автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Всережимный диспетчерский тренажер реального времени ЭЭС



Свечкарев Сергей Владимирович

ВСЕРЕЖИМНЫЙ ДИСПЕТЧЕРСКИЙ ТРЕНАЖЕР РЕАЛЬНОГО

ВРЕМЕНИ ЭЭС

Спецяалг,(гость 05.14.02 Электрические станции и электроэнергетические

системы

2 9 ГЕН 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2011

4854822

Работа выполнена в Национальном исследовательском Томском политехническом университете

Оф и ци альн ы е о пионе нты:

доктор технических наук, профессор Л нгвак Валерий Владимирович кандидат технических наук Петров Александр Михайлович

Ведущая организация: Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева

Зашита состоится 19 октября 2011 г. в 15 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д212.269.10 при Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634050 т. Томск, пр. Ленина 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Автореферат разослан 7 сентября 2011 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д212.269.10

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Гусей Александр Сергеевич

Сибирского отделения Российской академии наук

доктор технических наук, профессор

Общая характеристика диссертационной работы

Проблема и ее актуальность. Согласно статистике, причиной значительного числа тяжелых аварий и их развития и ЭЭС (по разным оценкам не менее 25%) служат неправильные и запоздалые действия диспетчерского персонала. Поэтому повышение качества его обучения и тренажа является исключительно важной задачей, уровень решения которой во многом определяет надежность и эффективность функционирования ЭЭС. Поскольку основным средством решения этой задачи являются диспетчерские тренажеры, то и уровень ее решения зависит от их эффективности. В связи с этим, разработке и совершенствованию тренажеров для диспетчерского персонала ЭЭС уделяется большое внимание, как в России, так и за рубежом. В их разработках принимают участие связанные с энергетикой крупные компании, университеты и известные ученые.

Опыт создания и использования разнообразных тренажеров в различных областях, в том числе в электроэнергетике, подтверждает понятное и очевидное главное требование к тренажерам - максимально возможное соответствие реальности, то есть как можно более полная адекватность используемого для тренировки объекта и условий работы с ним.

Ввиду недопустимости, за редкими исключениями, натурных экспериментов в ЭЭС и невозможности, из-за их чрезмерной сложности, полноценного физического моделирования, осповным путем воспроизведения объекта тренировки - ЭЭС в диспетчерских тренажерах служит математическое моделирование, полноту, достоверность и оперативность которого определяют два очевидных фактора:

1) адекватность математических моделей всех значимых элементов, образующих совокупную модель ЭЭС;

2) способность средств решения совокупной математической модели ЭЭС обеспечивать его реализацию с необходимой точностью и оперативностью.

Стремление к максимально возможной реализации этих факторов составляет главную тенденцию в развитии и совершенствовании тренажеров диспетчерского персонала ЭЭС, включая последние современные разработки. Однако, адекватные всережимные математические модели ЭЭС, достаточно полно и достоверно описывающие в оборудовании и ЭЭС реальный непрерывный спектр процессов при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы, всегда

г

содержат очень жесткую (отношение наибольшей постоянной времени к наименьшей > 103), нелинейную систему дифференциальных уравнений чрезвычайно высокого (кратно превышающего 103) порядка. Адекватный учет функционирования релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗ и ПА) еще более усложняет эту модель. Согласно условиям применимости теории методов дискретизации для обыкновенных дифференциальных уравнений, подобные системы дифференциальных уравнений не могут быть удовлетворительно решены с помощью методов численного итерирования, тем более на больших и неограниченных интервалах, в связи с их плохой обусловленностью на условиях применимости этих методов. Единственным способом улучшения этой обусловленности является снижение жесткости и дифференциального порядка путем декомпозиции и упрощения рассчитываемых математических моделей ЭЭС, а также ограничешм интервала воспроизведения процессов.

Несмотря на используемые в существующих тренажерах указанные упрощения и ограничения, время расчета процессов оказывается, как правило, больше времени действия РЗ и ПА. Поэтому в существующих тренажерах функционирование средств РЗ и ПА либо не учитывается, либо учитывается весьма упрощенно.

Поскольку воспроизводимые в диспетчерских тренировках различного рода управления и разнообразные отображения схемно-режимных состояний и процессов непосредственно связаны с объектом моделирования - ЭЭС, то и их адекватность напрямую зависит от полноты, достоверности и временной реальности воспроизводимых процессов.

Таким образом, адекватность используемых тренажеров и их информационно-управляющих возможностей определяет эффективность формирования различных методических аспектов проведения тренировки, разработка которых выходит за рамки данной работы, так как является специализированной, сложной, самостоятельной задачей.

Из вышеизложенного следует, что несмотря на колоссальный прогресс 1Т-технологий, поставленная в диссертации задача создания адекватного всережимно-го диспетчерского тренажера реального времени ЭЭС (ВДТ РВ ЭЭС) остается весьма актуальной.

Цель работы. Создание ВДТ РВ ЭЭС, обеспечивающего достаточно полное и достоверное воспроизведите в реальном времени непрерывного спектра процессов в оборудовании и ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеава-рийных режимах их работы с полноценным учетом функционирования средств РЗ и ПА. Созданный в научно-исследовательской лаборатории (НИЛ) «Моделирование ЭЭС» Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета всережимный моделирующий комплекс реального времени ЭЭС (ВМК РВ ЭЭС) является практически идеальной инструментальной и информационной основой для реализации поставленной цели.

При выполнении данной работы были поставлены и решены следующие конкретные задачи:

1. Анализ проблемы полноты, достоверности и оперативности воспроизведения режимов и процессов в современных диспетчерских тренажерах ЭЭС.

2. Обоснование и разработка концепции ВДТ РВ ЭЭС.

3. Разработка специализированного программного обеспечения ВДТ РВ ЭЭС.

4. Экспериментальное подтверждение концептуальных свойств и возможностей ВДТ РВ ЭЭС на основе практической реализации демонстрационного сценария противоаварийной тренировки диспетчерского персонала конкретной энергосистемы.

Методы исследования. В диссертации использованы методы исследования, основанные на анализе и сравнении свойств и возможностей эталонного диспетчерского тренажера ЭЭС и наиболее известных отечественных и зарубежных современных диспетчерских тренажеров, метод направленных графов и методики синтеза адекватных математических моделей РЗ и ПА, метод структурного анализа и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна:

1. Выявлена и обоснована проблема, принципиально препятствующая созданию адекватных тренажеров диспетчерского персонала ЭЭС реального времени, основанных на сугубо численном подходе к их реализации.

2. Сформулирована на основе комплексного подхода новая альтернативная концепция создания ВДТ РВ ЭЭС, обеспечивающего достаточно полное и достоверное воспроизведение в реальном времени непрерывного спектра режимов и процессов

в оборудовании и ЭЭС, с полноценным учетом функционирования средств РЗ и ПА, а также все необходимые для обучения и тренажа информационно-управляющие возможности.

3. Предложена и обоснована структура прогрим мных средств, позволяющая в полной мере реализовать положения сформулированной концепции.

Практическая ценность. Применение ВДТ РВ ЭЭС позволяет значительно повысить уровень и качество подготовки диспетчерского персонала ЭЭС, что в свою очередь создает связанные с этим условия для более надежного и эффективного функционирования ЭЭС.

Реализация работы. Результаты разработки ВДТ РВ ЭЭС реализованы в ряде НИР при непосредственном участии автора диссертации, в частности:

1. В договорных НИР Т11У с ОАО «Тюменьэнерго»: №№9-27/02, 9-28/02, 9175/02, связанных с разработкой всережимного диспетчерского тренажера и советчика реального времени Тюменской энергосистемы.

2. В договорных НИР НИ ТПУ с ОАО «Томские Магистральные Сети»: №№7-69/07у, 7-215/07у, 7-140/08у, связанных с созданием и применением ВМК РВ ЕНЭС Томской области, на базе которого запланирована реализация разработанного в диссертации ВДТ РВ ЭЭС.

3. В НИР по государственному контракту № 217/2 от 07.06_2008г. «Разработка тренажёра для оперативного персонала электроэнергетических предприятий на основе гибридного моделирующего комплекса».

4. В НИР по государственному контракту 01.2.00 903303 «Разработка тренажеров для подготовки и переподготовки специалистов диспетчерского персонала электроэнергетических систем».

Кроме этого, результаты диссертационной работы использованы в работах, связанных с применением диспетчерского тренажера на базе разработанного ВМК РВ ЭЭС в объеме эквивалентной схемы ЕНЭС Томской области для учебных и научно-исследовательских целей Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Личный вклад автора. Разработка и практическая реализация ВМК РВ ЭЭС и ВДТ РВ ЭЭС осуществлялась при непосредственном участии автора в коллективе научно-исследовательской лаборатории «Моделирование ЭЭС» под руководством

Гусева А.С., д.т.н., проф. каф. «Электроэнергетические сети и системы» Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа проблемы адекватности современных диспетчерских тренажеров и тенденций их развития.

2. Предложенная концепция ВДТ РВ ЭЭС.

3. Результаты разработки специализированного программного обеспечения ВДТ РВ ЭЭС.

4. Результаты практической реализации ВДТ РВ ЭЭС на примере демонстрационного сценария противоаварийной тренировки диспетчерского персонала энергосистемы.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

1. The 2009 International Forum on Strategic Technologies "IFOST 2009" (Vietnam, HoChiMinh City, Vietnam University of Technology, 2009).

2. 9-tli Korea-Russia International Symposium on Science and Technology "KORUS 2005" (Russia, Novosibirsk, Novosibirsk State Technical University, 2005).

3. The 10-th IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Symposium in Large Scale Systems: Theory and Applications (Japan, Osaka, Osaka International Convention Center, 2004).

4. 8-th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology "KORUS 2004" (Russia, Tomsk, Tomsk Polytechnic University, 2004).

5. Международная научно-техническая конференция «Электроэнергия и будущее цивилизации» (ТПУ, г. Томск, 2004 г.).

6. Третья Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (АмГУ, г. Благовещенск, 2003 г.).

Публикации. По результатам исследований, связанных с тематикой диссертационной работы опубликовано 33 работы, в том числе: 9 статей в рецензируемых периодических изданиях по перечню ВАК и 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Объем представленного диссертационного материала составляет 232 страницы и включает в себя: оглавление, введение, четы-

ре главы, заключение, 7 приложений и библиографический список из 98 наименований. Основной материал диссертационной работы содержит, 153 страницы и 90 рисунков.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность создания адекватного ВДТ РВ ЭЭС. Проведен краткий анализ мирового опыта, тенденций и сложности решения данной задачи сугубо численным путем. Обозначены эталонные свойства, возможности адекватного ВДТ РВ ЭЭС и пути их достижения, реализация которых является целью данной работы. Сформулирована научная новизна работы, приведены сведения о результатах практической реализации ВДТ РВ ЭЭС, а также апробации и публикации материалов диссертационной работы.

В первой главе «Исследование проблемы адекватности диспетчерских тренажеров ЭЭС» представлены результаты анализа свойств и возможностей наиболее известных современных тренажеров и перспектив их развития: отечественного режимного тренажера диспетчера ЭЭС «Финист» и зарубежного диспетчерского тренажера OTS (Operator Training Simulator).

Тренажеры «Финист» и OTS основаны практически на одних и тех же принципах и имеют, соответственно, схожие свойства, возможности и недостатки. Существенным недостатком этих тренажеров является расчет только симметричных режимов, тогда как подавляющее большинство аварий в ЭЭС и, соответственно, тренировок связаны с несимметричными. Другой значительный недостаток заключается в делении моделируемой схемы ЭЭС на «острова» и расчет переходных процессов отдельно для каждого из них, при котором, к тому же, используются весьма упрощенные математические модели элементов ЭЭС. Нерешенным также остаегся вопрос синхронизации расчетов процессов в ЭЭС и функционирования РЗ и ПА: расчет одного шага адекватной по объему реальной схемы ЭЭС занимает несколько секунд, тогда как время действия большинства средств РЗ и ПА существенно меньше. Стремление уменьшить время расчета шага приводит к неизбежному дальнейшему упрощению математических моделей ЭЭС. Что касается реального масштаба времени моделирования ЭЭС, который может быть реализован с помощью многопроцессорной ЭВМ, то при низкой достоверности воспроизведения процессов создание на этой основе тренажеров становится нецелесообразным.

В результате проведенных исследований установлено, что основной и принципиально неустранимой, в рамках сугубо численного подхода, причиной необходимости указанных упрощений и ограничений служат, определяемые теорией методов дискретизации для обыкновенных дифференциальных уравнений, условия применимости методов их численного интегрирования, на которых адекватные математические модели реальных ЭЭС оказываются очень плохо обусловленными и соответственно не могут быть удовлетворительно решены. Поэтому, несмотря на постоянно предпринимаемые в рамках данного подхода усилия, направленные на радикальное повышение достоверности и оперативности диспетчерских тренажеров ЭЭС, эта проблема по-прежнему остается нерешенной.

В работе предложен альтернативный комплексный подход к решению проблемы достоверности и оперативности диспетчерских тренажеров ЭЭС, основанный на использовании разработанной, в том числе для данной цели, специализированной многопроцессорной программно-технической системы гибридного типа -ВМК РВ ЭЭС. Исследования, испытания и опытная эксплуатация ВМК РВ ЭЭС полностью подтвердили наличие свойств и возможностей, обеспечивающих адекватное моделирование в реальном времени действительного непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов в оборудовании и ЭЭС в целом, поэтому его использование создает практически идеальные условия для построения концепции и разработки ВДТ РВ ЭЭС.

Во второй главе «Концепция всережимного диспетчерского тренажера реального времени ЭЭС» сформулированы и обоснованы основные положения предложенной концепции, определяющие структуру, конкретный состав программного обеспечения и функциональную взаимосвязь программных средств.

Главной целью рассматриваемой концепции является создание диспетчерского тренажера ЭЭС, который обеспечивал бы достаточно полное и достоверное моделирование в реальном времени действительного непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов в оборудовании и ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы с полноценным учетом функционирования средств РЗ и ПА. При этом тренажер должен обладать профес-сионалыю-ориептированными программными средствами высокого уровня, авто-

матизированными и автоматическими информационно-управляющими свойствами и возможностями необходимыми для:

1) создания, редактирования и выполнения в реальном времени всевозможных сценариев диспетчерских тренировок;

2) автоматизированного и автоматического управления в реальном времени параметрами и схемио-режимными состояниями оборудования и моделируемой ЭЭС в целом;

3) представления, функционального преобразования и отображения в реальном времени управлений, схемно-режимных состояний и процессов;

4) создания распределенных автоматизированных рабочих мест (АРМ) и их информационного взаимодействия;

5) взаимодействия в компьютерных сетях с оперативным измерительным комплексом (ОИК) ЭЭС для автоматизированного и автоматического установления и отслеживания исходных квазиустановившихся схемно-режимных состояний ЭЭС по нужным данным ОИК;

6) автоматического архивирования, текстового и графического оформления сценариев и их протоколирования.

Для достижения сформулированной цели необходимо реализовать с помощью программно-информационных технологий все вышеперечисленные информационно-управляющие характеристики, присущие эффективному адекватному диспетчерскому тренажеру ЭЭС, используя в полной мере свойства и возможности ВМК РВ ЭЭС, которые обеспечивают адекватное моделирование в реальном времени действительного непрерывного спектра режимов, процессов в оборудовании и ЭЭС в целом.

Суть и содержание рассмотренной концепции определяют представленную на рисунке 1 структуру ВДТ РВ ЭЭС, где: СГП - специализированные гибридные процессоры моделируемых элементов ЭЭС; ABC - функциональные трехфазные взаимосвязи; КТУ ЭЭС - коммутатор трехфазных узлов моделируемой ЭЭС; ЖС - локальная компьютерная сеть ВМК РВ ЭЭС; АРМт и АРМи - автоматизированные рабочие места тренирующихся диспетчеров и инструктора (руководителя тренировки); ТДС - тренажерная диспетчерская связь; Сервер ОИК - сервер оперативного измерительного комплекса предприятия.

Сервер ОПК

4>рияж

В( ережнмньш моделирующий комплекс реального времени ЭЭС'

Рис. 1. Структурная схема ВДТ РВ ЭЭС В третьей главе «Программное обеспечение всережимного диспетчерского тренажера реального времени ЭЭС» представлено обоснование, приведенной на рисунке 2, структуры ПО ВДТ РВ ЭЭС, рассмотрены свойства, возможности и взаимодействие его структурных составляющих, разработанных в соответствии с положениями рассмотренной концепции.

Редактор форм

< 111К предприятии

> ЩКШЛеИШ"

сценарием

Сценарий тренироикн

Ирм гоксш тренировки

ДПНУ ,"г.нгиик>>г. треиирошсн

Формы ВПК ГВ ЭЭС

БД

ЦДТРИ ':> :><-.

вд

ВМК РВ ЭЭС

Тр«-||;|.Г-'<'|НИ.1Н 1)111.

<С Р едя ктор БД

Рис. 2. Структурная схема ПО ВДТ РВ ЭЭС

Обобщенная специализированная база данных (БД) ВМК РВ ЭЭС и ВДТ РВ ЭЭС является ключевым элементом ПО, обеспечивающим: хранение данных; выполнение программных алгоритмов в реальном времени; организацию взаимодействия с СГП и средствами программного управления, визуализации, протоколирования, архивирования и т.д. Основу БД составляют объекты, которые подразделяются на сложные и простые. Сложные объекты состоят из простых, реализующих их методы (процедуры, функции) и свойства (константы, переменные). Объекты БД, в свою очередь, объединяются в группы, образующие иерархическую структуру. При создании алгоритмов в базе данных используются средства и возможности специализированного редактора БД и профессионально-ориентированного языка программирования высокого уровня. Для задания алгоритмов доступны также библиотечные процедуры и функции, предназначенные для работы с файлами, формами, математическими функциями, для организации программных диалогов и т.д.

Все объекты моделируемой схемы ЭЭС являются объектами БД ВМК РВ ЭЭС, которые объединяются в соответствующие группы, с изначально определенным типом используемых СГП: генераторы или энергоблоки, синхронные, асинхронные двигатели, трансформаторы, ЛЭП, обобщенные нагрузки и т.д. Функциональные свойства объектов БД ВМК РВ ЭЭС определяются характеристиками (методами и свойствами в терминах объектно-ориентированного программирования), необходимыми для управления параметрами и контроля значений режимных переменных.

Для формирования программного инструментария участников тренировок в БД ВДТ РВ ЭЭС создаются объекты, включающие в себя про I рам иные приборы наблюдения и управления, характерные для данного рабочего места и образующие «операционную зону» соответствующего участника. Группировка этих объектов осуществляется согласно иерархической структуре участников тренировки.

Адекватное моделирование а реальном времени функционирования РЗ и ПА, которое в отличие от других средств возможно в ВДТ РВ ЭЭС, предусматривает использование соответствующих математических моделей, описывающих процессы во всех значимых элементах этих устройств, а также в измерительных трансформаторах с возможным учетом кривых намагничивания. Например, расчет процессов производится согласно уравнений, для:

- измерительных трансформаторов тока (ИТТ) и напряжения (ИТН):

где: х(Г) = 1(1) для ИТТ и х(Г) = и(0 - для ИТН, Ки К2 - коэффициенты, определяемые параметрами конкретных ИТТ и ИТН, в которых 1ц - сопротивление цепи намагничивания задается в реальном времени по кривым намагничивания в СГП; - промежуточных трансформаторов тока (ПТТ) и напряжения (ПТН):

где: уг,х(0 = 'вх(0 для ПТТ и увх(0 = ивх(0 - для ПТН, К3, К4 - коэффициенты, характеризующие параметры конкретных ПТТ и ПТН; - полосового фильтра входных цепей:

+ = о,

а! т ш

где: А,...АК - коэффщиенты, характеризующие параметры конкретных фильтров входных цепей.

На рисунке 3 приведен пример моделирования максимальной токовой защиты (МТЗ) в ВДТ РВ ЭЭС.

I j Т1_Б»«и*.03.Мd аргументы | _

ritiFJUMUHHbiu. 21. 22. // Oi фшшшнии ликольныхньрыминныл

2 I С2 * U'l': //Расист ZI

22 B1 *UBW- В2*иФ ♦ Z1. //Рвсчы! Z2

1_1ф _ -¿'j f д-j; ({ Расчет выгодного сигнале, фильтра.

веян (иФ > иОП1) UBblXDAI = 1; //есть превышэние уставки

наче UDLIXDA1 - -1; ('/нет превышения «|стввкл

ссяи (UBblXDAI —1) //сеть сигнал срасэатьюаиия (UBblXDAI -1)

{UBWDA2 = UBblXDAI Тер * dl //ииурацин ин i wi рнриуаних

»г.ли (.1II 1X1 )А/ > ПШЧ-) IJI1X1 )AJ' - 1ПП»: /"/кпнтрллк пгрлнимяний

//hui umi напа ufjiaöai ывания (и 11 iy иланин) (UBblXDAI =-1)

ина1 iö

{IJUXLlAk! IJUblKÜAl " I от "dt; /У операция интегриров

если CJBXDA2 < min) UBXDA2 - min: ft контроль ограничений

>

ягли (nhÄtt IHXI JA,') > nhft(lJ< » W)) l IHhIX- 1; //ягтк грпйптывпния р*пр иначе UBbltt- 0: |СТ сраьатыоаиия реле

Рис. 3. Программный модуль МТЗ БД ВДТ РВ ЭЭС Для наблюдения и интерактивного управления параметрами и состояниями объектов ЭЭС служат программные средства - формы в виде различных динамических панелей наблюдения и управления (ДПНУ). На ДПНУ (рис. 4) располагаются программные приборы, которые динамически в реальном времени отражают состояния режимных переменных и позволяют интерактивно управлять коммутационными

элементами (в том числе пофазно), параметрами объектов моделируемой ЭЭС, а также программными алгоритмами, в частности, для осуществления переходов к другим ДПНУ.

ШУ » П*1*Ь Ж ;»

ШВИ -.X. ! й, "Ш | ; . ? .........¡¿т-гШт ............мйг

_______К«8». _

я;

шы*^ ■.....■ т

■ -Шёй« .......................................

■

ШШ ■ '■ »л* шя^грущ ш

Щ1 н

ник

ШШ о»|«и Н

ш.........<

Рис. 4. Пример ДПНУ района ЭЭС При создании и реализации сценариев используется пошаговый принцип, предусматривающий возможность контроля завершения каждого шага по условиям ограничения времени или выполнения участниками тренировки требуемого набора действий. Для формирования основанных на указанном принципе сценариев разработан соответствующий профессионально-ориентированный программный инструментарий - «Редактор сценариев», позволяющий с помощью понятной диспетчерскому персоналу терминологии задавать необходимые возмущения, действия, изменения параметров, их представлений и отображений на ДПНУ, а также, если нужно, требуемых условий завершения соответствующих шагов сценария. Исходное квазиустановившееся схемно-режимное состояние оборудования и ЭЭС в целом может задаваться в редакторе сценариев интерактивными изменениями конструктивных и настроечных параметров объектов БД, а также путем автоматического их установления и отслеживания по текущим и ретроспективным данным ОИК ЭЭС с использованием разработанных для этих целей программных алгоритмов и процедур.

Управление процессом выполнения тренировок в целом осуществляется посредством предусмотренной для этого специализированной ДПНУ «Панель управления сценарием» (рис. 5).

пан« >пь управления сммар«», 0: 0; Осс». 10 1 • 1 "Ьыпряие»10 "Я"?« ................ .......1

Пуск Шаг Стоп Участник тренирокиси |

Участник тренировки Участник тренировки

А 'ПК-ШИК Т|>«?ВН|>ОВКН ««9- Участник тренировки

Участник тренировки Участник тренировки

Участник тренировки Участник тренировка

Участник тренировки > частник тренировки

Участник тренировки Участник тренировки

Участник тренировки Участник тренировки

Участник тренировки Участник тренировки Участник тренировки

Участник тренировки Участник тренировки

> частник тренировки

Ша< 1

Рисунок 5. ДПНУ «Панель управления сценарием»

В четвертой главе «Реализация всережимного диспетчерского тренажера реального времени ЭЭС» на примере практического сценария одной из самых сложных тренировок диспетчерского персонала Тюменской энергосистемы (ТЭ) проиллюстрированы свойства и возможности разработанного ВДТ РВ ЭЭС. Демонстрационный сценарий состоит из 21 шага (рис. 6) и включает в себя задание аварийной

ситуации, а также действия диспетчерского персонала по ее устранению.

О ■ '.и : ' '.■¡'. шмшянв ■■■■имиимия

| Добавить Правка Сценарий

% # \ X ; V \ -У ф

ИГ*: ............... Название шага Авария ВЛ 500 Тюмень-Луговая

| +! 8* Корректировка частоты СГРЭС-1 ? = 50 Ги

Регулирование напряжения

1 Сообщения для Ц ДС

\ р- Включение Нелым В 500 реактор Тюмень

! ♦ : Включение ТЮМЕНЬ В 500 28 Нелым

Синхронизация на ПП НЕПЫМ ЗВ

^ Включение ма ПП Нелым 4В-500 с контролем синхронизма С оошення для дис 11ДС [1 Осек)

| +: Ь* Регулирование напряжения (ГРВ) на СГРЭС1 иСГРЭС2 = 520 кВ

1 ♦ р Включение Курган 1 В. 2В Иртыш

Включение Иртыш 1В.2В Курган

1 Луговая Отключение РПС 1В 500 Тюмень; Включается 1В 500 Демьянская, Вк ПС-220 Сотник включается МВ 110 Т аеда 1.2 с контролем синхронизма На ПС-500 Иртьш включается3В-220 4АТ лвчается МВ-2201АТГ

\ *■ Включение Татарка В-100 Кротоео с контролем синхронизма

\г- г Включение Тобольская в I СОКутарбпгка с контролем синхронизма Включение Заря В 220 Иртыш с контролем синхронизма

\ а* Оиишчию Тюмспо ЛР ООО Лу| иоан

р Включить Тюмень ВВ-500 ВЛЛ-10 и ВШЛ-12

1 ^ Восстановление мошности СГРЗС1

Рис. 6. Сценарий тренировки

Аварийная ситуация связана с однофазным устойчивым КЗ на ВЛ-500кВ Тюмень - Луговая (рис. 7), работой РЗ, ОАПВ, отказом в срабатывании автоматической разгрузки на Сургутской ГРЭС-2 (рис. 8), возникновением асинхронного режима и делением энергосистемы на части. При правильной настройке АРС и ее штатной работе возникновение асинхронного режима в энергосистеме не происходит (рис. 9).

ï йлшш s« ~

Рис. 7. Однофазное КЗ, где: LEP4_3 -ВЛ-500 Тюмень-Луговая

GSDÎBé Pste.102.G85 114 334 QS0Ô3k.Mi= (sàièb 822 486

13?. 31С 314.690

1?Я4ГЙ 800.393

и Мт-

где:

Рис. 8. Аварийный процесс без разгрузки СГРЭС-2 (энергоблок ОЭВОЗ). .._..1т - момент турбины энергоблока, и_Р2 - электромагнитная мощность генератора, c_dW - отклонение частоты ОБВОЗ, с_ОеИа - взаимный угол э.д.с. ОЭБОЗ и

Рефтинской ГРЭС.

1РЗ юУПАУюм_________

Интервал: О ООО .. 40 ООО [40 ООО] тес Времд Э 56416 тес

Рис. 9. Процессы, включающие КЗ, действия РЗ, ОАПВ и противоаварийную автоматическую импульсную и длительную разгрузку турбины Выполнение сценарии в ВДТ РВ ТЭ начинается с автоматической установки исходного квазиустановившегося режима по данным текущих или ретроспективных значений телесигнализации и телеизмерений (ТС и ТИ) ОИК, процесс протекания которого отражается на ДПНУ осциллографов (рис. 10).

Сценарий: ; Демонстрационный сценарий

Ьазовый режим:

Подготовка тронажора к работе ОСНИЛЛОГРаММЫ (... ..............»»* ................I текущего режима

39.5 647 Э0.Э 116.2 1426 1690 12.3 38 5 64 7 90.3 1162 142.6 1690

Рис. 10. ДПНУ осциллографов

Сложившееся схемно-режимное состояние ТЭ непрерывно и в реальном времени отражается на соответствующих ДПНУ всех участников тренировки. На рисунке 11 представлена ДПНУ «Диспетчер ЦДС».

•»«'« ш.« «р®,«.,« сЦ«И1)„™

Й йетерюл* Йв^бтКУ

Д Лвжяеоарто Д Сургуте га« Пап С1ТОС2

Л «ояОрьскжх Д Коквжижск ШчШГУЭС Д Но^кюгвяе Д УраКежвж

-1Р.98 Гц ■•■^'Н

Р ет тер Рпо? 70Г Ч

Ргт АО ! 8853 Р ПС>1 .1

Р С ГРЭС 1 ¡ ¿523 Р СО

РСГРЭС? 39 г.1; Р К£>3

: Р ига ГРЭС 1260 Р ЮЗ

РУГРЗС РОЭ

Р ТТЭ111 290 Р ягтэс

РТТЭЦ? ...........^30 Р 1 1 I :>'-•

Р ТПТО!!. 270 Ркгггэс

Р ОАО

р г ер

м 49.98 Гц VI з 33 5

ЛТ,

1 06

340 шт

217 44Ь

-1«

Рис. 11. ДПНУ Диспетчера ЦДС Действия диспетчерского персонала в процессе выполнения демонстрационного сценария включают в себя корректировку частоты и напряжения в ТЭ, а также синхронизацию районов энергосистемы. На рисунке 12, в качестве примера, приведена ДПНУ дежурного инженера ПС-500 Нелым и программный прибор - синхронизатор, который позволяет в ручном или автоматическом режиме синхронизировать автономно работающие районы ТЭ.

' г т П П' ■ л ,11 г,0 00 Гц

Р -219

347 -176

НДНСПк \И| 1К1-.И11И ЧИП.11ЧКМ

Диспетчер . 1,1. Тобпльских ЭС |

о 193

4.,м .1

510.0 1 к п ) б18.б[кп] |

бО.ООН'п. 1 49.981 Гц 1 |

Ис-льт

Вхпгочжь

АС Г

С

Магистральная Р 1.97

V/

Тюмень

Р -318

и

-47 5.20

Рис. 12. ДПНУ «ДИП ПС-500 Нелым» 18

При выполнении сценария автоматически формируется отчет по тренировке, включающий в себя файл протокола и файл срезов режимных параметров.

В заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований и разработок, позволившие достичь и практически подтвердить поставленную в диссертации цель:

1. Выявлены и обоснованы причины препятствующие созданию адекватных ВДТ РВ ЭЭС на основе сугубо численного подхода.

2. Сформулирована и обоснована концепция ВДТ РВ ЭЭС, позволяющая радикально повысить достоверность и оперативность диспетчерских тренажеров ЭЭС и обеспечивающая широкие и современные информационно-упраиляющие возможности, необходимые для разработки и осуществления различных методик и сценариев диспетчерских тренировок.

3. В соответствии с концепцией разработано ПО ВДТ РВ ЭЭС, позволяющее в полном объеме реализовать положения данной концепции.

4. Реализован практический сценарий сложной противоаварийной тренировки диспетчерского персонала, полностью подтверждающей все концептуальные свойства и возможности ВДТ РВ ЭЭС.

В приложениях представлены акты внедрения результатов диссертационной работы, примеры форм ВМК РВ ЭЭС и ДПНУ участшжов тренировки, описание высокоуровневого языка программирования, специализированного редактора БД, редактора форм и полный сценарий противоаварийной трешфовки диспетчерского персонала Тюменской энергосистемы.

Наиболее значимый материал, связанный с выполнением диссертационной работы, отражен в следующих публикациях, расположешшх в хронологическом порядке:

1. Гусев A.C., Свечкарев С.В., Плодистый И.Л. Гибридный моделирующий комплекс ЭЭС: результаты разработки, исследования и опытной эксплуатации // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: Сб. трудов трегьей Всеросс. науч.-техн. конф. с международным участием в 2т. Благовещенск: изд-во АмГУ, 2003. T.l, С.216-222.

2. Гусев A.C., Свечкарёв A.C., Плодистый И.Л. Всережимный тренажёр и советчик диспетчера реального времени на базе гибридного моделирующего

комплекса ЭЭС (ГМК ЭЭС) и оперативно-информационного комплекса ЭЭС (ОИК ЭЭС) //Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: Труды третьей Всеросийской научно-технической конференции с международным участием - Благовещенск, 14-16 мая 2003. -Благовещенск, 2004 - т. 1. - с. 206-212.

3. Гусев A.C., Свечкарёв A.C., Плодистый И.Л. Гибридный моделирующий комплекс для наладки АСУТП энергоблоков и тренажёра персонала //Электроэнергия и будущее цивилизации: Материалы международной научно-технической конференции - Томск, 19-21 мая 2004. - Томск: Изд. ТГУ, 2004. - с. 327-329.

4. Гусев A.C., Свечкарев C.B., Плодистый И.П. Основные аспекты проблемы моделирования электроэнергегаческих систем, перспективы и средства их решения //Известия Вузов. Электромеханика, 2006, - № 3. - с. 92-95.

5. Хрущев Ю.В., Гусев A.C., Барская A.B., Бацева HJ1., Мастерова O.A., Свечкарев C.B. Разработка тренажера для оперативного персонала электроэнергетических предприятий на основе гибридного моделирующего комплекса/ Том.политехн.ун-т.-Томск, 2009 .-100с. :ил.-Библиогр.: 12назв.-Рус.-Деп. в ВИНИТИ № 565 - В2009 от 21.09.09.

6. Хрущев Ю.В., Гусев A.C., Бацева Н.Л., Мастерова O.A., Свечкарев C.B., Плодистый И.Л. К построению учебно-тренажерной системы по релейной защите и автоматике объектов электроэнергетики //Известия Вузов. Электромеханика, 2009, - № 6. - с. 77-79.

7. Гусев A.C., Хрущев Ю.В., Гурин C.B., Свечкарев C.B., Плодистый И.Л. Все-режимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем //Электричество, 2009, - №12. - с. 7-9.

8. Гусев A.C., Свечкарев C.B., Прутик А.Ф., Боровиков Ю.С. Всережимный диспетчерский тренажер реального времени электроэнергепгческих систем //Известия вузов. Проблемы энергетики, 2010, - № 3-4Л. - с. 140-146.

Кроме этого различные аспекты и фрагменты диссертационной работы отраже-

в других 25 публикациях.

Подписано к печати 05.09.2011. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,05. _Заказ 1149-11. Тираж 80 экз._

Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Издательства Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту BS EN ISO 9001:2008

ИЗДАТЕЛЬСТВО W ТПУ. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ АДЕКВАТНОСТИ И ОПЕРАТИВНОСТИ ДИСПЕТЧЕРСКИХ ТРЕНАЖЕРОВ ЭЭС.

1.1. Общая характеристика исследуемой проблемы.

1.2. Выводы.

ГЛАВА 2. КОНЦЕПЦИЯ ВСЕРЕЖИМНОГО ДИСПЕТЧЕРСКОГО ТРЕНАЖЕРА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ЭЭС.

2.1. Цель и задачи концепции всережимного диспетчерского тренажера реального времени ЭЭС.

2.2. Положения концепции всережимного диспетчерского тренажера реального времени ЭЭС.

2.3. Структурная схема всережимного диспетчерского тренажера реального времени.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВСЕРЕЖИМНОГО ДИСПЕТЧЕРСКОГО ТРЕНАЖЕРА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ЭЭС.

3.1. Структура программного обеспечения всережимного диспетчерского тренажера реального времени.

3.2. Структура, свойства и характеристики обобщенной специализированной базы данных ВМК РВ ЭЭС и ВДТ РВ ЭЭС.

3.2.1. База данных ВМК РВ ЭЭС.

3.2.2. База данных ВДТ РВ ЭЭС.

3.2.3. Моделирование устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики.

3.2.4. Автоматическая проверка и коррекция БД.

3.3. Формы, динамические панели наблюдения и управления.

3.3.1. Программные приборы.

3.4. Сценарии тренировок.

3.5. Редактор сценариев.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ ВСЕРЕЖИМНОГО ДИСПЕТЧЕРСКОГО ТРЕНАЖЕРА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ЭЭС. ПО

4.1. Реализация демонстрационного сценария на всережимном диспетчерском тренажере реального времени Тюменской энергосистемы

4.2. Отчет по тренировке.

4.4. Выводы.

Проблема и ее актуальность. Согласно статистике, причиной значительного (по разным оценкам не менее 25%) числа тяжелых аварий и их развития в электроэнергетических системах (ЭЭС) служат неправильные и запоздалые действия диспетчерского персонала. Поэтому повышение качества его обучения и тренажа является исключительно важной задачей, уровень решения которой во многом определяет надежность и эффективность функционирования ЭЭС. Поскольку основным средством решения этой задачи являются диспетчерские тренажеры, то и уровень ее решения зависит от их эффективности. В связи с этим, разработке и совершенствованию тренажеров для диспетчерского персонала ЭЭС уделяется большое внимание, как в России, так и за рубежом. В этих разработках принимают участие связанные с энергетикой крупные компании, университеты, научно-исследовательские институты и известные ученые [1-18,42, 47].

Опыт создания и использования разнообразных тренажеров в различных областях, в том числе в электроэнергетике, подтверждает понятное и очевидное главное требование к тренажерам - максимально возможное соответствие реальности, то есть как можно более полная адекватность используемого для тренировки объекта и условий работы с ним.

Ввиду недопустимости, за редкими исключениями, натурных экспериментов в ЭЭС и невозможности, из-за их чрезмерной сложности, полноценного физического моделирования, основным путем воспроизведения объекта тренировки - ЭЭС в диспетчерских тренажерах служит математическое моделирование, полноту, достоверность и оперативность которого определяют два очевидных фактора:

1) адекватность математических моделей всех значимых элементов, образующих совокупную модель ЭЭС;

2) способность средств решения совокупной математической модели ЭЭС обеспечивать его реализацию с необходимой точностью и оперативностью.

Стремление к максимально возможной реализации этих факторов составляет главную тенденцию в развитии и совершенствовании тренажеров диспетчерского персонала ЭЭС, включая последние современные разработки [2-4, 1017]. Однако, адекватные всережимные математические модели ЭЭС, достаточно полно и достоверно описывающие реальный непрерывный спектр процессов в оборудовании и ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеава-рийных режимах их работы [20-31, 66-96], всегда содержат очень жесткую (отношение наибольшей постоянной времени к наименьшей > 10J), нелинейную систему дифференциальных уравнений чрезвычайно высокого (кратно превышающего 10 ) порядка. Адекватный учет функционирования релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗ и ПА) еще более усложняет эту модель. Согласно условиям применимости теории методов дискретизации для обыкновенных дифференциальных уравнений [20-22, 35-36, 48-59], подобные системы дифференциальных уравнений не могут быть удовлетворительно решены с помощью методов численного интегрирования, тем более на больших и неограниченных интервалах, в связи с их плохой обусловленностью на условиях применимости методов дискретизации. Единственным способом улучшения этой обусловленности является снижение жесткости и дифференциального порядка путем декомпозиции и упрощения рассчитываемых моделей ЭЭС, а также ограничения интервала воспроизведения процессов.

Эти упрощения и ограничения, осуществляемые, несомненно, в ущерб полноте и достоверности воспроизведения объекта моделирования — ЭЭС, принципиально неизбежны при их сугубо численном моделировании и вынужденно применяются во всех режимных тренажерах ЭЭС, включая последние разработки, препятствуя их дальнейшему развитию и совершенствованию.

Несмотря на используемые в существующих тренажерах указанные упрощения и ограничения, время расчета процессов оказывается, как правило, больше времени действия РЗ и ПА [25, 62, 63]. Поэтому в существующих тренажерах функционирование средств РЗ и ПА либо не учитывается, либо учитывается весьма упрощено.

Поскольку воспроизводимые в диспетчерских тренировках различного рода управления и разнообразные отображения, схемно-режимных состояний и процессов непосредственно связаны с объектом моделирования - ЭЭС, то и их адекватность напрямую зависит от полноты, достоверности и временной реальности воспроизводимых процессов.

Таким образом, адекватность используемых тренажеров и их информационно-управляющих возможностей определяет эффективность формирования различных методических аспектов проведения тренировки, разработка которых выходит за рамки данной работы, так как является специализированной, сложной, самостоятельной задачей.

В последние годы во многих промышленно развитых странах все активнее обсуждается альтернативное направление решения указанной проблемы на основе гибридного или комплексного подхода. Например, начиная с 1998г. университетами и научно-исследовательскими центрами США и стран Европы инициирован и ежегодно проводится специализированный международный симпозиум «Гибридные системы: вычисление и управление» (ШСС).

Из вышеизложенного следует, что несмотря на колоссальный прогресс ГГ-технологий поставленная в диссертации задача создания адекватного всере-жимного диспетчерского тренажера реального времени ЭЭС (ВДТ РВ ЭЭС) остается весьма актуальной.

Цель работы заключается в разработке ВДТ РВ ЭЭС, обеспечивающего достаточно полное и достоверное воспроизведение в реальном времени непрерывного спектра процессов в оборудовании и ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы с полноценным учетом функционирования средств РЗ и ПА. Созданный в научно-исследовательской лаборатории (НИЛ) «Моделирование ЭЭС» Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета всережимный моделирующий комплекс реального времени ЭЭС (ВМК РВ ЭЭС) является практически идеальной инструментальной и информационной основой для реализации поставленной цели.

При выполнении данной работы были поставлены и решены следующие конкретные задачи:

1. Анализ проблемы полноты, достоверности и оперативности воспроизведения режимов и процессов в современных диспетчерских тренажерах ЭЭС.

2. Обоснование и разработка концепции ВДТ РВ ЭЭС.

3. Разработка специализированного программного обеспечения ВДТ РВ

ЭЭС.

4. Экспериментальное подтверждение концептуальных свойств и возможностей ВДТ РВ ЭЭС на основе практической реализации демонстрационного сценария противоаварийной диспетчерской тренировки персонала Тюменской энергосистемы.

Методы исследования. В диссертации использованы методы исследования, основанные на анализе и сравнении свойств и возможностей эталонного диспетчерского тренажера ЭЭС и наиболее известных современных диспетчерских тренажеров, метод направленных графов и методики синтеза адекватных математических моделей РЗ и ПА, метод структурного анализа и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна:

1. Выявлена и обоснована проблема, принципиально препятствующая созданию адекватных тренажеров диспетчерского персонала ЭЭС реального времени, основанных на сугубо численном подходе к их реализации.

2. Сформулирована и обоснована концепция ВДТ РВ ЭЭС, обеспечивающего достаточно полное и достоверное воспроизведение в реальном времени реального спектра процессов в оборудовании и ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы с полноценным учетом функционирования средств РЗ и ПА, а таюке все необходимые для обучения и тренажа информационно-управляющие возможности.

3. Предложена и обоснована структура программных средств, позволяющая в полной мере реализовать положения сформулированной концепции.

Практическая ценность. Применение ВДТ РВ ЭЭС позволяет значительно повысить уровень и качество подготовки диспетчерского персонала ЭЭС, что в свою очередь создает связанные с этим условия для более надежного и эффективного функционирования ЭЭС.

Разработанные программно-технические средства позволяют эффективно реализовывать все принципиально значимые для адекватности обучения и тренажа диспетчерского персонала ЭЭС свойства и возможности, а также различные методики тренажа с использованием широкого спектра информационно-управляющих характеристик, в частности:

1) создания, редактирования и выполнения в реальном времени всевозможных сценариев диспетчерских тренировок;

2) автоматизированного и автоматического управления в реальном времени параметрами и схемно-режимным состоянием оборудования моделируемой ЭЭС;

3) представления, функционального преобразования и отображения в реальном времени управлений, схемно-режимных состояний и процессов;

4) взаимодействия в компьютерных сетях с ОИК ЭЭС для автоматизированного и автоматического установления и отслеживания исходных квазиуста-новившихся схемно-режимных состояний ЭЭС по нужным данным ОИК;

5) автоматического архивирования, текстового и графического оформления сценариев и их протоколирования и т.д.

Реализация работы. Результаты разработки ВДТ РВ ЭЭС реализованы в ряде НИР при непосредственном участии автора диссертации, в частности:

1. в договорных НИР ТПУ с ОАО «Тюменьэнерго»: №№9-27/02, 9-28/02, 9-175/02, связанных с разработкой всережимного диспетчерского тренажера и советчика реального времени Тюменской энергосистемы.

2. В договорных НИР НИ ТПУ с ОАО «Томские Магистральные Сети»: №№7-69/07у, 7-215/07у, 7-140/08у, связанных созданием и применением ВМК РВ ЕНЭС Томской области, на базе которого запланирована реализация разработанного в диссертации ВДТ РВ ЭЭС.

3. В НИР по государственному контракту № 217/2 от 07.06 2008г. «Разработка тренажёра для оперативного персонала электроэнергетических предприятий на основе гибридного моделирующего комплекса».

4. В НИР по государственному контракту 01.2.00 903303 «Разработка тренажеров для подготовки и переподготовки специалистов диспетчерского персонала электроэнергетических систем».

Кроме этого, результаты диссертационной работы использованы в работах, связанных с применением диспетчерского тренажера на базе разработанного ВМК РВ ЭЭС в объеме эквивалентной схемы ЕНЭС Томской области для учебных и научно-исследовательских целей Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Личный вклад автора. Разработка и практическая реализация ВМК РВ ЭЭС и ВДТ РВ ЭЭС осуществлялась при непосредственном участии автора в коллективе научно-исследовательской лаборатории «Моделирование ЭЭС» под руководством Гусева A.C., д.т.н., проф. каф. «Электроэнергетические сети и системы» Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа проблемы адекватности современных диспетчерских тренажеров и тенденций их развития.

2. Предложенная концепция ВДТ РВ ЭЭС.

3. Результаты разработки специализированного программного обеспечения ВДТ РВ ЭЭС.

4. Результаты практической реализации ВДТ РВ ЭЭС на примере демонстрационного сценария противоаварийной тренировки диспетчерского персонала энергосистемы.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

1. Международный форум «Стратегия Технологий» "IFOST 2009" (Vietnam, HoChiMinh City, Vietnam University of Technology, 2009).

2. 9-й Международный симпозиум «Наука и технологии» Корея-Россия

KORUS 2005" (Russia, Novosibirsk, Novosibirsk State Technical University, 2005).

3. 10-й Международный симпозиум «Большие системы: Теория и применение» "IFAC/IFORS/IMACS/IFIP" (Japan, Osaka, Osaka International Convention Center, 2004).

4. 8-й Международный симпозиум «Наука и технологии» Корея-Россия "KORUS 2004" (Russia, Tomsk, Tomsk Polytechnic University, 2004).

5. Международная научно-техническая конференция «Электроэнергия и будущее цивилизации» (ТПУ, г. Томск, 2004 г.).

6. Третья Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (АмГУ, г. Благовещенск, 2003 г.).

Публикации. По результатам исследований, связанных с тематикой диссертационной работы опубликовано 33 работы, в том числе: 9 статей в рецензируемых периодических изданиях по перечню ВАК и 1 патент РФ на изобретение.

4.3. Выводы

Результаты реализации на ВДТ РВ ЭЭС рассмотренного сценария проти-воаварийной тренировки диспетчерского персонала энергосистемы и проведенных согласно этому сценарию испытаний показали:

1. Разработанное ПО ВДТ РВ ЭЭС, в частности «Редактор сценариев», позволяет на основе профессионально-ориентированных терминов, наименоваI ний и обозначений, в том числе диспетчерских, создавать практически любые сценарии тренировок и обучения.

2. Разработанные алгоритмы и программные процедуры автоматизированного и автоматического установления и отслеживания исходного квазиуста-новившегося схемно-режимного состояния моделируемой ЭЭС (объекта тренировки) по текущим или нужным ретроспективным данным ТС и ТИ ОИК ЭЭС обеспечивают эффективное информационное взаимодействие ВДТ РВ ЭЭС с ОИК ЭЭС, реализуя необходимую точность и оперативность.

3. Свойства и возможности ВДТ РВ ЭЭС, главными из которых являются адекватность и оперативность, полностью соответствуют сформулированной концепции.

4. Разработанный программный инструментарий ВДТ РВ ЭЭС и предусмотренные в ПО потенциальные возможности его модификации обеспечивают, соответствующие современному уровню 1Т-технологий, все необходимые для адекватного режимного тренажера реального времени информационно-управляющие возможности, а также широкий спектр дополнительных возможностей более детального и углубленного представления и отображения процессов в оборудовании и в ЭЭС в целом, интерактивного и автоматического управления различными параметрами, настройками и состояниями силового оборудования, систем регулирования, РЗ и ПА.

5. Предусмотренные в ПО ВДТ РВ ЭЭС профессионально-ориентированные программные средства архивирования и протоколирования процессов и результатов тренировок и обучений позволяют наглядно и всесторонне их анализировать, оценивать и документировать.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В связи с тем, что главным принципиально значимым недостатком всех существующих диспетчерских тренажеров ЭЭС является недостаточная адекватность и оперативность моделирования объекта тренировки - ЭЭС, препятствующие более углубленному и качественному обучению и тренажу диспетчерского персонала, основная цель диссертационной работы заключалась в создании высоко адекватного ВДТ РВ ЭЭС. Анализ совокупности результатов, полученных при решении поставленных для достижения цели задач, в том числе практической реализации и демонстрационных испытаний разработанного ВДТ РВ ЭЭС дают основания для следующих констатаций:

1. Подтверждена правильность и обоснованность причин, ранее препятствующих созданию адекватных ВДТ РВ ЭЭС, и соответственно сформулированной концепции ВДТ РВ ЭЭС на базе специализированной многопроцессорной программно-технической системы гибридного типа - ВМК РВ ЭЭС.

2. Разработанное ПО ВДТ РВ ЭЭС и его база данных, интегрированная с базой данных ВМК РВ ЭЭС, адаптированное для информационного взаимодействия по компьютерным сетям с ОИК ЭЭС обеспечивает адекватное и оперативное автоматизированное и автоматическое установление и отслеживание исходных квазиустановившихся схемно-режимных состояний объекта тренировки - моделируемой ЭЭС по текущим или нужным ретроспективным данным ТС и ТИ ОИК ЭЭС. Это позволяет использовать для тренировки высокоадекватный аналог реальной ЭЭС.

3. Реализованные в соответствии с концепцией на базе современных 1Т-технологий свойства и возможности ВДТ РВ ЭЭС позволяют с помощью разработанного программного инструментария адекватно осуществлять все реально и потенциально необходимые при тренаже и обучении действия и управления, а также в любом виде: цифровом, аналоговом, графическом, осциллографическом и др. представлять и отображать в реальном времени различные возмущения, действия, процессы, протекающие в оборудовании и моделируемой ЭЭС в целом.

4. Реализованная в ВДТ РВ ЭЭС концепция позволила радикально решить присущую существующим тренажерам проблему адекватного моделирования в реальном времени средств РЗ и ПА ЭЭС, особенно быстродействующих.

5. Результаты разработки, реализации и испытания ВДТ РВ ЭЭС свидетельствуют о достижении поставленной в диссертационной работе цели.

1. A. Debs and С. Hansen. "The Total Power System Simulator: A Comprehensive Tool for Operation, Control and Planning." In Proc. Arab Electricity' 97 Conference & Exhibition, PennWell Europe and DSI, Bahrain, 1997.

2. M.A. Рабинович, M.B. Девяткин, C.H. Сергеев и др. Конструктор режимных тренажеров для оперативно-диспетчерского персонала электрических систем и энергообъединений. // Новое в российской электроэнергетике. 2002. №7. С.48-54.

3. A. Debs and F. Rahimi. "Modern Power Systems Control and Operation in the Restructured Environment." Class notes for intensive short course by Decision Systems International, San Francisco, CA, 1999.

4. Воронин В.Т. Режимные тренажеры, как средство обеспечения надежной работы оперативного персонала. // Оперативное управление в энергетике. №1, 2005, С.39-45.

5. Головинский И.А., Куклев В.И. Универсальные тренажеры оперативных переключений. // Электрические станции, 2001, № 11, с. 2-8.

6. Желевская Т.П. Тренажеры для энергетиков. // Снабженец, № 47(253), 2000, с. 144-147.

7. А.И. Зайцев,B.C. Бойчук, В.А. Сергеев. Анализ функциональных возможностей тренажеров оперативных переключений при подготовке персонала в энергетических системах. // Энергетические системы, 2008, №1,с.З-7.

8. Ю.Рабинович М.А. Моржин Ю.И., Потапенко С.П. и др. Анализ режима ЭЭС в тренажере-советчике РЕТРЕН. 1-я международная научно-практическая конференция «Современные тренажерно-обучающие комплексы и системы», Партенит, 2005.

9. Engl G., Kroener A., Pottmann M. "Practical aspects of dynamic simulation in plant engineering" 20th European Symposium on Computer Aided Process Engineering ESCAPE 20, Ischia, Naples, Italy, from 6-9 June 2010.

10. Real time digital simulator, (www.rtds.com/).

11. Режимный тренажер диспетчера Финист, (http://www.monitel.ru/ download/Finist.pdf).

12. Robin Podmore, Marclc Robinson, Anjan Bose. Simulation Environment for Development and Testing of Plug Compatible Power System Applications. // 34th Hawaii International Conference on System Sciences 2001.

13. Макоклюев Б. И., Полижаров А. С. Информационные системы для решения технологических задач на энергообъектах // Энергетик.2007.№ 8.

14. IEC International Electrotechnical Commission: IEC 1. 61970-301: Energy management system application program interface (EMS-API) — Part 301: Common Information Model (CIM) Base // International Electrotechnical Commission, 2003.

15. Веников B.A. Теория подобия и моделирование применительно к задачам электроэнергетики.-М.: Высш. шк., 1966.-487с.

16. Веников В.А. Теория подобия и моделирования.-М.: Высш. шк., 1976.-479с.

17. Веников Г.В., Строев В.А. Применение математических методов и средств вычислительной техники в проектировании и эксплуатации энергетических систем. -М. -Л.: Энергия, 1965.-280с,

18. Беркович М.А., Камаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. М.: Энергоиздат. 1981. 432с.

19. Дроздов А.Д., Засыпкин А.С., Аллилуев А.А. и др. Автоматизация энергетических систем. М.: Энергия. 1977. 440с.

20. Руководящие указания по релейной защите: Расчёт токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110750кВ. М.: Энергия. Вып. 11. 152с.

21. Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах // Тр. ВЭИ. -М.: Энергия, 1972,-Вып. 81. -320 с.

22. Патент РФ №2018953. Устройство для моделирования синхронной машины / А.С. Гусев, Р.А. Вайнштейн, С.В. Свечкарев. Опубл. В БИ, 1994. №16.

23. Гусев A.C. Гибридная модель ЭЭС // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Тез. докл. всеросс. научн.-техн. сем. Томск: изд-во ТПУ, 1994. С. 14.

24. Гусев A.C., Гурин C.B., Свечкарев C.B. и др. Гибридный моделирующий комплекс Тюменской энергосистемы: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Томск: ТПУ. 1998. 243с.

25. Гусев A.C. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. // Томск 2008., 315с.

26. Becker D. The Benefits of Integrating Information Systems Across the Energy Enterprise: The Power of Control Center Application Program Interface (CCAPI) and Common Information Model (CIM) // EPRI, Palo Alto, CA. 2001.

27. Makoklyev В. I., Antonov А. V., Nabiev R. F. Information structure and software for processing and storing data on operating environment and parameters // Power Technology and Engeineering. 2004. № 6.

28. С.И.Магид. Научная методология в современном образовательном процессе персонала электроэнергетики РФ. Сборник статей под редакцией д.т.н., профессора С.И:Магида "Человеческий потенциал и надежность электроэнергетики. Краснодар-Москва 2007.

29. Макоклюев Б. И., Попов С. Г., Шадунц Ю. А. О конференции по единой системе классификации и кодирования в электроэнергетике // Электрические станции, 2006. №11.

30. Макоклюев Б. И., Лондер М. И., Попов С. Г., Котляр М. Л., Кудряшов Ю. М., Шумилин В. Ф., Шадунц Ю. А. Единая система классификации и кодирования в электроэнергетике. Проблемы и пути решения // Электрические станции. 2006. № 3.

31. Neumann Scott. Comparison of IEC CIM and NRECA MulliSpeak // UISOL. 2003.

32. Mathias Uslar. Semantic interoperability within the power systems domain. Proceedings of the first international workshop on Interoperability of heterogeneous information systems / Session 3, Pages: 39—46. Oldenburg: OFFIS, 2005.

33. EPRI Electric Power Research Institute, California, USA, (www.epri.com).

34. Хеминг P.B. Численные методы: пер. с англ. / под ред. P.C. Гутера. М: Наука. 1968. 400 с.

35. Бабушка И., Витасек Э., Прагер М. Численные процессы решения дифференциальных уравнений: пер. с англ. / под ред. Г.И. Марчука. М.: Мир. 1969. 368 с.

36. Демирчян К.С., Волков В.М., Карташев E.H. Сравнительный анализ методов численного интегрирования при расчёте переходных процессов в электрических цепях. // Электричество. 1976. №9. С.47-51.

37. Штеттер X. Анализ методов дискретизации для обыкновенных дифференциальных уравнений: пер. с англ. / под ред. Г.И. Марчука. М.: Мир. 1978. 461с.

38. Ракитский Ю.В., Устинов С.М., Черноруцкий И.Г. Численные методы решения жестких систем. М.: Наука. 1979. 208с.

39. Холл Дж., Уатт Дж. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений: пер. с англ. / под ред. А.Д. Горбунова. М.: Мир. 1979. 312с.

40. Смит Дж.М. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей: пер. с англ. / под ред. O.A. Чембровского. М.: Машиностроение. 1980. 271с.

41. Погосян Т.А. Погрешность расчётов электромеханических переходных процессов в электрических системах // Электричество. 1984. №3. С.54-56.

42. Бабенко К.И. Основы численного анализа. М.: Наука. 1986. 744с.

43. Натансон И.П. Краткий курс высшей математики. Серия «Учебники для вузов. Специальная литература». - СПб.: Издательство «Лань», 1999. -736с.

44. В. D. Shnver. Software paradigms. IEEE Software, 3(1 ):2, January 1986.

45. Бадд Т. Объектно-ориентированное программирование в действии / Пе-рев. с англ. — СПб.: Питер, 1997. ISBN 5-88782-270-8.

46. Шабад. М.А. Максимальная токовая защита. Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1991. - 96 е.: ил. (Биб-ка электромонтера; Вып. 640).

47. Руководящие указания по релейной защите: Расчёт токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110750кВ. М.: Энергия. Вып. 11. 152с.

48. Дж. Абрахаме, Дж. Каверли. Анализ электрических цепей методом графов М.' Издательство «МИР», 1967 - 173с.: ил.

49. М.В. Голинец, В.В. Ершевич, А.Н. Зейлингер и др. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. // Изд. 2-е, перера. и доп. М., «Энергия», 1977. 288с. с ил.

50. Марченко Е.А. Электродинамическое моделирование автоматизированных электроэнергетических систем. .-Л.: Изд. ЛПИ, 1984.-80с.

51. Азарьев Д.И. Математическое моделирование электрических сис-тем.-М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962.-207с.

52. Веников В.А., Литкенс И.В. Математические основы теории автоматического управления режимами энергосистем. -М.: Высш. шк., 1964.-201с.

53. Веников Г.В., Строев В.А. Применение математических методов и средств вычислительной техники в проектировании и эксплуатации энергетических систем. -М. -Л.: Энергия, 1965-280с.

54. Мелентьев Л.А. О роли математических моделей и информации в управлении большими системами в энергетике // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. -1969.-№5. -С. 3-12.

55. Веников В.А. Развитие некоторых методов моделирования в задачахэлектроэнергетики // Энергетика и транспорт. -1970.-№4. -С. 12-21.

56. Синьков В.М. Гибридные вычислительные машины и возможности их применения в энергетике энергетике // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. -1972.-№1. -С. 137-140.

57. Выислительные методы для исследования энергетических систем/ Ю.Ф. Архипцев, Г.В. Веников, Б.И. Головицын и др./ Под ред. В.А. Веникова. -М.: Энергия, 1973.-272 с.

58. Математические методы и вычислительные машины в энергетических системах /В.А. Веников, Б.И. Головицын, М.С. Лисеев и др./ Под ред.В.А. Веникова. -М.: Энергия, 1975.-216 с.

59. Пухов Г.Е., Кулик М.Н. Гибридное моделирование в энергетике. -Киев: Наукова думка, 1977.-405 с.

60. Применение цифровых вычислительных машин в электроэнергетике / О.В. ГЦербачев, А.Н. Зейлигер, К.П. Кадомская и др. / Под ред.О.В. Щер-бачева. -Л.: Энергия, 1980.-240 с.

61. Бушуев В.В. Аналого-цифровое моделирование электроэнергетических объектов. -М.: Энергия, 1980.-168 с.

62. Баринов В.А., Сованов С.А. Режимы энергосистем: Методы анализа и управления.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-440 с.

63. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин A.A. Расчёты устойчивости и противо-аварийной автоматики в энергосистемах. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-390 с.

64. Галактионов Ю.И., Гончаров Н.В., Лоханин Е.К. и др. Информационно-вычислительная система для расчётов и анализа режимов работы и надёжности энергосистем // Электричество. -1994. -№9. -С. 7-13.

65. Такахаси Кадзуро. Применение новейших технологий управления в электроэнергетических системах // Denki gakkai ronbimshi. В. Denryoku eneru-gi.=Trans. Ing. Elec. Eng. Jap. B. -1998. -Vol.118. -№1. P.l.

66. Баринов A.B., Воропай Н.И. Развитие программного и информационногообеспечения для решения задач планирования развития и функционирования энергосистем в условиях формирования электроэнергетического рынка // Изв. РАН. Энергетика. -1999. -№6. -С. 63-71.

67. Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах. -М.: Изд. иностран. лит., 1955.-714 с.

68. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. -М.: Высш. шк., 1970.-472 с.

69. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах -М.-Л.: Энергия, 1964.-704 с.

70. Маркович И.М. Режимы энергетических систем. -М.: Энергия, 1969.-362 с.

71. Веников В.А., Литкенс И.В. Математические основы теории автоматического управления режимами электросистем. -М.: Высш. шк., 1964.-201 с.

72. Веников В.А., Мамиконянц Л.Г., Портной М.Г. и др. Влияние усложнения структуры энергосистем на их устойчивость // Доклады на III Всесо-юзн. научн.-технич. совещ. по устойчивости и надёжности энергосистем СССР. -Л.: Энергия. 1973. -С. 31-41.

73. Чебан В.Н., Ландман А.К., Фишов А.Г. Управление режимами энергосистем в аварийных ситуациях. -М.: Высш. шк., 1990. -144 с.

74. Совалов С.А., Баринов В.А. Математические модели установившихся режимов электрических систем // Электричество. -1980. -№10. -С. 11-17.

75. Совалов С.А., Баринов В.А. Принципы построения и особенности мате-матческих моделей электроэнергетических систем // Электричество. -1981.-№4. -С. 1-7.

76. Воропай Н.И. Упрощение математических моделей динамики электроэнергетических систем. -Новосибирск: Наука, -1981. -112 с.

77. Строев В.А. Математическое описание электроэнергетических систем в исследованиях статической устойчивости // Электричество. -1984. -№10.-С. 1-7.

78. Гусев A.C., Свечкарёв C.B., Плодистый И.Л. Всережимные математические модели линий электропередачи // Известия ТПУ №7, Том 108, 2005, изд. ТПУ, С. 206-210.

79. Гусев А.С., Свечкарёв С.В., Плодистый И.Л. Адаптируемая математическая модель систем возбуждения синхронных машин ТПУ №7, Том 108, 2005, изд. ТПУ, С. 211-215.

80. Гусев А.С., Свечкарев С.В., Плодистый И.П. Основные аспекты проблемы моделирования электроэнергетических систем, перспективы и средства их решения //Известия Вузов. Электромеханика, 2006, № 3. - с. 92-95.

81. Гусев А.С., Свечкарев С.В., Прутик А.Ф., Боровиков Ю.С. Всережимный диспетчерский тренажер реального времени электроэнергетических систем //Известия вузов. Проблемы энергетики, 2010, № 3-4/1. - с. 140-146.