графиком капитальных ремонтов. Уточненные рас­ четы здесь возможны потому, что в них могут быть учтены изменения, происшедшие с момента составления графика капитальных ремонтов, а также с меньшей погрешностью могут быть определены ожидаемые нагрузки системы и ее узлов. На основании этих расчетов утверждаются кварталь­ ные (месячные) планы капитальных и текущих ремонтов.

Разработка режима на следующие сутки производится наиболее детально. Здесь важно составить прогноз суточ­ ного графика нагрузки и задать электростанциям диспет­ черские графики нагрузки.

Прогнозирование нагрузки ведется обычно методами, основанными на непосредственной экстраполяции. Для

зволяют определить конфигурацию прогнозируемого графи­ ка, а по графикам нагрузки вторника и среды можно найти прирост (снижение) уровня нагрузки в течение недели. Путем анализа нагрузки этих графиков за каждый час су­ ток определяется нагрузка ожидаемого графика четверга.

В составленный таким образом график нагрузки долж­ ны быть внесены поправки, учитывающие прогноз метеоро­ логических факторов (температуры и освещенности). Для учета погодных условий на основе статистических данных устанавливают связь между электропотреблением и темпе­

34

Аналогичные зависимости могут быть установлены меж­ ду электропотреблением и освещенностью.

Ошибки в прогнозировании нагрузки энергосистемы на следующие сутки по изложенному методу обычно не пре­ вышают 1— 1,5%. Заметим, что наиболее трудно прогно­ зировать графики нагрузки на выходные дни (субботу, воскресенье). Нагрузка этих графиков может отличаться от реальной на 2—3%.

Другая, не менее важная задача при разработке суточ­ ного режима энергосистемы на следующий день заключается в назначении суточных графиков нагрузки для каждой элек­ тростанции (покрытие 'графика нагрузки системы). Эта работа выполняется совместно с рассмотрением заявок на ремонт оборудования, которые подаются в диспетчерскую службу с объектов энергосистемы в соответствии с утвер­ жденными планами капитального и текущего ремонтов. При появлении дефектов в оборудовании могут быть поданы за­ явки на противоаварийные работы, не предусмотренные планом.

На основании ожидаемых графиков нагрузки, получен­ ных заявок, а также информации о располагаемых мощ­ ностях станций, запасах топлива на тепловых станциях, отметках верхних бьефов водохранилищ ГЭС производится планирование суточного режима предстоящего дня. По­ крытие графика нагрузки системы выполняется с учетом предполагаемых ремонтов, в результате чего намечаются графики нагрузки для каждой станции по условию эконо­ мичной работы всей энергосистемы и обеспечения необходи­ мого резерва. Одновременно прорабатываются режимы работы электрических сетей, связанные с выводом в ремонт оборудования. При этом проверяется, находятся ли напря­ жения в допустимых пределах и нет ли перегрузки линий и трансформаторов. В результате делаются выводы, какие ремонты могут быть разрешены.

При разработке перспективных и суточных режимов энергосистемы диспетчерская служба широко использует вычислительную технику. Приближенные расчеты пото­

35

кораспределения могут выполняться на расчетных моделях постоянного тока. Для уточненных расчетов нормальных режимов применяются расчетные модели переменного тока и ЭЦ ВМ . С их помощью также выполняют расчеты ста­ тической и динамической устойчивости, оптимизацию рас­ пределения нагрузок и др.

Рассмотрим кратко, в чем заключается ведение режима энергосистемы.

Одна из главных функций дежурного диспетчера си­ стемы состоит в поддержании параметров электроэнергии. Для этого он проводит мероприятия по регулированию час­ тоты и напряжения. Если нагрузка энергосистемы отли­ чается от запланированной, то диспетчер изменяет задания станциям. Эти изменения производятся таким образом, что­ бы распределение нагрузки между станциями было наибо­ лее экономичным. Диспетчер постоянно следит за наличием достаточного резерва мощности и его распределением. При необходимости он отдает команды на пуск или останов агрегатов станций.

Другая важная функция оперативного ведения режима заключается в текущем управлении схемой электрических соединений. Диспетчер руководит оперативными переключе­ ниями в системе с целью обеспечения оптимального режима, вывода в ремонт оборудования согласно разрешенным за­ явкам и ввода его в работу после окончания ремонта. Од­ новременно производится перестройка устройств релейной защиты и автоматики.

К наиболее ответственным режимам, в которых требуется вмешательство оперативного руководителя системы, от­ носятся аварийные. Возникновение аварийных режимов может произойти из-за стихийных явлений (гроза, ветер), повреждения оборудования посторонними лицами, повреж­ дения оборудования элементов энергосистемы в результа­ те образования дефектов, из-за неправильных действий устройств релейной защиты и автоматики, ошибок обслу­ живающего персонала. Наиболее опасны аварии, связан­ ные со снижением мощности станций, отключением сильно нагруженных линий, нарушением устойчивости. Эти ава­ рии могут приводить к большому недоотпуску энергии и на­ носить существенный ущерб народному хозяйству. Диспет­ чер энергосистемы, получив информацию о происшедших отключениях, должен быстро составить представление о ха­

36

рактере аварии и принять немедленные меры по ее ликви­ дации.

Четкая организация диспетчерского управления, тща­ тельная разработка эксплуатационных режимов и правиль­ ное их ведение способствуют повышению экономических показателей работы энергосистемы и обеспечению надеж­ ности электроснабжения потребителей.

2А. Кибернетические основы управления энергосистемами

Энергосистема представляет собой большую искусствен­ ную систему с глубокими внутренними обратными связями II целенаправленным управлением, в значительной степени определяемыми внешними условиями. Эти обстоятельства характеризуют энергосистему как систему кибернетиче­ ского типа [40].

Энергосистема как совокупность объектов обладает та­ кими свойствами, которых нет у ее отдельных элементов. Постоянное развитие народного хозяйства приводит к уве­ личению числа объектов энергосистемы и охвату единым энергоснабжением большей территории, появлению дополни­ тельных внутренних связей в технологических процессах.

возникают новые качественные свойства, присущие только большим системам. Поэтому энергосистемы можно харак­ теризовать как сложные динамические системы, развива­ ющиеся во времени и пространстве.

Энергосистема состоит из совокупности управляющих и управляемых объектов. Объекты системы и их технологи­ ческие процессы неразрывно связаны друг с другом. Регу­ лирование процессов осуществляется на основе использо­ вания многочисленных внутренних обратных связей. При этом управляющие и управляемые объекты обмениваются большими потоками информации, которые в процессе управ­ ления многократно перерабатываются.

Появление новых объектов, зависимость режима энер­ госистемы от других отраслей народного хозяйства, метео­ рологических условий обусловливают постоянную связь системы с внешней средой, которая является для энерго­ системы источником случайных возмущений. Управляющие объекты системы должны постоянно реагировать на эти возмущения таким образом, чтобы обеспечивать беспере­

37

бойное энергоснабжение при требуемом качестве энергии. При такой сложной совокупности взаимосвязанных объ­ ектов и технологических процессов энергосистемы должно обеспечиваться оптимальное управление ими. Для внедре­ ния кибернетики в управление энергосистемами разраба­ тываются методы и алгоритмы управления, основанные на

а

объект

б

Упра Олянищий объект

в

Управляющий

объект

Рис. 2.4. Этапы внедрения Ц В М для управления энергосистемами.

38

широком применении математики. Техническая реализа­ ция этих методов и алгоритмов осуществляется с помощью ЦВМ и других вычислительных устройств.

Можно выделить три этапа внедрения Ц ВМ для управ­ ления энергосистемами [401. На первом этапе Ц ВМ ис­ пользуются только как воспомогательные расчетные сред­ ства (рис. 2.4, а). В этом случае информация о параметрах управляемого объекта (например, величины нагрузок стан­ ций и линий, частота, напряжение) поступает на управля­ ющий объект (например, диспетчерский пункт энергоси­ стемы). Дежурный диспетчер (или инженер группы режимов), получив необходимую информацию, по соответствующим программам вводит ее в Ц ВМ и получает результаты рас­ четов. Информация, полученная в результате расчетов, используется дежурным диспетчером для корректировки режима энергосистемы. Такая система управления с при­ менением ЦВМ может употребляться не только для опера­ тивного управления энергосистемой, но и для администра­ тивно-хозяйственного управления.

На втором этапе при более широком внедрении ЦВМ поступающая с управляемого объекта информация по со­ ответствующим программам обрабатывается автоматически без вмешательства человека (рис. 2.4, б) и сразу вводится в ЦВМ . Результаты вычислений выдаются оператору для принятия решений. Информация поступает в зависимости от ее содержания периодически через определенные ин­ тервалы времени, которые устанавливаются по усмотрению оператора. Например, информация для оперативного ве­ дения режима может передаваться непрерывно либо через 0,5—4 ч. Информацию и соответствующие расчеты по дру­ гим показателям работы объектов энергосистемы (запасе топлива, выработке электроэнергии, себестоимости электро­ энергии и др.) достаточно иметь не чаще чем один раз в сут­ ки, неделю, месяц и т. д.

Третий этап использования Ц ВМ в управлении энерго­

управления, после автоматизированной обработки вводится в ЦВМ . Результаты расчетов попадают в блок принятия ре­ шений, в который заложены информация и критерии, по­ зволяющие судить об оптимальности показателей работы энергосистемы. В случае отклонения от оптимального ре­

39