автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Методы и средства противоаварийного управления для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РГ 6 ОД 2 7 ШШ 1ЯЯ7

имени ВЛЛенина

На правах рукописи

КОВАЛЕВ ВИКТОР ДМИТРИЕВИЧ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.14.02 - Электрические станции (электрическая

часть), сети, электроэнергетические

системы и управление ими

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада

Москва 1996

Работа выполнена во Всероссийском электро»ехническом институте имени В.И.Ленина

Официальные оппоненты: доктор технических наук, академик РАН,

Защита состоится "/■/" ¿рг^рл/гЛ- 1997 г. в "-/4" часов на заседании Диссертационного Совета Д. 144.07.01 при АО "Научно-исследовательский институт электроэнергетики" (ВНИИЭ) 115201 Москва, Каширское шоссе, д. 22, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АО ВНИИЭ. Диссертация в виде научного доклада разослана

профессор Глебов Игорь Алексеевич; доктор технических наук, профессор Кощеев Лев Ананьевич; доктор технических наук, профессор Строев Владимир Андреевич.

Ведущая организация: Центральное диспетчерское управление

ЕЭС России.

Ученый секретарь Дисссертационного Совета Д.144.07.01, д.т.н., с.н.с.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Создание Единой энергосистемы (ЕЭС) страны потребовало широкой автоматизации управления нормальными и аварийными режимами ее функционирования. При аварийных возмущениях (повреждениях электротехнического и энергетического оборудования) устройства автоматического управления призваны обеспечивать живучесть энергосистем и надежность электроснабжения потребителей.

Дальнейшее развитие электроэнергетических систем*(ЭЭС) идет по пути увеличения генерирующих мощностей, расширения масштабов сетевого строительства, создания новых высоковольтных межсистемных линий электропередач переменного и постоянного тока.

В мире продолжается дальнейший рост потребления электрической энергии, что требует увеличения мощностей, передаваемых по линиям электропередач и межсистемным связям. Появились новые технические решения с применением специальных преобразовательных устройств на базе мощных полупроводниковых приборов, позволяющие увеличить пропускную способность существующих линий электропередач.

С развитием и усложнением энергосистем проблема обеспечения их устойчивости приобрела особую актуальность. Релейные устройства противоаварийной автоматики не обеспечивали возросших требований надежного функционирования энергосистем. Требовалось дальнейшее развитие систем противоаварийного управления как в части создания новых более совершенных алгоритмов так и реализующих их программно-аппаратных средств с применением новейших достижений в области микроэлектроники.

Цель работы

Исследование и разработка методов формирования оптимальных алгоритмов и микропроцессорных средств противоаварийного управления для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем.

Научная новизна.

1. Впервые сформулирована задача определения управляющих воздействий для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем в виде задачи нелинейного программирования и разработаны методы ее решения.

2. Впервые разработан метод оптимизации расчетов при приближении к границе области динамической устойчивости с использованием теории функций Ляпунова.

3. Исследованы разделяющие поверхности областей устойчивости многомашинных электроэнергетических систем, позволившие определить структуру функциональных алгоритмов противоаварийной автоматики и значения контролируемых режимных параметров.

4. Впервые разработаны регулярные методы формирования алгоритмов противоаварийного управления для сохранения устойчивости энергосистем в виде функциональных зависимостей управляющих воздействий от режимных параметров, аппроксимирующих результаты предварительных вариантных исследований устойчивости энергосистем.

5. Разработан метод аппроксимации опытных точек на границе области устойчивости.

6. Разработана процедура выбора оптимальных алгоритмов с учетом погрешностей расчетной модели, устройства управления, измерения режимных параметров и дискретности реализации управляющих воздействий с помощью метода имитационного моделирования.

7. Разработаны методы оценки допустимых погрешностей измерения режимных парамеров для устройств противоаварийной автоматики с использованием функции чувствительности.

8. Разработаны принципы создания и координации многоуровневых иерархических систем противоаварийного управления протяженными энергосистемами.

Установлены три фазы противоаварийного управления для обеспечения динамической устойчивости, устойчивости переходного процесса к послеаварийному режиму и статической устойчивости послеаварийных режимов.

9. Исследованы и разработаны структура микропроцессорного устройства и алгоритмы его функционирования .

10. Разработаны принципы программно-аппаратного обеспечения надежности микропроцессорных устройств противоаварийной автоматики.

Практическая значимость и реализация результатов.

1. Разработанные методы формирования алгоритмов противо-аварийного управления применяются проектными организациями. Методы использованы при проектировании устройств противоаварийной автоматики на Ленинградской АЭС, Калининской АЭС, Балаковской АЭС, подстанции Ленинградская (750кВ), Волжской ГЭС, Заинской ГРЭС.

2. Разработанный комплекс программ для формирования алгоритмов противоаварийного управления был использован при проектировании и выборе алгоритмов устройства противоаварийной автоматики, установленного на подстанции Ленинградская (750кВ), при исследовании алгоритмов противоаварийного управления Костромской ГРЭС и Загорской ГАЭС.

3. На основе научных исследований и непосредственном участии автора разработано программно-аппаратное микропроцессорное устройство противоаварийной автоматики типа ПАА, реализующее функциональные алгоритмы противоаварийного управления. Разработано программное обеспечение устройства ПАА. ПАА полностью отвечает требованиям электромагнитой совместимости, помехозащищенности и надежности для управления электроэнергетическими объектами. Устройства ПАА, изготовленные заводом "Электропульт", работают на Балаковской АЭС, Волжской ГЭС, Заинской ГРЭС, подстанции Киндери (500кВ). Устройства ПАА поставлены также на Ленинградскую, Ровенскую и Запорожскую АЭС.

4. Разработанные принципы формирования иерархических систем противоаварийного управления легли в основу создания при участии автора двухуровневой системы противоаварийного управления ОЭС Поволжья, введенной в 1994 году в промышленную эксплуатацию. При создании системы был исследован и разработан помехоустойчивый протокол межмашинного обмена информацией на большие расстояния через последовательный интерфейс микроЭВМ и стандартные модемы связи.

5. На основе исследований с участием автора создан ряд микро процессорных устройств агрегатного уровня (автоматический регулятор возбуждения генераторов электростанций (АРВ-СДМ), устройстве управления мощностью турбоагрегатов (ЭЧСР-М), регулятор мощности для передач и вставок постоянного тока (РМ)), являющиеся исполнительными устройствами для ПАА.

6. Разработанные устройства противоаварийного управления внедрены в серийное производство на заводе "Электропульт" (г.Санк-Петербург).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Принципы создания и координации многоуровневых иерархических систем противоаварийного управления протяженными энергосистемами с выделением трех фаз противоаварийного управления для обеспечения динамической устойчивости, устойчивости в переходном процессе к послеаварийному режиму и статической устойчивости послеаварийных режимов. Иерархическая система включает в себя уровни агрегатных и исполнительных устройств, станционных устройств, узловых устройств, системных комплексов и центрального комплекса.

2. Методы определения оптимальных управляющих воздействий для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем в виде решения задачи нелинейного программирования, где в число векторных ограничений включены системы дифференциальных и алгебраических уравнений возмущенного движения энергосистемы, путем приближения вначале к границе области устойчивости, а затем минимизации управляющих воздействий вдоль границы области устойчивости с использованием градиентных методов.

3. Оптимизация расчетов при приближении к границе области динамической устойчивости путем организации расчетов переходного процесса до выхода схемы на послеаварийную характеристику и сравнении кинетической составляющей функции Ляпунова с соответсвующим значением для неустойчивого переходного процесса с учетом минимального значения кинетической составляющей , полученной при прохождении фазовых переменных вблизи седловой точки.

4. Алгоритмы противоаварийной автоматики для определения управляющих воздействий в виде полиномиальных функциональных ¡ависимостей не выше форм второго порядка от контролируемых режимных параметров с весовыми коэффициентами, зависящими от параметров энергосистемы.

5. Методы формирования алгоритмов противоаварийного управления для сохранения устойчивости энергосистем в виде функциональных зависимостей элементов вектора управляющего воздействия от режимных параметров, полученных путем аппроксимации предварительных вариантных решений задачи нелинейного программирования с применением методов многофакторного планирования экспериментов.

Метод аппроксимации опытных точек на границе области устойчивости, состоящий из этапа последовательного приближения вектора весовых коэффициентов ортогонально гиперплоскостям, образуемым каждым из опытов в пространстве весовых коэффициентов, и этапа их уточнения градиентным методом.

6. Оптимизация алгоритмов с учетом погрешностей расчетной модели, устройства управления, измерения режимных параметров и дискретности реализации управляющих воздействий с использованием принципов имитационного моделирования.

Метод оценки допустимых погрешностей измерений режимных параметров для устройств противоаварийной автоматики с использованием функции чувствительности, определяемой в виде зависимости математического ожидания погрешности вычисления управляющих воздействий от максимальной погрешности измерительных преобразователей.

7. Структура микропроцессорного устройства противоаварийного управления, обеспечивающая электромагнипгую совместимость и инвариантность к типам применяемых микропроцессорных средств, и алгоритмы его функционирования.

Принципы программно-аппаратного обеспечения надежности микропроцессорных устройств противоаварийного управления, позволяющие решать задачу выявления отказавших комплектов,

переключения на резервный комплект и диагностики отказавших элементов в неисправном комплекте вплоть до элемента замены.

8. Положительный опыт внедрения микропроцессорных устройств противоаварийной автоматики на электроэнергетических объектах и создания иерархической системы противоаварийного управления ОЭС Поволжья.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на 27 конференциях, совещаниях и симпозиумах (из них 7 - международных).

Всесоюзная конференция по применению метода функций Ляпунова в энергетике, Новосибирск, 1975;

Всесоюзная конференция по моделированию электроэнергетических систем, Таллин, 1977; Баку, 1982; Киев, 1985; Рига, 1987;

III Республиканская научно-техническая конференция по современным проблемам энергетики, Киев, 1980;

Всесоюзная научно-техническая конференция по проблемам нелинейной электротехники, Киев, 1981; 1984;

Всесоюзная научно-техническая конференция "Ленинский план электрификации в действии", Москва, 1981;

Всесоюзное научно-техническое совещание "Совершенствование средств противоаварийной автоматики в целях повышения надежности эксплуатации энергообъединений", Москва, 1981;

Всесоюзное научно-техническое совещание "Проблемы создания турбо-гидрогенераторов и крупных электрических машин", Ленинград , 1981;

Республиканская научно-техническая конференция "Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике", Харьков, 1982;

Республиканское научно-техническое совещание "Повышение надежности энергосистем Казахстана", Алма-Ата, 1983;

Всесоюзное научно-техническое совещание "Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР", Алма-Ата, 1979; Ташкент, 1984;

Всесоюзная научно-техническая конференция по применению микропроцессорной техники при автоматизации технологических процессов, Москва, 1985; 1987;

IV Международная конференция по передачам переменного и постоянного тока, Лондон, 1985;

Международный симпозиум СИГРЭ по взаимодействию передач переменного и постоянного тока, Бостон, 1987;

Международная конференция по большим электрическим системам -СИГРЭ, Париж, 1988; 1990; 1994;

Всесоюзная научно-техническая конференция по созданию комплексов электротехнического оборудования, Москва, 1986; 1989; 1994;

Международный симпозиум по управлению и развитию электрических систем, Бразилия, 1992; 1994.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 76 печатных работ, I! том числе 6 авторских свидетельств на изобретения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Иерархические системы противоаваршшого управления [1-9].

1.1. Фазы управления для обеспечения устойчивости энергосистем.

Для обеспечения устойчивости энергосистем на всех стадиях переходного процесса автором предложено выделить три фазы противоаварийного управления [1].

Первая фаза - управление с целью сохранения динамической устойчивости энергосистем (первый/второй цикл качаний роторов генераторов электростанций). Устройства противоаварийной автоматики должны определять оптимальные управляющие воздействия и реализовывать их путем отключения генераторов, быстродействующей разгрузки паровых турбин, формируя сигнал агрегатным устройствам управления мощностью, форсировки возбуждения генераторов электростанций определенной длительности автоматическими регуляторами возбуждения, форсировки (расфорсировки) мощности передач и вставок постоянного тока, повышения напряжения на определенный интервал времени статическими устройствами

компенсации реактивной мощности, включения устройств

электрического торможения на определенный интервал времени,

изменения реактанса линий электропередач посредством включения устройств продольной емкостной компенсации.

Вторая фаза - управление с целью сохранения устойчивости энергосистемы в переходном процессе к послеаварийному режиму. Устойчивость энергосистем в переходном процессе должна обеспечиваться агрегатными устройствами управления мощностью, автоматическими регуляторами возбуждения, регуляторами мощности передач и вставок постоянного тока, устройствами электрического торможения, устройствами управления статическими компенсаторами реактивной мощности и регулируемыми реакторами, аппаратурой управления устройств продольной емкостной компенсации.

Третья фаза - управление для сохранения статической устойчивости послеаварийных режимов. Под управлением для сохранения статической устойчивости понимается формирование таких управляющих воздействий, которые обеспечивают предельные перетоки мощности по линиям электропередач с учетом запаса для послеаварийного установившегося режима. Управляющие воздействия вычисляются устройствами противоаварийной автоматики на изменение генерирующей мощности, отключение нагрузок, деление энергосистем, форсировку или расфорсировку мощности передач и вставок постоянного тока. Вычисление управляющих воздействий устройствами противоаварийной автоматики должно осуществляться с учетом реализиции управляющих воздействий в предыдущих фазах управления и возможного действия автоматической частотной разгрузки.

Требования к времени формирования и реализации управляющих воздействий для фаз противоаварийного управления различны. Для первой фазы это время определяется запаздыванием релейной защиты, временем определения управляющих воздействий в устройстве противоаварийной автоматики и временем реализации управляющих воздействий исполнительными устройствами. Сокращение времени запаздывания в каждом из устройств снижает требуемые объемы управляющих воздействий.

Реализация управляющих воздействий во второй фазе должно осуществляться в темпе переходного процесса.

Требования к быстродействию реализации управляющих воздействий, необходимых для сохранения статической устойчивости (третья фаза управления), зависят от конкретных особенностей энергосистемы. В случае быстродействующей разгрузки паровых турбин и реализации управляющих воздействий в первой фазе допустимое время на формирование управляющих воздействий по ограничению мощности турбин может составлять несколько секунд. При изменении частоты в послеаварийных режимах реализация управляющих воздействий может быть осуществлена в темпе изменения частоты в энергосистеме.

1.2. Структура иерархической системы противоаварийного управления.

Устройства противоаварийной автоматики (УПА), обеспечивающие сохранение устойчивости энергосистем, создавались вначале как релейные комплексы. Обеспечивая устойчивость электростанций в ограниченном энергорайоне, отдельные устройства были слабо координированы между собой и не отличались точностью формирования и реализации управляющих воздействий (УВ).

Когда в энергосистемах началось широкое строительство линий электропередач напряжением 500 кВ и выше, существенно возросли требования к точности реализации УВ и надежности функционирования УПА.

Созданные в некоторых энергообъединениях централизованные (в рамках энергорайона) УПА с применением миниЭВМ давали возможность формировать УВ для энергосистем со сложной структурой. Однако ограниченное быстродействие миниЭВМ не позволяло осуществлять вычисление УВ с достаточной степенью точности, а централизованные комплексы с большим количеством каналов связи не отличались надежностью.

Системы противоаварийного управления должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать формирование оптимальных управляющих воздействий и выдачу команд на их реализацию при аварийных повреждениях оборудования;

при отказах отдельных элементов, узлов или устройств обеспечивать живучесть системы противоаварийного управления;

иметь возможность развития без принципиальных изменений существующего комплекса противоаварийного управления;

обеспечивать минимальные стоимость и затраты на эксплуатацию и модернизацию.

В наибольшей степени предъявленным требованиям отвечают иерархические системы противоаварийного управления.

Анализ устойчивости ЭЭС, а также опыт создания и эксплуатации цифровых устройств определил выбор в общем случае пятиуровневой иерархической структуры системы противоаварийного управления [2,3,5,6,8,10,11] (Рис.1).

Нижний уровень образуют агрегатные и исполнительные устройства противоаварийной автоматики: устройства автоматического управления мощностью' и возбуждением генераторов, исполнительные устройства для отключения генераторов, нагрузок и деления электрической схемы энергосистемы , устройства управления статическими

компенсаторами реактивной мощности, регуляторы мощности передач и вставок постоянного тока, устройства управления электрическим -торможением, устройства управления продольной емкостной компенсацией.

Агрегатные и исполнительные устройства реализуют команды, поступающие от устройств противоаварийной автоматики в первой и третьей фазах управления. Во второй фазе управления агрегатные устройства работают независимо от команд УПА.

Следующий уровень составляют станционные устройства противоаварийной автоматики (ПАА), предназначенные для сохранения динамической и статической устойчивости электростанции относительно остальной части энергообъединения. На электростанциях, участвующих в системе противоаварийного управления, устройства ПАА должны также распределять вычисленные управляющие воздействия и полученные от устройств высшего уровня иерархии между агрегатами электростанции.

Узловые устройства противоаварийной автоматики (уровень 2) призваны обеспечивать устойчивость группы электростанций относительно

Каналы связи из ОДУ

Рис 1. Структурная схема иерархической многоуровневой системы противоаварийного управления

остальной части энергообъединения. Алгоритмы и логика их работы аналогичны станционным устройствам ПАА.

Системные устройства противоаварийной автоматики (СУ ПАА) должны контролировать распределенные энергообъединения за исключением тех районов, где устойчивость обеспечивается устройствами ПАА. Основной задачей СУ ПАА является сохранение статической устойчивости параллельной работы электростанций внутри энергообъединения.

Центральное устройство противоаварийной автоматики (ЦУ ПАА) контролирует основные межсистемные связи и обеспечивает статическую устойчивость ЕЭС или некоторой ее части. Управляющие воздействия вычисляются по тем же алгоритмам, что и в СУ ПАА.

Связь между уровнями иерархической системы противоаварийного управления должна осуществляться по каналам межмашинного обмена информацией.

При проектировании системы противоаварийного управления конкретный вариант размещения устройств противоаварийной автоматики и связей между ними должен выбираться путем сопоставления суммарных приведенных затрат для каждого из вариантов с учетом капитальных вложениий в устройства противоаварийной автоматики и телеканалы связи, а также ежегодных издержек и вероятного ожидания ущерба от неточности действия и отказов элементов системы противоаварийного управления.

1.3. Координация многоуровневых систем противоаварийного

управления.

Основной задачей, возникающей при организации многоуровневых систем противоаварийного управления, является координация работы устройств, расположенных на различных уровнях иерархии. В системах противоаварийного управления целесообразно использовать все три принципа координации [4-6]: прогнозирования взаимодействий, согласования взаимодействий и оценки взаимодействий.

Принцип прогнозирования используется при взаимодействии ПАА с исполнительными устройствами.

Взаимодействие между устройствами ПАА и СУ ПАА соответствует принципу согласования взаимодействий. Устройства ПАА определяют и реализуют управляющие воздействия, необходимые для сохранения устойчивости электростанции или группы электростанций относительно остальной части энергообъединения. Если возмущения на отдельных связях требуют для сохранения устойчивости реализации дополнительных управляющих воздействий в иных частях энергообъединения или других энергообъединениях ( что определяется из предварительных расчетов), устройства ПАА передают СУ ПАА рассчитанные ими управляющие воздействия для . соответствующих пусковых органов. СУ ПАА осуществляют расчеты УВ с учетом возможного действия ПАА.

Взаимодействие СУ ПАА и ЦУ ПАА может быть организовано в зависимости от конкретных особенностей энергообъединений как с применением принципа оценки взаимодействий, так и согласования взаимодействий. Если оптимальным для ЕЭС является локализация управляющих воздействий в рамках того же энергообъединения, где произошло аварийное возмущение, для координации СУ ПАА и ЦУ ПАА применим принцип оценки взаимодействий. При этом ЦУ ПАА определяет и задает системным устройствам противоаварийной автоматики значения допустимых небалансов мощности Л/л* (разница между отключаемой генерирующей мощностью и нагрузкой). СУ ПАА вычисляет УВ с учетом Д/дЦ управляющих воздействий, полученных от ПАА.

Автором предложен алгоритм, реализующий принцип согласования взаимодействий для случаев, когда балансирующее управление не является оптимальным [8-11]. Представим множество управляющих сигналов и, определяемых системными устройствами противоаварийной автоматики С) (/еУ, где I- множество , содержащее номера всех СУ ПАА от /до Щ, в виде произведения N множеств

(у = гу,п[/2п...пи„

причем системное устройство С/ может определять на итерации j подмножество управляющих воздействий

У/си,.

Координирующие сигналы центрального устройства противоаварийной автоматики г , воздействующие на системное

устройство i на итерации у определяют подмножество М/ с: М, где М -множество координирующих сигналов. Пусть рассчитываются управляющие воздействия при аварийных возмущениях в энергообъединении к. Устройство Ск определяет управляющие воздействия без учета ограничений по небалансу мощности ( пц° = D , где m¡¡° е Мк° ; D -заданная достаточно большая константа) и передает рассчитанные значения управляющих воздействий Vk° центральному устройству. После этого z рассчитывает оптимальные управляющие воздействия М/ для контролируемого энергообъединения. Значения М/ по каналам межмашинного обмена передаются системным устройствам C¡ в виде небалансов мощности (для i=k) и управляющих воздействий для остальных энергообъединений. Устройство Q пересчитывает управляющие воздействия V¡! с учетом заданного небаланса мощности Л// , а С, (/ ^ к), приняв М/ , осуществляет выбор мест приложения и значений УВ, равных в сумме Л//, с учетом устойчивости внутри энергообъединений. Если реализация М/ осуществляется без нарушения устойчивости внутри энергообъединений, цикл расчетов заканчивается. В противном случае процесс согласования взаимодействий z и ChC2,...,CN осуществляется итерационным путем.

Пусть leí, где / - множество, содержащее номера энергообъединений, в которых происходит нарушение устойчивости. Устройство С/ определяет V/, необходимые для обеспечения устойчивости энергообъединения / с учетом заданного небаланса мощности M¡ . Центральное устройство определяет значение общей целевой функции <t>j (/=/).

Для энергообъединений из множества / центральное устройство задает откорректированные значения М/+/ (/-/ ) в соответствии с выражением

Д,, (1)

где mjH £ MjH; Д, - заданная константа.

После этого z пересчитывает Л//+/, где iel\í. Для определенных M¡H , где ¡e I , системные устройства C¡ пересчитывают V¡+'. Системные устройства с номерами ie /|/, осуществляют выбор мест приложения и значений УВ, равных сумме М{н , с учетом устойчивости

внутри энергообъединений. Если для энергообъединения /реализация M невозможна без нарушения устойчивости, Q определяют If11'необходимые для обеспечения устойчивости энергообъединения с учетом заданного небаланса мощности М'+1. Номер соответствующего энергообъединения расширяет множество /( ¡et).

Центральное устройство оценивает новое значение Ф,>;, и если сPjH < сPj , увеличивает j на единицу и корректирует по выражениям (1) M'i+I . В противном случае расчет заканчивают, принимая значения управляющих воздействий, рассчитанные на предыдущем шаге.

Расчет управляющих воздействий при аварийных возмущениях на внешних связях осуществляет ЦС ПАА, настраивая СУ ПАА, каждое из которых может настраивать в свою очередь устройства ПАА с соответствующими ПО. Процесс согласования взаимодействий в этом случае между ЦС ПАА и СУ ПАА аналогичен изложенному итерационному алгоритму, где на каждой итерации проверяется устойчивость энергообъединений СУ ПАА.

2. Алгоритмы противоаварийного управления

электроэнергетическими системами [12-33].

2.1. Задачи определения оптимальных управляющих воздействий.

В общем случае задача определения оптимальных управляющих воздействий для обеспечения устойчивости энергосистем при заданном составе сети, доаварийном режиме и конкретном возмущении сводится к задаче нелинейного программирования [12-17].

Требуется минимизировать целевую функцию

при векторных ограничениях

(2)

¿X (3)

at

G(X, V, U ) = 0 ; Н< U<B;

x'min < Х'(0 <х'та f <f<f ,

J min — J J max '

(4)

(5)

(6) (7)

где У - вещественная скалярная функция; X , V - векторы переменных состояния; и - вектор управляющих воздействий; - вектор

возмущений;Н, В - векторы нижних и верхних ограничений управляющих воздействий; Х'ф - вектор взаимных углов роторов генераторов электростанций во время переходного процесса, компоненты которого определяются из элементов вектора Х(1) ; Х'тах ; Х'тш - векторы максимальных и минимальных взаимных углов;/- частота в энергосистеме в послеаварийном режиме.

Численное решение системы дифференциальных (3) и алгебраических уравнений (4) позволяет найти возмущенное движение энергосистемы. Выполнение неравенства (6) соответствует обеспечению устойчивости возмущенного движения.

Из-за сложности решения полной задачи (2-7) целесообразно с практической точки зрения разделить ее решение на три подзадачи определения управляющих воздействий для обеспечения: динамической устойчивости; устойчивости энергосистем в переходном процессе к послеаварийному режиму; статической устойчивости послеаварийных режимов.

Задача определения управляющих воздействий для сохранения динамической устойчивости сводится к минимизации целевой функции (2) при векторных ограничениях (3-6) для ограниченного интервала времени (один - два цикла качаний роторов генераторов электростанций).

В качестве целевой функции достаточно использовать функцию вида

(8)

ы

где и, - мощности отключаемых генераторов или разгрузок турбин; v, - заданные весовые коэффициенты.

Задача определения управляющих воздействий для обеспечения устойчивости энергосистем в переходном процессе к послеаварийному режиму также сводится к минимизации целевой функции (2) при векторных ограничениях (3-6). При решении соответствующей задачи учитываются управляющие воздействия, определенные предварительно для сохранения динамической и статической устойчивости послеаварийного режима исследуемой энергосистемы. В качестве

критерия оптимальности достаточно использовать интегральный показатель качества

где Д - интегральный показатель качества для какого-либо из параметров режима переходного процесса ; к, - весовые коэффициенты, отражающие значимость данного параметра в общем процессе.

Задача определения управляющих воздействий для обеспечения статической устойчивости послеаварийных режимов с учетом изменения частоты сводится к минимизации целевой функции

Г = Т(и> (9)

при векторных ограничениях

(10) СП) (12)

(13)

(14)

С | (V, и, Р, /) = 0;

Р(Р)-Р„(Р)<0;

Н^и<В;

Утт ^ У — Ушах *

где Р - вектор генерирующих мощностей электростанций и нагрузок; /частота в энергосистеме в послеаварийном режиме; А Рн - небаланс активной мощности в энергообъединении; £ - допустимый небаланс активной мощности.

Неравенство (11) отражает ограничение потоков мощностей по линиям электропередач или выделенным сечениям электроэнергетических систем. При решении задачи обеспечения статической устойчивости учитываются управляющие воздействия, полученные для сохранения динамической устойчивости.

2.2. Методы решения задачи определения оптимальных управляющих воздействий.

В данном разделе приведены методы оптимизации управляющих воздействий для сохранения динамической и статической устойчивости. При решении задачи сохранения динамической устойчивости основное время расчета занимает решение системы дифференциальных (3) и алгебраических уравнений (4) возмущенного движения энергосистемы.

При решении задачи сохранения статической устойчивости большая часть времени идет на решение уравнений (10) расчета потоков мощности в электрической сети.

Учитывая указанные особенности задачи оптимизации предложена следующая процедура минимизации целевой функции с использованием разновидности градиентного метода [15]. Вначале определяют точку вблизи границы области устойчивости путем последовательной вариации дозировки вектора УВ или интенсивности возмущения в сторону границы до выполнения с заданной точностью равенств (6) или (11). На каждом шаге приближения решается система (3,4) или (10). Затем осуществляют минимизацию целевой функции (2) или (9) вдоль границы области устойчивости. Для этого один из элементов вектора управляющего воздействия выбирается в качестве балансирующего и- . Задают последовательное приращение элементов управляющего воздействия, кроме и., на одинаковую относительную величину Д и, . Для приращения каждого элемента в отдельности определяют и-, соответствующее границе области устойчивости, и оценивают значение целевой функции^ Далее определяют вектор управляющих воздействий и > с новыми компонентами, для которых приращения формируются пропорционально разностям ( У* -

У/):

и/ = «,* +у(^к

Для ряда значений у = п ■ Л , где А - заданное приращение элементов вектора управляющего воздействия, производят последовательную оценку У для (п=1,2\...) до тех пор, пока Ч* не перестанет уменьшаться или и, не достигнут своих ограничений (5) или (12). На каждом шаге производят оценку устойчивости с приближенем по и> к границе области устойчивости. Если для у -ого шага целевая функция > У * , осуществляют возврат к (/ -1) -му шагу, на котором ищут новое направление аналогично указанному способу. Если нового направления для заданного Л не находится, уменьшают Л в 2 раза. Процесс оптимизации осуществляют таким образом до тех пор, пока Л не станет меньше заданной величины е . Если и, в процессе оптимизации достигает своего ограничения, она остается на ограничении. При

достижении ограничения балансирующей составляющей и- вектора УВ выбирается новая балансирующая компонента, и расчет продолжается.

Расчет заканчивается в том случае, когда определен минимум целевой функции У или все элементы вектора управляющего воздействия, кроме балансирующего, находятся на ограничении.

Для ускорения расчетов при приближении к границе области динамической устойчивости автором предложен метод, использующий теорию функций Ляпунова [29].

Функция Ляпунова для электроэнергетической системы в ее позиционной идеализации имеет вид *

где Ву = ; £/- э.д.с. за переходным реактивным сопротивлением

/ -ой машины; ¿у,у - разность угловых скоростей векторов э.д.с.; ¿>/, -разности углов векторов э.д.с. в установившемся послеаварийном режиме и их отклонения; I, - постоянные инерции электростанций. Обозначая первое слагаемое правой части выражения (15) через К(0 (кинетическая составляющая), а второе - через 17(0 (потенциальная составляющая), получим

К = АГ(0 + /7(0-

Известно, что если энергосистема неустойчива, фазовые переменные покидают область устойчивости вблизи седловой точки. В этот момент чезависимо от интенсивности возмущения

У=ПС + К(1С), где Пс - значение функции Ляпунова в седловой точке.

Если при определенных начальных возмущениях система выходит на границу области устойчивости, то

ОД+ Щ(0)=пс, (16)

где АГ, (/„), П\ (/,,) - значения К (/) и П (/) к моменту выхода схемы на послеаварийную характеристику. Если К2 (?0) + (?0) оказывается больше

* Путилова А.Т., Тагиров М.А. Функция Ляпунова для уравнений взаимного движения синхронных машин//Труды СибНИИЭ, вып 17,1971.

Пс, то энергосистема теряет устойчивость. В силу того, что

dt

(из-за неучета демпфирования) и того факта, что фазовые переменные покидают область устойчивости вблизи седловой точки,

K2(t0) + n2(t0) = nc+K2(tc), (17)

где К2 (tc ) - значение K(t) в момент перехода фазовых переменных вблизи седловой точки. Вычитая из (17) составляющие выражения (16), получим

ДК(Г0) + Д77(/0) = Л:2(ГС) ,

При Д/7(г0 )«AK(t0) имеем

ЛДг0)=К2(*с).

Таким образом, изменение кинетической составляющей функции Ляпунова K(t0) к моменту перехода схемы на послеаварийную характеристику для неустойчивого переходного процесса относительно соответствующего значения для предельного по устойчивости переходного процесса практически равно значению кинетической составляющей функции Ляпунова в момент перехода фазовых переменных вблизи седловой точки K(tc ). На основании этого стратегию приближения к границе области устойчивости путем вариации шунта короткого замыкания можно представить следующим образом. Рассчитывают неустойчивый переходный процесс. В момент перехода фазовых переменных через седловую точку значение K(t) имеет минимум. Значения K(tc) и K(tQ) фиксируют и запоминают. Дальнейшие расчеты с увеличенным значением шунта короткого замыкания осуществляют только до момента выхода схемы на послеаварийную характеристику до тех пор, пока вновь полученное значение K(t0) не станет меньше соответствующего значения для неустойчивого переходного процесса на K(tc.). Как показывают результаты расчетов конкретных энергосистем [29], погрешности в определении сброса мощности при нахождении точки на границе области устойчивости по приведенной методике не превышает 20%.

2.3. Формирование алгоритмов , реализуемых в устройствах противоаварийного управления.

Алгоритмы, реализуемые в устройствах противоаварийного управления, должны:

- определять оптимальные управляющие воздействия с достаточной для практических целей точностью;

- допускать вычисление УВ для всех пусковых органов в заданном цикле расчетов.

Формирование управляющих воздействий для обеспечения динамической устойчивости электроэнергетических систем (первая фаза противоаварийного управления), а также для второй фазы противоаварийного управления путем решения задачи (2-6) в темпе процесса при существующем уровне развития микропроцессорных средств не представляется возможным. Решение этой задачи для вариантных расчетов при всевозможных вариациях параметров режима, системы и возмущений целесообразно осуществлять предварительно для достаточно полных моделей энергосистем. Управляющие же воздействия, формируемые устройствами противоаварийного управления, предлагается определять по функциональным зависимостям, полученным в результате аппроксимации результатов предварительного решения задачи оптимизации.

Формирование управляющих воздействий для обеспечения статической устойчивости послеаварийных режимов может быть также осуществлено по функциональным зависимостям или путем непосредственного решения задачи (9-14) в зависимости от возможностей используемых вычислительных средств в устройствах противоаварийного управления.

Методы формирования функциональных алгоритмов, предназначенных для реализации в устройствах противоаварийного управления, изложены в следующих разделах.

2.4. Разделяющие поверхности областей устойчивости.

Для такого сложного объекта, как многомашинная энергосистема, точное аналитическое определение разделяющей поверхности (границы) 5 областей устойчивости не представляется возможным. Приближенное

выражение разделяющей поверхности можно определить, используя методы функций Ляпунова:

где V - значение функции Ляпунова к моменту выхода схемы на послеаварийную характеристику; / - критериальная постоянная.

Для позиционной идеализации многомашинной энергосистемы разделяющая поверхность областей устойчивости получена в следующем виде[ 18,25]

т-1 т JJ о} т . /1 о\

к-/=1 X +1X я, (-о* -ссб(^ шзцз, +к, =о,(18)

1=] у^у 1=1 j=¡+l 1=1 1

где т - количество электростанций; ки - коэффициенты, принимающие в соответствии с критериальной постоянной значения 0 или 1.

Примем следующие допущения к исследуемой позиционной модели энергосистемы для области режимов, в которой при заданном составе сети может произойти нарушение устойчивости энергосистемы:

модули э.д.с. за переходными реактивными сопротивлениями генераторов и модули векторов напряжений в нагрузочных узлах при вариации доаварийного режима изменяются незначительно;

при изменении режима коэффициенты кц , а также знаки при я в выражениях ±л+28° не изменяются или их изменения незначительно влияют на критериальную постоянную;

разгрузка электростанций для целей противоаварийного управления осуществляется в конце возмущения мгновенно;

электромагнитная мощность генераторов электростанций в интервалах времени аварийного режима постоянна;

аргументы тригонометрических функций допускают с достаточной для практических целей точностью линеаризацию в диапазоне углов 8,/, 5у, опасных для устойчивости энергосистемы.

Проведя в выражении (18) с учетом принятых допущений замену переменных на режимные параметры, наиболее целесообразные с практической точки зрения для контролирования (доаварийные активные мощности Ра генераторов электростанций и нагрузок, сбросы активных

мощностей АР/ на генераторах электростанций во время возмущения), разделяющую поверхность областей устойчивости получим в следующем виде:

1«Л яу +с=о, (19)

1=1 /=1 .=1 I у

где Ц- - величина аварийной разгрузки /-ой электростанции; Ц- - условное обозначение режимных параметров: Ра, АР/, Ц-; а,-,/?/, у,, у,у, с-весовые коэффициенты, являющиеся функциями послеаварийного состава сети и доаварийного состава агрегатов электростанций; коэффициенты Д и ^ при слагаемых с Д/^ зависят также от длительности возмущения.

Мощности некоторых генераторов и нагрузок могут быть заменены в выражении (19), исходя из конкретных условий, на доаварийные значения мощностей линий электропередач.

Анализ моделей энергосистем простой структуры, содержащих асинхронные нагрузки [19,22] и автоматические регуляторы возбуждения, показывает, что соответствующие разделяющие поверхности также представляют собой формы не выше второго порядка от параметров режима. Для оценки областей устойчивости и управляющих воздействий дополнительно необходимо контролировать аварийные сбросы мощностей на нагрузках и доаварийные значения токов возбуждения генераторов электростанций. Вместо тока возбуждения предлагается контролировать доаварийные напряжения на шинах и реактивные мощности генераторов электростанций.

Если принятые допущения не выполняются для конкретной энергосистемы в области режимов, где может произоити нарушение устойчивости, то всегда можно определить подобласти режимов, в которых они справедливы с достаточной точностью. В этом случае весовые коэффициенты должны рассчитываться для каждой подобласти режимов. Таким образом полученные разделяющие поверхности определяют: - структуру алгоритмов противоаварийного управления в виде форм не выше второго порядка от параметров режима с весовыми коэффициентами, зависящими от параметров системы;

- контролируемые режимные параметры (доаварийные активные мощности генераторов и нагрузок или активные мощности линий электропередач, доаварийные реактивные мощности генераторов электростанций, доаварийные напряжения на шинах генераторов электростанций, сбросы активных мощностей на генераторах и нагрузках во время возмущения).

2.5. Алгоритмы противоаварийного управления в виде функциональных зависимостей.

Для формирования функциональных зависимостей управляющих воздействий от контролируемых режимных параметров необходимо получить некоторое множество опытных точек на границе области устойчивости, а затем осуществить их аппроксимацию. Для минимизации количества опытных точек в исследуемой области режимов предложено использовать методы многофакторного планирования экспериментов [25].

В соответствии с выбранным планом эксперимента задают конкретные значения режимных параметров. Затем определяют оптимальные значения управляющих воздействий путем решения задачи (2-6) или (9-14), в результате чего определяют точки на границе области устойчивости. Таким образом для каждого состояния сети и пускового органа матрице режимных параметров, задаваемой в соответствии с выбранным планом эксперимента, ставятся в соответствие матрицы-столбцы управляющих воздействий, полученных в результате оптимизации [1,10]:

(20)

где л - количество контролируемых режимных параметров; т - число экспериментов; к- количество управляющих воздействий.

Произведя аппроксимацию для каждого столбца правой части соответствия (20) относительно матрицы режимных параметров ( левой

Рп Рп

Рц

я,,

VI и! и,1

и\ и!

VI т икт

части) формируют алгоритмы противоаварийного управления для / - ого управляющего воздействия и у-ого пускового органа в виде [15,26,28,31]

и« = £ с1/рк+££ с1/, ркр,+су (21)

для областей режимов

^(Р„Р2,...,Р,)< О, (22)

где и'] -¿й элемент вектора управляющего воздействия для у-го пускового органа; Р, - контролируемые режимные параметры; с/, о/, с/ -весовые коэффициенты, получаемые в результате аппроксимации; У к' -скалярные функции (для большинства практических случаев это линейные функции от контролируемых режимных параметров); ¡еГ, ]е1; кеК.

Вся область режимов может быть разделена на несколько подобластей с помощью выражений (22). Для каждой подобласти соответствует свой набор управляющих воздействий и соответственно выражений (21).

В том случае, когда зависимость £/'-' от режимных параметров для заданной области изменения режимных параметров (22) невелика (с учетом дискретности реализации УВ), а набор УВ вида (21) для каждой области (22) достаточно представительный, задание УВ для каждой области (22) может быть определено в виде констант, полученных в результате решения задачи (2-6) или (9-14).

Таким образом для случаев, когда размерность множества К относительно большая, управляющие воздействия могут быть заданы для каждой подобласти (22) константами, если это приемлемо по точности для конкретной энергосистемы.

Алгоритмы противоаварийного управления формируют в этом случае для всех подобластей режимов, каждого пускового органа и состояния сети. Так для у -ого пускового органа и конкретного состояния сети таблица решений имеет вид:

< О => и\>, иI1, ... , и? ч'21 <а => и\', и\',..., и'1 , (23)

=> иу, и]',..., и'>

где £// - 1-ое управляющее воздействие для у'-ого пускового органа и кого ограничения (22).

2.6. Аппроксимация опытных точек на границе области устойчивости.

Аппроксимация опытных точек на границе области устойчивости имеет свою специфику. Аппроксимирующие функции должны проходить с одной стороны граничных точек заданной выборки так, чтобы расчетная избыточность управляющих воздействий была бы минимальна.

Задача определения весовых коэффициентов аппроксимирующего выражения вида (21) сводится к минимизации целевой функции г= С + Р$ (24)

при векторных ограничениях

Р„ С - Р > 0 , (25)

где Ип - матрица значений режимных параметров и интенсивностей возмущений, а также их квадратичных составляющих для каждого из опытов ; С - вектор-столбец весовых коэффициентов; Р - вектор-столбец значений управляющих воздействий для каждого из опытов.

Целевая функция (24) определяется как сумма Б левых частей выражения (25). Минимизация функции г целесообразна относительно таких 5 опытных точек, вероятность появления которых наибольшая.

Для большинства практических случаев система (25) при строгом равенстве нулю образует переопределенную линейную систему уравнений, близкую к вырожденной. Поэтому с помощью классических методов не всегда может быть получено решение системы (24,25), приемлемое для практического использования (весовые коэффициенты могут быть чрезмерно большими).

Для решения задачи (24,25) автором разработан метод [20.21], состоящий из этапа последовательного приближения вектора весовых коэффициентов ортогонально гиперплоскостям (25), образуемым каждым из опытов в пространстве весовых коэффициентов, и этапа уточнения весовых коэффициентов градиентным методом по гиперплоскостям и их пересечениям. Предложенный метод отвечает условиям поставленной задачи формирования алгоритмов противоаварийного управления и всегда приводит к практическому ее решению.

2.7. Выбор оптимальных алгоритмов противоаварийного управления с учетом погрешностей.

На процесс формирования и реализации алгоритмов противоаварийного управления неизбежно накладываются следующие погрешности:

- погрешности определения оптимальных значений элементов вектора управляющего воздействия с использованием той или иной модели энергосистемы, а также способа формирования управляющих воздействий в устройствах противоаварийной автоматики;

- стохастические погрешности от измерения, передачи или предсказания натурных значений параметров режима при реализации алгоритмов;

- погрешности, вызванные изменениями неконтролируемых режимных параметров;

- стохастические погрешности аппаратуры, реализующей алгоритмы (вычислительная аппаратура и исполнительные органы управляющих воздействий);

- погрешности в запас, связанные с дискретностью реализации управляющих воздействий.

Выбор оптимальных алгоритмов с учетом погрешностей предложено осуществлять с помощью метода имитационного моделирования [13]. Для этих целей выбрана стохастическая модель с использованием метода Монте-Карло. Моделируются вычислительные устройства, реализующие алгоритмы противоаварийного управления, исполнительные органы управляющих воздействий, указанные выше погрешности и вероятности существования режимов энергосистемы.

Испытаниям подвергают ряд полиномов, различающихся количеством и составом режимных параметров, их квадратичными составляющими и величинами весовых коэффициентов.

Моделирование погрешностей контролируемых режимных параметров осуществляют с помощью датчика случайных чисел, распределенных по нормальному закону. Моделирование реализаций управляющих воздействий производят с учетом вероятностного числа генераторов электростанций. При определении режима для очередного испытания использован модифицированный метод Неймана, в качестве

исходных данных для которого задается плотность распределения режимов (строк матрицы планирования режимных параметров).

В результате испытаний всех возможных вариантов осуществляется выбор оптимального алгоритма по минимуму математического ожидания разностей расчетных управляющих воздействий от опытных М[Л] с учетом ограничений по среднему квадратическому отклонению ф]<сгтах .

В качестве примера на рис. 2, а и б приведены гистограммы разностей расчетных управляющих воздействий от опытных для двух полиномиальных алгоритмов, полученных при аварийных возмущениях на межсистемной связи ОЭ'С Северо-Запада-ОЭС Центра для случая разгрузки электростанций. Из-за погрешностей измерения контролируемых режимных параметров алгоритм с меньшими весовыми коэффициентами имеет лучшие характеристики.

-0.339 -0.075 0.366 0.710 1.16 1.425 Д -0.339 -0.073 0.283 0.638 0.993 1.259 1.437 Л

а) б)

Рис.2. Гистограммы разностей расчетных управляющих воздействий от опытных.

а) АРр=9.3Р, -19.3^ +18.5Л - 0.1 АР, - 2.5Р/ - 3.1 Р,Р3 + 46.8Р/ --15.3Р2Р3-\.5Р£Р, -4.3.Р/ + 0.6ДР/-9.6;

б) АРр=0ЛР,-0.ЪР2-5.9Р3+ \ЛАР, -0.4Р/ +03Р,РЗ+1ЯР/ + + 6.8Р2Р3- ШРАР, +1.6Р/ + 1ААР,2+Ъ.Ъ.

2.8. Алгоритмы для определения УВ в устройствах противоаварийного управления.

Алгоритмы определения УВ для первой фазы противоаварийного управления целесообразно формировать в виде функциональных зависимостей (21,22) или таблиц решений (23).

Для обеспечения статической устойчивости послеаварийных режимов (третья фаза противоаварийного управления) также могут быть использованы алгоритмы вида (21,22) или (23). Если позволяет быстродействие вычислительных средств, используемых в устройствах противоаварийного управления, расчеты УВ могут быть выполнены путем решения задачи (9-14). Так, например, в ОЭС Урала и Поволжья используются алгоритмы вычисления управляющих воздействий с применением упрощенных моделей энергосистем, разработанные НИИ ПТ. Алгоритмы основаны на расчете параметров послеаварийного режима по линеаризованной модели ОЭС с последующей оценкой устойчивости ОЭС путем анализа устойчивости простых звездообразных эквивалентов.

Применение современных вычислительных рабочих станций с параллельной обработкой информации для целей противоаварийного управления [17] дает возможность обеспечить вычисление управляющих воздействий в доаварийном цикле расчетов путем решения задачи (9-14) с использованием достаточно полных моделей энергосистем.

Алгоритмы устройств для второй фазы противоаварийного управления должны быть ориентированы именно на сохранение устойчивости энергосистем в переходном процессе. Формирование алгоритмов управления для этой фазы требует специальных исследований на моделях конкретных энергосистем. В общем виде управление может осуществляться по режимным параметрам переходного процесса с использованием таблиц настроечных коэффициентов, предварительно определенных для областей режимных параметров и состояний сети на основе решения задачи (2-6). Так, например, в регуляторах возбуждения генераторов электростанций целесообразно для второй фазы управления осуществить релейное переключение напряжения возбуждения [30,33] в соответствии с выражением

ufi=£ w - //)+1кла-/y),

1 y=l

где m - количество регулируемых электростанций; f, (JJ ) - частота (производная частоты) j-ой электростанции.

2.9. Примеры формирования полиномиальных алгоритмов противоаварийного управления [24,25,27].

Для формирования алгоритмов противоаварийного управления электроэнергетическими системами был разработан комплекс программного обеспечения, включающий в себя систему программ расчета опытных точек вблизи границ областей устойчивости, аппроксимации опытных точек и выбора оптимальных алгоритмов противоаварийного управления с учетом погрешностей [15,20,23,25]. С помощью указанного комплекса программ проведено формирование алгоритмов

противоаварийного управления для ряда энергосистем. Приведем несколько примеров.

Для устройства противоаварийной автоматики типа КДВ, установленного на подстанции Ленинградская (750 кВ), алгоритмы противоаварийного управления при к.з. на ЛЭП 750 кВ получены в виде [27]

APp=2.05Pi + \.\P2 + Q.65P3 +0.31ДР, -0.07Р/ -0.55Р,Р3 +0.75Р/ + +0.96Р2Р3- Ъ.ЪР&Р, +0.26Р/ + 0.76ДР/ -1.25 , где Pi ,Р2 - доаварийные значения перетоков мощностей по линии 750 кВ и линии ЗЗОкВ Чудово-Окуловка; АР/ - сброс мощности на линии 750 кВ во время к.з.; Pj - суммарное доаварийное значение перетоков мощностей по линиям ЗЗОкВ от Прибалтийской и Эстонской ГРЭС в южную часть ОЭС Северо-Запада.

При возмущениях на линиях ЗЗОкВ межсистемной связи ОЭС Северо-Запада с ОЭС Центра, а также затяжных к.з. весовые коэффициенты имеют другие значения.

На вычисленную величину ДРр осуществляется ограничение мощности на Киришской, Эстонской, Прибалтийской ГРЭС и Ленинградской АЭС.

Полиномиальный алгоритм противоаварийного управления для обеспечения устойчивости Братской и Усть-Илимской ГЭС при

аварийном возмущении на двухцепной ЛЭП, отходящей от Братской ГЭС в сторону Красноярска, получен в следующем виде [25]:

APp=Q.llP4 -3.49Л + 4.0Л -Ъ.\и4-0.51ДР4-4.7АР/-0.89P4U4 --0.7PjAP/ + 535P2U4 + 2Л6Р2ЛР/- А.29Р, U4 + 0.37/W/-- 3.16U42 + 0.76 U4 AP4 -2.12 UAPi +1 MAP/2 -0.38 , где Pi - доаварийное значение перетока мощности по направлению Братская ГЭС-Иркутск; Р2 - доаварийное значение перетока мощности по направлению Братская ГЭС - Красноярск; Р4, U4 - доаварийные значения мощности и напряжения на шинах Братской ГЭС; &Р4 , АР/ - сбросы мощностей Братской ГЭС для простого и затяжного к.з.; АРр - величина разгрузки в виде отключения генераторов на Братской и Усть-Улимской ГЭС.

Проведено исследование алгоритмов противоаварийного управления для обеспечения устойчивости Костромской ГРЭС и Загорской ГАЭС.

3. Исследование и разработка микропроцессорного устройства противоаварийного управления [34-68].

3.1. Исследование возможностей применения микропроцессорных средств для управления электроэнергетическими объектами.

Разработке микропроцессорных устройств противоаварийного управления предшествовали исследования возможностей реализации алгоритмов противоаварийного управления, помехоустойчивости и надежности работы микропроцессорных средств.

Проведенные исследования микропроцессорных средств показали, что наиболее предпочтительными для автоматического управления электроэнергетическими объектами являлись микросредства управляющей вычислительной техники (МС УВТ) серии В7*. В этой серии были использованы широко распространенные в мире большие интегральные схемы (БИС) фирмы Intel. МС УВТ удовлетворяли

* Шереметьевский H.H., Долкарт В.М. Магистрально-модульные микросредства управляющей вычислительной техники // Микропроцессорные средства и системы, 1984, № 2.

требованиям вычислительной мощности, помехоустойчивости и виброустойчивости.

В результате проведенных автором исследований установлена возможность реализации в микроЭВМ функциональных алгоритмов противоаварийного управления. Впервые в нашей стране при участии автора проведены испытания микропроцессорных средств на помехоустойчивость и надежность в реальных условиях работы на Днепровской ГЭС имени В.И.Ленина [55], доказавшие перспективность применения микропроцессорных средств непосредственно в контуре автоматического управления.

Микропроцессорное устройство противоаварийной автоматики (ПАА) разрабатывалось для станционного и узлового уровней иерархической системы противоаварийного управления.

К соответствующим устройствам противоаварийной автоматики предъявляются следующие требования [46]:

- возможность реализации функциональных алгоритмов противоаварийного управления для определенного набора пусковых сигналов и формирования управляющих воздействий с заданной степенью точности;

- вычисление управляющих воздействий с минимальным запаздыванием после получения сигнала о срабатывании пускового органа;

- обеспечёние помехоустойчивости и электромагнитной совместимости с измерительными каналами, каналами выдачи управляющих воздействий и системой питания;

- обеспечение требуемых показателей надежности работы устройств.

Создание устройства противоаварийной автоматики в соответствии с указанными требованиями осуществлено на основе научных исследований при непосредственном участии автора. Автором проведены исследования по реализации полиномиальных и табличных алгоритмов в устройстве ПАА с микроЭВМ, разработана структура устройства противоаварийной автоматики, разработаны методы обеспечения надежности работы микропроцессорного устройства, предложены методы оценки допустимых погрешностей измерения режимных параметров, разработаны блок-схемы алгоритмов работы устройства.

Автор принимал участие в разработке программного и аппаратного обеспечения устройства ПАА.

3.2. Принципы реализации полиномиальных алгоритмов в микропроцессорных устройствах противоаварийной автоматики [45,47,48,57].

Для формирования управляющих воздействий в устройствах противоаварийной автоматики по полиномиальным функциональным зависимостям (21) проведены исследования по точности представления в микроЭВМ контролируемых режимных параметров и весовых коэффициентов. Для представления режимных параметров Р и управляющих воздействий и в микроЭВМ вводятся масштабные коэффициенты

тахР, * тахи

____^ *

т, = „ ; т. = ,

тахР, тахи

где Р' ,1/ • соответственно режимный параметр и величина управляющего воздействия, представленные в микроЭВМ. Величина УВ будет при этом вычисляться в микроЭВМ по выражению

= р;+£±с-Р; р;+.с1 (26)

где . Щ . Щ

с, = с,— с, = е.,-; с0 = с„ • тл

' щ . у ' т, т1 и и л

являются весовыми коэффициентами, записываемыми в постоянное перепрограммируемое запоминающее устройство (ППЗУ) микроЭВМ.

На основе метода имитационного моделирования осуществлен выбор числа байт представления в микроЭВМ величин Р' и [/ . Получено, что при представлении весовых коэффициентов двумя байтами, а режимных параметров одним байтом в соответствии с разрядностью АЦП, погрешность вычисления полиЕюма (26) не превышает 1,5%.

Полиномы вида (26) формируют для каждого пускового органа и доаварийного состояния сети.

Проведенные исследования времени вычисления УВ по выражению (26) показали, что при этом получается большая задержка в выдаче УВ на реализацию. Поэтому предложена следующая схема вычисления

управляющих воздействий в микроЭВМ. В доаварийном цикле расчетов проводится вычисление УВ для всех пусковых органов и состояний сети. Вычисленные значения УВ записываются в таблицу и обновляются в следующем цикле расчета. При получении сигнала от пускового органа расчеты УВ прерываются, а из расчетной таблицы выбирается на реализацию управляющее воздействие, соответствующее поступившему пусковому сигналу и доаварийному состоянию сети.

3.3. Оценка допустимых погрешностей измерений режимных параметров.

Допустимая погрешность измерения режимных параметров, используемых в устройствах противоаварийной автоматики, зависит от ее влияния на погрешность определения управляющих воздействий. Допустимую погрешность измерительных преобразователей (ИП) предлагается оценивать с помощью функции чувствительности, которая определяется как зависимость математического ожидания погрешности определения УВ от максимальной погрешности ИП [42,43]. Функцию чувствительности получают с применением методов имитационного моделирования, в частности, с использованием стохастической модели и применением метода Монте-Карло.

В исходных данных каждому ИП задают значение максимальной погрешности. Моделируется вероятность появления каждого из исследуемых режимов энергосистемы, очередной вариант набора погрешностей всех ИП, работа вычислительного устройства, определяющего дозировку УВ по полиномиальным зависимостям, процесс реализации УВ.

В результате определяется математическое ожидание погрешности УВ по всему ансамблю реализаций (~500 точек), выполняемому для каждой из заданных максимальных погрешностей ИП. Продолжают эксперименты при последовательном увеличении максимальной погрешности ИП до тех пор, пока математическое ожидание погрешности управляющих воздействий не станет увеличиваться. По полученной функции чувствительности определяют максимальную допустимую погрешность ИП.

С помощью указанных функций чувствительности, полученных при исследовании конкретных энергосистем, определены допустимые погрешности преобразователей активной мощности: статические погрешности могут быть допустимы до 5%, динамические не более 10%.

3.4. Алгоритмы функционирования микропроцессорного устройства противоаварийной автоматики [45,47,50,51].

Алгоритмы противоаварийного управления для обеспечения устойчивости параллельной работы электростанций реализуются с учетом каскадного развития аварии, затяжных коротких замыканий и возможного деления электрической схемы станции. В режиме противоаварийного управления ПАА запускается от пусковых сигналов противоаварийной автоматики.

Для расчета управляющих воздействий используются полиномиальные функциональные зависимости или таблицы решений. Весовые коэффициенты полиномиальных зависимостей для нормальной и всех ремонтных схем, а также для всех расчетных пусковых органов рассчитываются предварительно.

Блок-схема алгоритма функционирования устройства ПАА представлена на рис 3. В нормальном режиме периодически повторяется доаварийный цикл расчета. Программа NORMA выполняет подготовительные операции для противоаварийного управления и диагностирует неисправности. Ввод информации о состоянии агрегатов и режимных параметров осуществляется в программе SPS. Подпрограмма UPRDO рассчитывает значения управляющих воздействий по полиномиальным функциональным зависимостям текущего состояния сети для всех пусковых органов и ступеней интенсивности возмущений.

При повреждении в схеме выдачи мощности по прерыванию запускается программа INP01. В подпрограмме PUSK определяется номер пускового устройства и вводится информация об интенсивности возмущения. В подпрограмме Р01 определяются управляющие воздействия для сохранения динамической и статической устойчивости по номеру пускового органа и информации о доаварийном состоянии сети. При попадании пускового сигнала в заданный интервал одновременности (формируется подпрограммой SOD) корректируются

Рис.3. Блок-схема алгоритма функционирования устройств ПАА.

вычисленные управляющие воздействия с учетом реализации предыдущего УВ (подпрограмма UPIND). Подпрограмма RIR распределяет значения УВ на кратковременную разгрузку и отключение агрегатов. Управляющие воздействия для обеспечения статической устойчивости послеаварийных режимов распределяются (подпрограмма RSPR) равномерно между агрегатами с учетом ограничений по регулировочному диапазону.

При отключении элементов сети по прерыванию запускается программа INP02, в которой фиксируется отключенный элемент сети (подпрограмма FIKOT) , вычисляются ( подпрограммы Р02 и UPIND) и распределяются (подпрограммы RIR и RSPR) управляющие воздействия. В подпрограмме NOMER формируется новый номер состояния сети.

В программе INPAA обрабатывается информация о величине управляющего воздействия, получаемого с верхнего уровня противоаварийного управления. После выполнения программ INP01, INP02, INPAA организуется задержка (подпрограмма SOD) на интервал одновременности.

Программное обеспечение устройства разработано по модульному принципу с возможностью генерирования системы для конкретного объекта. Программа, весовые коэффициенты и настроечные константы записываются в ППЗУ микроЭВМ.

Цикл работы программы NORMA не превышает 5с, а время отработки программ, запускаемых по прерыванию (INPOl, INP02, INPAA) -30 мс. Общий объем программного обеспечения в ППЗУ - 20 Кбайт , дополнительный объем ППЗУ для весовых коэффициентов - 28 Кбайт.

3.5. Структура устройства ПАА, обеспечивающего высокий уровень надежности.

При конструировании микропроцессорного устройства противо-аварийной автоматики принималось во внимание следующее:

- устройство должно удовлетворять предъявляемым требованиям (п.3.1);

- структура устройства должна быть инвариантна к применяемым микропроцессорным средствам.

К системе ПАА, работающей в ждущем режиме, предъявляются повышенные требования по надежности из-за большой ответственности выполняемых функций по обеспечению устойчивости энергосистем. Готовность ПАА должна быть не менее 0,997, частота ложных срабатываний - не более 0,01 в год.

При конструировании устройства ПАА разработаны программно-аппаратные средства обеспечения требуемых показателей надежности [3841,44,46,49,50,53]. Большое количество входных и выходных сигналов практически исключает создание аппаратной избыточности в комплекте. Использование известных принципов мажорирования требует разработки специальных алгоритмов и программного обеспечения для синхронизации комплектов, занимающего до 70% объема памяти микропроцессорных средств [64]. Автором предложено создание микропроцессорного устройства противоаварийной автоматики из трех идентичных комплектов, работающих в режиме троирования с использованием мажоритарной схемы контроля (рис.4).

Входная информация

Управляющие воздействия

Рис. 4 Структурная схема системы ПАА

Для выполнения требований электромагнитной совместимости и помехоустойчивости в состав каждого комплекта входят устройства связи с объектом (УСО). УСО представляют собой устройства нормализации сигналов и гальванической развязки на 1500 В.

Микросистема из набора МС УВТ В7 содержит одноплатную микроЭВМ типа ПМВ01, две платы аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей АВВ01, плату специального математического процессора ПСВ01, две платы расширения памяти МВ01 и пульт управления типа КЛ03.

Индивидуальный субблок контроля (СКИ) управляет схемой включения выходных УСО. Общий субблок контроля (СКО) сравнивает данные, выдаваемые комплектами в контрольных точках и формирует импульсы для синхронизации их работы.

В ПАА применен принцип функциональной проверки в контрольных точках программы. На мажоритарную схему контроля каждым комплектом выдаются сигналы, пропорциональные значениям, характеризующим результат проверки субблоков устройств связи с объектом и МС УВТ В7. Контрольные точки выбраны так, что уход комплектов по различным программным ветвям может быть только между контрольными точками при значениях параметров, близких к граничным или к значениям условных переходов. При этом не требуется выполнять межмашинный обмен, что существенно экономит ресурсы устройства.

В нормальном режиме все комплекты участвуют в диагностировании неисправностей (трехкомплектная схема). В работе используются СКО одного комплекта, выходные УСО которого включены. При обнаружении неисправности в рабочем комплекте СКИ отключает выходные УСО, затем включаются УСО следующего по приоритетности комплекта. Разработанная система диагностики осуществляет поиск отказавших элементов в неисправном комплекте вплоть до элемента замены.

Описание конструкции аппаратных средств микропроцессорного устройства противоаварийной автоматики представлено в [34,39,51,56,62,63,66,68].

На опытном образце устройства ПАА проведены полномасштабные испытания на функционирование, климатические испытания, испытания на вибропрочность, виброустойчивость и помехоустойчивость по нормам МЭК. Характеристики устройства ПАА представлены в [51].

Опытный образец разработанного устройства успешно прошел все испытания и был принят межведомственной комиссией. Серийное производство устройства ПАА освоено на заводе "Электропульт" (г.Санкт-Петербург).

4. Иерархический комплекс противоаварийного управления объединенной энергосистемы Поволжья [69-76].

Развитие сети 500 кВ ОЭС Поволжья, усложнение ее конфигурации и утяжеление режимов работы, особенно в связи с концентрацией генерирующей мощности на Балаковской АЭС, обострили проблему обеспечения устойчивости электростанций ОЭС Поволжья в условиях

транзитных перетоков больших мощностей По сети 500 кВ. Переток мощности в ОЭС Центра может достигать более 3300 Мвт, а из ОЭС Центра в ОЭС Поволжья 2700 Мвт.

В связи с этим возникла необходимость повышения точности дозировки УВ, а также селективности действия и повышения надежности работы системы противоаварийного управления.

Объединенным диспетчерским управлением Средней Волги и Горьковским отделением института "Энергосетьпроект" при анализе перспективных систем противоаварийного управления было принято предложение' автора о создании иерархической системы противоаварийного управления ОЭС Поволжья. Автор также участвовал в выборе структуры ИСПУ и "определении функций микропроцессорных устройств нижнего уровня.

' Территориальная распределенность объектов управления ОЭС Поволжья, возможность решения локальных задач местными устройствами противоаварийной автоматики, требования по повышению точности определения УВ и обеспечению надежности управления, наличие существующих устройств телемеханики определили выбор двухуровневой структуры противоаварийного управления (рис.5).

Верхний уровень управления реализован на миниЭВМ СМ-1420, установленной в Объединенном диспетчерском управлении (ОДУ) Поволжья (г.Самара). На нижнем уровне противоаварийного управления применены разработанные микропроцессорные устройства противоаварийной автоматики типа ПАА, установленные на Балаковской АЭС, Заинской ГРЭС и Волжской ГЭС. В соответствии с общей структурой иерархической системы противоаварийного управления (рис.1) верхний уровень управления ОЭС Поволжья соответствует уровню системных устройств (СУ ПАА), а нижний - уровню станционных устройств.

Иерархическая система противоаварийного управления (ИСПУ) ОЭС Поволжья обеспечивает сохранение устойчивости электростанций ОЭС с контролем возмущений на 19-и линиях 500кВ и выдачей управляющих воздействий на отключение генераторов 6-и электростанций и нагрузок на 10-и подстанциях.

Система сбора доаварийной информации

\ *

икроЭВМ №1 икроЭВМ №2

миниЭВМ №1 1 миниЭВМ №2

РС т—г

РС

I

Т—Г

I •

Гм~1 Гм"1

I

[М] [м]

I ■

Гм1 Гм1

Гм1

I I

Й Гм"1

БАЭС

ВоГЭС

ЗаинГРЭС

ПАА ПАА ПАА

Рис.'5. Двухуровневая структура системы противоаварийного управления ОЭС Поволжья

Устройства ПАА формируют УВ для сохранения как статической , так и динамической устойчивости электростанций ОЭС Поволжья при к.з. нормальной длительности и затяжных к.з. Многомерные таблицы решений задают соответствие УВ топологической схеме сети, номерам пусковых органов, ступеням интенсивностей возмущений и расчетным перетокам мощностей по выделенным сечениям.

Значения расчетных перетоков мощности Р ¡, по У - му сечению определяются в ПАА по выражениям

Р„ = с0 + с„ Р, + с2, Р2 + •■• + с,, Р1 , где /у - переток мощности по/- й линии электропередачи; с0. с,у -весовые коэффициенты.

В нормальном режиме работы верхний уровень ИСПУ определяет в доаварийном цикле расчетов управляющие воздействия по алгоритмам

НИИПТ для всех заданных для него пусковых органов и передает вычисленные значения УВ устройствам ПАА нижнего уровня. Устройства ПАА в своем доаварийном цикле расчетов вычисляют УВ для своих пусковых органов, а при завершении цикла расчетов УВ на верхнем уровне осуществляют их прием.

При аварийном возмущении и получении пускового сигнала устройство ПАА выбирает для реализации управляющие воздействия, полученные с верхнего уровня или определенные ПАА в зависимости от того, на какое из устройств при данном возмущении возлагается определение УВ. На верхнем уровне ИСПУ рассчитываются управляющие воздействия, необходимые только для сохранения статической устойчивости.

В случае неисправности УВК верхнего уровня или отказов каналов межмашинного обмена информацией реализуются УВ, определенные в устройствах ПАА для обеспечения как статической, так и динамической устойчивости.

При создании иерархической системы противоаварийного управления ОЭС Поволжья решена задача межмашинного обмена информацией между верхним и нижними уровнями ИСПУ. В результате научных исследований и непосредственном участии автора разработан специальный протокол межмашинного обмена информацией [69-72] на базе международного стандарта BSC, позволивший обеспечить передачу информации по существующим каналам связи. Были проведены длительные испытания различных каналов связи с разработанным протоколом в ЦДУ ЕЭС и ОЭС Поволжья, позволившие определить вид возможных помех в канале, выбрать систему защиты от них с использованием циклического кода и определить длину передаваемого кадра.

Иерархическое построение системы противоаварийного управления дало возможность осуществить поэтапный ввод в эксплуатацию отдельных ее устройств. Комплекс ПАА Балаковской АЭС введен в эксплуатацию в 1990 году, Волжской ГЭС - в 1991 году, Заинской ГРЭС - в 1992 году, а верхний уровень противоаварийного управления с каналами межмашинного обмена информацией - в 1993 году.

Вводу в эксплуатацию каждого из микропроцессорных устройств ПАА предшествовал • большой объем испытаний в реальных условиях

работы "на сигнал". Первый этап испытаний проходил после установки устройств и монтажа всех кабельных связей. При имитации сигналов от ПО фиксировались сигналы выдачи УВ. Так, например, при перетоке мощности по первому сечению (Чебоксарская ГЭС - подстанция (ПС) Луч, ПС Вешкайма - ПС Осиновка, ПС Вешкайма - ПС Арзамас, ПС Пенза - ПС Тамбов) 2900 МВт и имитации ПО на отключение линии Чебоксарская ГЭС - ПС Луч устройство ПАА, установленное на Волжской ГЭС, выдало УВ (на сигнал) на отключение генераторов Волжской ГЭС (1000 Мвт) и отключение генераторов Саратовской ГЭС (300 Мвт).

Второй этап испытаний проходил после ввода устройств ПАА в опытную эксплуатацию с работой "на сигнал" в течение двух лет. За этот период была зафиксирована только успешная работа устройств ПАА при получении сигналов от ПО.

Устройство ПАА, установленное на Волжской ГЭС, после включения в промышленную эксплуатацию дважды выдавало сигнал на реализацию управляющих воздействий. Второго сентября 1993 года при потере мощности на Троицкой ГРЭС был выдан сигнал на включение 7-и генераторов, а 16 июля 1994 года при перегрузке первого сечения был выдан сигнал на отключение 6-и генераторов Волжской ГЭС.

В 1994 году ИСПУ ОЭС Поволжья была введена в промышленную эксплуатацию. За прошедший период устройства ПАА и ИСПУ не выдали ни одного ложного сигнала. С помощью разработанной информационной системы, периодически осуществляющей контроль за выбором УВ в устройствах ПАА, были зарегистрированы случаи только правильного набора управляющих воздействий, подготовленных для их выдачи при получении сигналов от ПО.

Заключение

Разработанные в диссертации научно обоснованные методы и технические решения можно квалифицировать в совокупности как новое крупное достижение в решении научно-технической проблемы противоаварийного управления для обеспечения устойчивости и живучести электроэнергетических систем, имеющей важное народнохозяйственное значение.

При этом получены следующие основные результаты:

1. Разработаны принципы создания и координации иерархических систем противоаварийного управления протяженными энергосистемами, включающие в себя уровни агрегатных и исполнительных устройств, станционных устройств, узловых устройств, системных комплексов и центрального комплекса. Выделены три фазы противоаварийного управления для обеспечения динамической устойчивости, устойчивости в переходном процессе к послеаварийному режиму и статической устойчивости послеаварийных режимов.

2. Разработаны методы определения оптимальных управляющих воздействий для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем в виде решения задачи нелинейного программирования, где в число векторных ограничений включены системы дифференциальных и алгебраических уравнений возмущенного движения энергосистемы, путем приближения вначале к границе области устойчивости, а затем минимизации управляющих воздействий вдоль границы области устойчивости с использованием градиентных методов.

3. Предложен метод оптимизации расчетов при приближении к границе области динамической устойчивости путем организации расчетов переходного процесса до . выхода схемы на послеаварийную характеристику й сравнении значений кинетической составляющей функции Ляпунова с соответствующим значением для неустойчивого переходного процесса с учетом минимального значения кинетической составляющей, полученной при прохождении фазовых переменных вблизи седловой точки.

4. Получена структура алгоритмов противоаварийной автоматики для определения управляющих воздействий в виде полиномиальных функциональных зависимостей не выше форм второго порядка от контролируемых режимных параметров с весовыми коэффициентами, зависящими от параметров энергосистемы.

5. Разработаны регулярные методы формирования алгоритмов противоаварийного управления для сохранения устойчивости энергосистем в виде функциональных зависимостей элементов вектора управляющего воздействия от режимных параметров, полученных путем аппроксимации предварительных вариантных решений задачи

нелинейного программирования с применением методов многофакторного планирования экспериментов.

Разработан метод аппроксимации опытных точек на границе области устойчивости, состоящий из этапа последовательного приближения вектора весовых коэффициентов ортогонально гиперплоскостям, образуемым каждым из опытов в пространстве весовых коэффициентов, и этапа их уточнения градиентным методом.

6. Решена задача оптимизации алгоритмов с учетом погрешностей расчетной модели, устройства управления, измерения режимных параметров и дискретности реализации управляющих воздействий с использованием принципов имитационного моделирования.

Предложен метод оценки допустимых погрешностей измерения режимных параметров для устройств противоаварийной автоматики с использованием функции чувствительности, определяемой в виде зависимости математического ожидания погрешности вычисления управляющих воздействий от максимальной погрешности измерительных преобразователей.

7. Разработано микропроцессорное устройство противоаварийной автоматики для станционного и узлового уровней иерархической системы противоаварийного управления. В микропроцессорном устройстве реализованы функциональные алгоритмы управления. Исследованы и разработаны алгоритмы функционирования и структура устройства, обеспечивающая электромагнитную совместимость и инвариантность к типам применяемых микропроцессорных средств.

Предложены принципы программно-аппаратного обеспечения надежности микропроцессорных устройств противоаварийной автоматики, позволяющие решать задачу выявления отказавших комплектов, переключения на резервный комплект и диагностики отказавших элементов в неисправном комплекте вплоть до элемента замены.

8. Принципы формирования иерархических систем противоаварийного управления легли в основу создания двухуровневой системы управления ОЭС Поволжья, введенной в 1994 году в промышленную эксплуатацию. При создании системы исследован и разработан помехоустойчивый протокол межмашинного обмена информацией на

большие расстояния, обеспечивающий надежную работу иерархических систем противоаварийного управления.

9. Микропроцессорное устройство противоаварийной автоматики типа ПАА внедрено в серийное производство на заводе "Электропульт" Устройства ПАА, изготовленные заводом "Электропульт", работают на Балаковской АЭС, Волжской ГЭС, Заинской ГРЭС, подстанции Киндери (500 кВ). Устройства ПАА поставлены также на Ленинградскую, Ровенскую и Запорожскую АЭС.

10. Получен положительный опыт внедрения микропроцессорных устройств противоаварийной автоматики на электроэнергетических объектах и создания иерархической системы противоаварийного управления ОЭС Поволжья.

Литература

1. Ковалев В.Д. Иерархические системы противоаварийного управления// Электротехника, 1985,№9.

2. Ковалев В.Д. Иерархическое управление электроэнергетическими системами с применением микропроцессорных моделирующих средств II Моделирование - 85. Теория, средства, применение. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, Киев, 1985.

3. Ковалев В.Д. Противоаварийное управление ЭЭС для сохранения устойчивости // Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления электроэнергетическими системами . Глава 7, Новосибирск, Наука, 1986.

4. Ковалев В.Д. Координация микропроцессорных моделирующих средств при иерархическом управлении электроэнергетическими системами // Теория и применение моделирующих средств. Труды Всесо-союзной научно-технической конференции, Киев, Наукова думка, 1986.

5. Ковалев В.Д. Структура иерархических многоуровневых систем противоаварийного управления электроэнергетическими Ьбъектами II Электротехника, 1987, № 2.

6. Ковалев В.Д. Иерархические системы противоаварийного управления с применением микропроцессорных моделирующих средств // Электронное моделирование, Киев, Наукова думка, 1987, №2.

7. Bortnik I.M., Bulakhov E.K., Kovalev V.D., Fadeev A.B., Melnikov V.C. Automatic control of power systems with HVDC and HVAC transmission lines // AC/DC transmission interactions and comparisons, CIGRE Simposium, Boston, 1987.

8. Ковалев В.Д. Иерархическая система противоаварийного управления для обеспечения устойчивости ЕЭЭС СССР // Режимная управляемость систем энергетики, Наука, Сибирское отделение, Новосибирск, 1988.

9. Cosheev L.A., Iofiev B.I., Kovalev V.D., Luginsky JU.D.,Semenov V.A. Hierarchical stability control system in the UPG of the USSR // International Con-ferenc on Large High Voltage Electric Systems (CIGRE), Paris, 1988,Paper39-10.

10. Ковалев В.Д. Иерархические комплексы противоаварийного управления электроэнергетическими системами // Автоматическое управление электроэнергетическими системами. Труды ВЭИ, М., 1992.

11. Kovalev V.D. Hierarchical stability control system of power systems with HVDC and HVAC lines // III Simposium of specialists in electric operational and expansion planning (III Sepope) Belo Horizonte. Brasil, 1992, paper IP - 23.

12. Ковалев В.Д. Определение оптимального вектора управляющих воздействий при аварийных возмущениях // Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, Алма-Ата, 1979.

13. Ковалев В.Д. Методы и алгоритмы оптимизации управляющих воздействий для обеспечения статической устойчивости послеаварийных режимов объединенных энергосистем // Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах. Труды ВЭИ, М., Энергия, 1980.

14. Ковалев В.Д. Алгоритмы и системы противоаварийного управления электроэнергетическими объектами с применением микропроцессорной техники // Проблемы нелинейной электротехники. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, Киев, Наукова Думка, 1981.

15. Ковалев В.Д. Алгоритмы управляющих воздействий противо-аварийной автоматики электроэнергетических систем // Электричество, 1981, №12.

16. Ковалев В.Д. Определение оптимального вектора управляющего воздействия при аварийных возмущениях // Устойчивость энергосистем и противоаварийное управление ими. Труды ВНИИЭ, 1982.

17. Ковалев В.Д, Суханов О.А., Ковалев C.B. Распределенные системы противоаварийного управления протяженными энергосистемами // Электротехника, 1996, № 9.

18. Карпов В.А., Ковалев В.Д., Федяев И.Б. Синтез алгоритмов противоаварийного управления энергетическими системами при больших возмущениях с помощью функций Ляпунова // Применение метода функций Ляпунова в энергетике, Наука, 1975.

19. Ковалев В.Д. Функция Ляпунова для электростанции, работающей на одно направление, с асинхронной нагрузкой // Применение метода функций Ляпунова в энергетике, Наука, 1975.

20. Карпов В.А., Ковалев В.Д., Федяев И.Б. Комплекс программ для аппроксимации областей синхронной динамической устойчивости энергосистем // Там же.

21. Ковалев В.Д., Федяев И.Б. Аппроксимация разделяющих поверхностей областей синхронной динамической устойчивости многомашинных энергосистем // Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах. Труды ВЭИ, М., Энергия, 1977.

22. Ковалев В.Д. Анализ разделяющих поверхностей областей синхронной динамической устойчивости электростанции с асинхронной нагрузкой // Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах. Труды ВЭИ, М., Энергия, 1977.

23. Ковалев В.Д., Шелухин Н.И. Автоматизация расчета границ областей динамической устойчивости энергосистем на основе математического моделирования // Моделирование электроэнергетических систем. Тезисы докладов VII Всесоюзной конференции, Таллин, 1977.

24. Ковалев В.Д, Кузовенкова Л.Ф., Пименова Е.И., Рощин Г.В., Федяев И.Б. Исследование синхронной динамической устойчивости энергосистемы переменного тока, содержащей электропередачу постоянного тока // Там же.

25. Ковалев В.Д., Федяев И.Б. Формирование алгоритмов противоаварийного управления для обеспечения устойчивости сложных энергосистем // Электричество, 1978, № 6.

26. Карпов В.А., Ковалев В.Д., Федяев И.Б. Способ повышения динамической устойчивости сложной энергосистемы // A.c. № 652649, опубл. 18.03.79, Б. и. №10.

27. Богуславский A.A., Израилев М.С., Ковалев В.Д., Меклин A.A. Устойчивость и противоаварийная автоматика энергосистем при возмущениях на межсистемной связи // Электрические станции 1979, № 5.

28. Ковалев В.Д. Способ противоаварийного управления энергетическими системами II A.c. № 756539, опубл. 15.08.80, Б.и. № 30.

29. Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н. Ускорение расчетов границ областей динамической устойчивости энергосистем // Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах, Труды ВЭИ, М., Энергия, 1980.

30. Ковалев В.Д., Образцов B.C. Новые методы и средства противоаварийного управления для сохранения устойчивости энергосистем II Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания, Ташкент, 1984.

31. Kovalev V.D., Melnikov V.C. Control under fault conditions to ensure stability of parallel operation of electric power stations // Second joint Canada-USSR Seminar on the design, construction and performance of digital voltage and speed regulators for generating units, Calgary, Alberta, Canada, 1983.

32. Ковалев В.Д. Методы формирования алгоритмов и разработка микропроцессорных устройств для сохранения устойчивости энергосистемы // Проблемы нелинейной электротехники. Тезисы докладов II Всесоюзной научно-технической конференции, Киев, Наукова Думка, 1984.

33. Ковалев В.Д., Образцов B.C. Новые методы и средства противоаварийного управления для сохранения устойчивости энергосистем // Автоматическое управление и регулирование в энергосистемах для обеспечения их устойчивой и надежной работы. Труды ВНИИЭ, Энергоатомиздат, М., 1989.

34. Богуславский A.A., Ковалев В.Д., Федяев И.Б. Устройство противоаварийной автоматики энергосистем для определения дозировки управляющих воздействий // A.c. № 655023, опубл. 30.03.79, Б.И. № 12.

35. Федяев И.Б., Ковалев В.Д., Евтехов A.C., Провотарь Э.М., Солнцева Э.П. Устройство управления передачей постоянного тока // A.c. № 524462, М. Кл.2 H02J 1/00.

36. Ковалев В.Д., Провотарь Э.М., Федяев И.Б. Устройство управления форсировкой мощности передачи постоянного тока // A.c. №599707, М. Кл. H02J 3/24.

37. Ковалев В.Д. Автоматическое управление электроэнергетическими системами с применением микроЭВМ И Ленинский план электрификации в действии. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции, М., 1981.

38. Богуславский A.A., Ботин Г.Н., Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Шевченко А.Т. Противоаварийное управление при повреждениях в электроэнергетических системах // Там же.

39. Богуславский A.A., Ботин Г.Н., Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Шевченко А.Т. Устройство противоаварийной автоматики на базе микроЭВМ // Проблемы нелинейной электротехники. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, Киев,Наукова думка, 1981.

40. Брухис Г.Л., Ковалев В.Д., Комаров А.Н., Лугинский Я.Н. Работы по применению микроЭВМ для противоаварийной автоматики // Совершенствование средств противоаварийной автоматики в целях повышения надежности эксплуатации энергообъединения. Тезисы докладов, Москва, 1981.

41. Бортник И.М., Ковалев В.Д., Корнилов Б.А. Системы автоматического управления электротехническим оборудованием для энергетики с применением микроЭВМ II Электротехника, 1982, № 6.

42. Ковалев В.Д., Богуславский Л.А. Применение имитационного моделирования для оценки допустимых погрешностей измерительных преобразовательных устройств противоаварийной автоматики // Моделирование электроэнергетических систем. Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции, Баку, 1982.

43. Богуславский A.A., Ковалев В.Д. Оценка допустимых погрешностей измерения режимных параметров для устройств противоаварийной автоматики // Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике. Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции, Харьков, 1982.

44. Богуславский A.A., Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Хансуваров А.К., Шевченко А.Т. Обеспечение надежности устройств противоаварийной автоматики энергосистем на базе микроЭВМ // Электротехника, 1983, № 2.

45. Ковалев В.Д.,Кузнецов А.Н., Шевченко А.Т. О реализации алгоритмов управления в противоаварийных устройствах с микроЭВМ // Электронное моделирование, 1983, № 1.

46. Богуславский A.A., Ковалев В.Д., Шевченко А.Т. Станционное устройство противоаварийной автоматики с микроЭВМ // Повышение надежности энергоситем Казахстана. Материалы республиканского научно-технического совещания, Алма-Ата, 1983.

47. Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н. Вычисление управляющих воздействий в устройствах противоаварийной автоматики с микроЭВМ // Там же.

48. Богуславский A.A., Ботин Г.Н., Ковалев В.Д, Кузнецов А.Н., Шевченко А.Т. Алгоритмы и устройство противоаварийной автоматики с применением микроЭВМ // Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах. Труды ВЭИ, 1983.

49. Ковалев В.Д., Шевченко А.Т. Общестанционное устройство противоаварийной автоматики и АРЧМ на базе микроЭВМ // Опыт разработки, внедрения и эксплуатации устройств защиты и автоматики на полупроводниковой микроэлектронной элементной основе. Тезисы докладов, Москва, 1983.

50. Ковалев В.Д., Шевченко А.Т., Хансуваров А.К. Микропроцессорная система противоаварийного управления повышенной надежности // Микропроцессорные средства и системы, 1984, № 4.

51. Богуславский A.A., Ковалев В.Д., Шевченко А.Т. Устройство противоаварийной автоматики для сохранения устойчивости параллельной работы электростанций// Электрические станции, 1985,№10.

52. Ковалев В.Д., Корнилов Б.А., Мельников B.C., Фадеев A.B. Применение MC УВТ В7 в устройствах автоматического управления энергетическими агрегатами и системами II Применение микропроцессорной техники при автоматизиции технологических процессов производства и в системах автоматического регулирования. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, Москва, 1985.

53. Богуславский A.A., Ковалев В.Д., Хансуваров А.К., Шевченко А.Т. Резервированная система управления на базе микроЭВМ // Там же.

54. Bortnik I.M., Kovalev V.D., Melnikov V.C. Microprocessor automatic control of power systems for increasing stability // Fourth international Conference on AC and DC Power Transmission, London, 1985.

55. Ковалев В .Д., Корнилов Б.А., Мельников B.C., Фадеев А.В. Микропроцессорные системы автоматического управления электроэнергетическими объектами // Электротехника, 1986, № 1.

56. Богуславский Л.А., Ковалев В.Д., Шевченко AT. Устройство для автоматического управления мощностью тепловой электростанции // А.с. № 1239828, опубл. 23.06.86, Б.и. № 23.

57. Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Сороченков А.А. Цифровое моделирование при формировании алгоритмов противоаварийной автоматики // Моделирование электроэнергетических систем. Тезисы докладов IX Всесоюзной научной конференции, Рига, 1987.

58. Булахов Е.К., Ковалев В.Д., Провотарь Э.М., Воловов В.Н., Куткина В.Г. Комплекс аппаратуры управления и регулирования мощности преобразовательной подстанции // Электротехническое оборудование для вставки постояного тока. Труды ВЭИ, 1986.

59. Ковалев В.Д. Состояние и перспективы развития микропроцессорных систем автоматического управления . электротехническим и энергетическим оборудованием // Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, М., 1988.

60. Balyberdin L.L., Bulakhov Е.К., Kovalev V.D., Kulakov V.P., Lazarev N.C. Studies of Vyborg back-to-back HVDC link using modern voltage control equipment // International Conference on Large High Voltage Electric Systems (CIGRE), Paris, 1990. paper 14-105.

61. Ковалев В.Д., Мельников B.C., Фадеев А.В. Микропроцессорные системы автоматического управления электротехническим оборудованием для энергетики // Электротехника, 1991, № 12.

62. Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Кузьменко В.А., Орлов В.Н., Титов А.М., Романов А.А. Интегрированная микропроцессорная АСУ ТП Волжской ГЭС // Создание комплексов электротехнического оборудования зысоковольтной, преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники. Доклады научно-технической конференции, М., 1994.

63. Ковалев В.Д., Бурцев А.Б., Ковалев C.B. Применение транспьютерных средств для решения задач противоаварийного управления электроэнергетическими системами // Там же.

64. Kovalev V.D., Kubareva I.S., Mazurenko A.K., Mestergazi V.A., Nosik L.P. New generation of control and protection system for HV converter units of Vyborg back-to-back HVDS link // International Conference on Large High Voltage Electric Systems (CIGRE), Paris, 1994, paper 14-301.

65. Вариводов B.H., Волкова O.B., Ковалев В.Д., Козлов В.Б., Ко-рявин А.Р., Остапенко Е.И. Перспективы создания нового поколения электрооборудования 1150 кВ, обеспечивающего высокий уровень надежности // Электротехника, 1996, № 8.

66. Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Орлов В.Н., Титов А.М., Романов А.А. Микропроцессорные средства управления энергетическими комплексами МС АЭК для автоматизации Волжской ГЭС // Электротехника, 1996, №9.

67. Ковалев В.Д., Мельников B.C. Исследования и разработки ВЭИ в области автоматического управления энергетическими объектами // Электротехника, 1996, № 9.

68. Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Орлов В.Н., Титов А.М., Романов А.А. Создание автоматизированных систем управления гидроэлектростанциями // Высоковольтная и преобразовательная техника. Системы управления электротехническим и энергетическим оборудованием. Труды ВЭИ, 1996.

69. Ковалев В.Д., Хансуваров А.К., Титов A.M. Организация межмашинного обмена информацией иерархических микропроцессорных систем управления с радиальными каналами связи // Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, преобразовательной и сильноточной техники. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, Москва, 1986.

70. Ковалев В.Д., Костеев Н.А., Туфанов А.А., Хансуваров А.К. Система межмашинного обмена информацией для иерархической системы противоаварийной автоматики на базе микроЭВМ // Применение микропроцессорной техники при автоматизации технологических процессов производства и в системах автоматического регулирования. Тезисы докладов II Всесоюзной научно-технической конференции, Москва, 1987.

71. Бердников В.И., Ковалев В.Д, Семенов В.А., Стахановский П.Н., Туфанов А.А. Иерархический комплекс противоаварийной автоматики

объединенной энергосистемы Средней Волги // Режимная управляемость систем энергетики, Наука, Сибирское отделение, Новосибирск, 1988.

72. Ковалев В.Д., Костеев Н.А., Туфанов А.А., Хансуваров А.К. Система межмашинного обмена информацией для двухуровневых комплексов противоаварийной автоматики // Автоматическое управление электроэнергетическими системами. Труды ВЭИ, М., 1988.

73. Ковалев В.Д., Богуславский Л.А., Ботин Г.Н., Кузнецов А.Н., Петлина Е.С., Хансуваров А.К., Иерархическая система противо-аварийного управления ОЭС Средней Волги // Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники. Доклады научно-технической конференции, М., 1994.

74. Berdnikov B.I., Birgel E.R., Kovalev V.D., Kuznetsov A.N., Microprocessor Supervised Stability Control System for the United Power System of Middle Volga in Fault Conditions Н IV Symposium of specialists in electric operational and expension planning. Foz do Iguacu, Brazil, 1994, paper IP-19.

75. Бердников В.И., Биргель Э.Р., Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Хансуваров АК. Иерархическая система противоаварийной автоматики сети 500 кВ ОЭС Поволжья // Электротехника, 1996, № 9.

76. Бердников В.И., Биргель Э.Р., Ковалев В.Д., Кузнецов А.Н., Хансуваров А.К. Двухуровневая система противоаварийного управления ОЭС Поволжья // Высоковольтная и преобразовательная техника. Системы управления электротехническим и энергетическим оборудованием. Труды ВЭИ, 1996.