Предотвращение Аварий

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 22

Развитие централизованных систем противоаварийной автоматики (ЦСПА)

•Второе поколение - с 2005 г. (ОЭС Урала), серверная техника, всего 5 комплексов АПНУ. Алгоритм I-ДО - предполагает выбор УВ непосредственным расчетом центральной ЭВМ на основании данных о текущей схемно-режимной ситуации (в темпе процесса). При этом выбор УВ осуществляется только по условиям статической устойчивости и перегрузки по току, с использованием некоторых искусственных расчетных приемов оценки устойчивости.

•Третье поколение - с 2014 г. (ОЭС Востока), серверная техника, всего 7 комплексов до 2018 г.). Алгоритм I-ДО - предполагает выбор УВ по условиям как статической, так и динамической устойчивости при использовании классических расчетных методов оценки устойчивости.

Общее двух алгоритмов: выбор УВ для всех расчетных аварийных возмущений осуществляется с циклической корректировкой УВ в режиме реального времени, при изменении параметров электроэнергетического режима.

Главные проблемы:

Для реализации алгоритма II-ДО требуется выполнить огромный объем предварительных расчетов, чтобы охватить всю область возможных режимов, а также схем электрической сети контролируемой части энергосистемы.

Для алгоритма I-ДО главная проблема заключается в необходимости выполнения сложных расчетов по выбору УВ для всех расчетных аварийных возмущений в весьма ограниченный промежуток времени, практически в режиме on-line.

Успешный опыт внедрения унифицированной цифровой ЦСПА второго поколения в ОЭС Урала в 2005 году и в Тюменской энергосистеме в 2007 году был распространен на другие энергосистемы страны. В 2010 году ЦСПА второго поколения была внедрена в ОЭС Средней Волги и ОЭС Юга, а в 2012 году – в ОЭС Сибири. ЦСПА второго поколения базируются на алгоритме I-ДО, согласно которому оценка устойчивости и выбор управляющих воздействий выполняются непосредственным расчетом по данным текущего режима. При этом выбор УВ осуществляется только по условиям статической устойчивости и перегрузки по току, с использованием некоторых искусственных расчетных приемов оценки устойчивости. Серьезно отличается сама технология построения алгоритма определения УВ. Если при использовании алгоритма II-ДО выполнялись обычные расчеты и оригинальные решения требовались в основном при размещении результатов расчетов в памяти ЭВМ и выборе результатов, соответствующих текущим условиям, то для реализации алгоритма I-ДО потребовалась разработка оригинальных решений по всем составляющим выбора УВ:

специальное эквивалентирование схемы энергосистемы в исходном режиме с выделением так называемых звезд,

расчет электроэнергетических режимов в доаварийной схеме с возможностью получения несуществующего послеаварийного режима,

специальный формульный метод оценки устойчивости с использованием звездных эквивалентов,

специальная методика выявления опасных сечений и т. д.

Но даже с учетом всех этих допущений и методик, выбор управляющих воздействий проводился только по условиям обеспечения статической устойчивости в послеаварийных режимах и допустимых токовых нагрузок сетевого оборудования.

К третьему поколению относятся устройства ЦСПА с алгоритмом I-ДО, включающие выбор управляющих воздействий по условиям как статической, так и динамической устойчивости и

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

использующие классические расчетные методы оценки устойчивости. При этом необходимо было разработать универсальные алгоритмы расчета УВ по условиям статической и динамической устойчивости, учитывающие:

нормативные запасы устойчивости по активной мощности и напряжению и ограничения по токовой загрузке элементов сети;

динамическую составляющую аварийных процессов, обусловленную как короткими замыканиями, так и действиями линейной автоматики для локализации аварийного возмущения (например, АПВ) на базе подробных (общепринятых) моделей основных

элементов и средств регулирования и автоматики энергосистем.

В 2014 году в ОЭС Востока впервые была внедрена ЦСПА третьего поколения. Эту систему отличает адаптивный алгоритм выбора управляющих воздействий для обеспечения статической устойчивости и динамической устойчивости энергосистемы, повышенное быстродействие и надежность. В 2016 году запланирован ввод ЦСПА третьего поколения в ОЭС Северо-Запада и модернизация ЦСПА ОЭС Средней Волги и ОЭС Сибири до третьего поколения. До 2018 года планируется модернизировать также и ЦСПА ОЭС Урала, ОЭС Юга и Тюменской энергосистемы.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 23

Требования ГОСТ в части ЦСПА

национальный стандарт ГОСТ Р 55105-2012 «Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Нормы и требования»;

Автоматика предотвращения нарушения устойчивости организуется по иерархическому принципу. Архитектура ЦСПА должна предусматривать:

•ПТК верхнего уровня, устанавливаемый в ДЦ субъекта оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике;

•одно или несколько низовых устройств АПНУ, устанавливаемых на объектах электроэнергетики;

•оборудование и каналы передачи данных для обмена информацией между ПТК верхнего уровня ЦСПА и каждым из низовых устройств.

ПТК верхнего уровня ЦСПА должен обеспечивать выполнение в циклическом режиме следующих функций:

•приема и обработки телеметрической информации из ОИК;

•оценивания состояния и формирования текущей расчетной модели энергосистемы;

•определения УВ для заданного набора пусковых органов на основе расчетов режимов и устойчивости с использованием текущей расчетной модели энергосистемы (принцип I-ДО);

• передачи в низовые устройства ЦСПА таблицы УВ для заданного набора пусковых органов;

• обмена технологической информацией (эквиваленты для расчетных моделей ЦСПА, допустимые набросы и небалансы мощности и т.п.) с ЦСПА смежных энергосистем.

Предельная величина расчетного цикла ЦСПА не должна превышать 30 с.

На разных этапах развития изменяются и технические средства ЦСПА. Для ЦСПА с алгоритмом II-ДО наиболее жесткими были требования к объему памяти. При обращении к алгоритму I- ДО требовалось максимальное быстродействие. При этом переход к алгоритму I-ДО, используемому в ЦСПА третьего поколения, стал возможен в значительной степени благодаря использованию быстродействующих ЭВМ с многоядерными процессорами. Одновременно развивалась и технически совершенствовалась система телекоммуникации, что позволило учитывать при оценке допустимости электроэнергетического режима и выборе управляющих воздействий параметры режима в удаленных частях энергосистемы. Автоматика предотвращения нарушения устойчивости организуется по иерархическому принципу. Архитектура ЦСПА должна предусматривать:

ПТК верхнего уровня, устанавливаемый в ДЦ субъекта оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике;

одно или несколько низовых устройств АПНУ, устанавливаемых на объектах электроэнергетики;

оборудование и каналы передачи данных для обмена информацией между ПТК верхнего

уровня ЦСПА и каждым из низовых устройств.

ПТК верхнего уровня ЦСПА должен обеспечивать выполнение в циклическом режиме следующих функций:

приема и обработки телеметрической информации из ОИК;

оценивания состояния и формирования текущей расчетной модели энергосистемы;

определения УВ для заданного набора пусковых органов на основе расчетов режимов и устойчивости с использованием текущей расчетной модели энергосистемы (принцип I-ДО);

передачи в низовые устройства ЦСПА таблицы УВ для заданного набора пусковых органов;

обмена технологической информацией (эквиваленты для расчетных моделей ЦСПА, допустимые набросы и небалансы мощности и т.п.) с ЦСПА смежных энергосистем.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Предельная величина расчетного цикла ЦСПА не должна превышать 30 с.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 24

Особенности алгоритма ЦСПА третьего поколения

Предусмотрены универсальные алгоритмы расчета УВ по условиям статической и динамической устойчивости, учитывающие:

•нормативные запасы устойчивости по активной мощности и напряжению и ограничения по токовой загрузке элементов сети;

•динамическую составляющую аварийных процессов, обусловленную как короткими замыканиями, так и действиями линейной автоматики для локализации аварийного возмущения (например, АПВ) на базе подробных (общепринятых) моделей основных элементов и средств регулирования и автоматики энергосистем.

Предусмотрены наборы:

•аварийных возмущений (АВ) - отключение линии; короткое замыкание; повторное включение линии; отключение фазы линии с последующим повторным включением; отключение генераторов; отключение и подключение нагрузок (с произвольной временной последовательностью совершения событий);

управляющих воздействий (УВ) - отключение генераторов; отключение нагрузки; импульсная разгрузка турбин; длительная разгрузка турбин; электрическое

торможение генераторов и др.

Алгоритм работает не спорадически, как в локальных устройствах ПА, а непрерывно циклически с дискретностью, определяемой настройками для конкретной энергосистемы, обычно это 20…40 с.

Предусмотрены универсальные алгоритмы расчета УВ по условиям статической и динамической устойчивости, учитывающие:

нормативные запасы устойчивости по активной мощности и напряжению и ограничения по токовой загрузке элементов сети;

динамическую составляющую аварийных процессов, обусловленную как короткими замыканиями, так и действиями линейной автоматики для локализации аварийного возмущения (например, АПВ) на базе подробных (общепринятых) моделей основных

элементов и средств регулирования и автоматики энергосистем. Предусмотрены наборы:

аварийных возмущений (АВ) - отключение линии; короткое замыкание; повторное включение линии; отключение фазы линии с последующим повторным включением; отключение генераторов; отключение и подключение нагрузок (с произвольной временной последовательностью совершения событий);

управляющих воздействий (УВ) - отключение генераторов; отключение нагрузки; импульсная разгрузка турбин; длительная разгрузка турбин; электрическое торможение

генераторов и др.

Алгоритм работает не спорадически, как в локальных устройствах ПА, а непрерывно циклически с дискретностью, определяемой настройками для конкретной энергосистемы, обычно это 20…40 с.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 25

Функциональная схема технологического алгоритма ЦСПА

Общая функциональная схема технологического алгоритма ЦСПА приведена на слайде. Здесь блоки 5 – 8 подготавливают текущую базовую расчетную модель энергосистемы; блоки 1 – 4 актуализируют ее; блок 9 формирует актуальную расчетную модель энергосистемы; блоки 10

– 13 осуществляют выборку несинхронной части (НсЧ) из числа несинхронно работающих в текущий момент времени и актуализируют для нее пусковые органы (ПОр); блок 14 актуализирует (подготавливает) для текущей НсЧ доступные УВ; блок 15 выполняет расчет необходимых УВ по условиям динамической устойчивости (УВдин); блок 16 выполняет расчет дополнительных УВ по условиям статической устойчивости послеаварийного режима (УВпар); блок 17 формирует в требуемом формате таблицы расчетов УВ (ТУВ). Далее осуществляется

передача ТУВ в устройства нижнего уровня ЦСПА (УНУ). Иногда применяют название удаленный контроллер противоаварийного управления (УКПА).

Алгоритм работает не спорадически, как в локальных устройствах ПА, а непрерывно циклически с дискретностью, определяемой настройками для конкретной энергосистемы, обычно это 20…40 с.

Реализацию рассмотренного технологического алгоритма ЦСПА осуществляет программнотехнический комплекс централизованной системы противоаварийной автоматики (ПТК ЦСПА).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 26

Структурная схема комплекса ЦСПА в ОДУ Востока

ЦСПА представляет собой комплекс технических и программных средств, образующий двухуровневую систему противоаварийного управления: сервер ЦСПА верхнего уровня и распределенная сеть локальных устройств ПА энергоузлов, которые могут выполнять функции контроллеров ЦСПА, а также работать в автономном

режиме автоматики предотвращения нарушений устойчивости (АПНУ).

Серверный комплекс «Сервер ЦСПА» обеспечивает бесперебойную работу в режиме 7×24 и выполнение расчетов с последующей передачей на удаленный контроллер противоаварийного управления (УКПА) – программно-аппаратный комплекс, реализующий управляющие воздействия.

Программно-технический комплекс (ПТК) противоаварийной автоматики обеспечивает выполнение следующих функций:

•прием данных телеизмерений и телесигналов от диспетчерских систем телемеханики;

•прием сигналов аварийных возмущений и передача таблиц управляющих воздействий (ТУВ) на нижестоящие комплексы противоаварийного управления;

•прием информации о работе устройств нижестоящих ПА, передача информации о работе комплекса в диспетчерские оперативные информационные комплексы (SCADA);

•обработка полученных данных (преобразование потока данных и приведение его к принятой системе представления величин, достоверизация информации, обработка данных для получения вычисляемых параметров, обработка данных для синтеза и актуализации расчетных моделей);

•хранение данных (формирование базы данных реального времени и архивирование данных (управление наполнением архивов данными – глубина и цикличность, администрирование архивов (копирование, восстановление и др.), сервис доступа к системе архивирования данных (внешний программный интерфейс с учетом политики

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

безопасности и надежности, в том числе импорт/экспорт данных), хранение и архивирование изменений информационной модели);

•администрирование и управление (единая система обработки событий, оповещения и ведения журнала событий; управление единым временем; контроль и диагностирование программно-аппаратного комплекса ЦСПА, а также средств коммуникации; управление конфигурацией ЦСПА; управление правами доступа к различным элементам ЦСПА для пользователей разных уровней);

•выполнение технологических приложений (расчет УВ);

•отображение информации (отображение в графическом виде состояния и режимов работы ПТК, объектов и каналов межмашинного обмена; текущую настройку пусковых

органов комплекса; оперативные и аварийные сообщения об изменении состояния и режимов работы ПТК, срабатывании пусковых органов и реализации УВ).

УВ формируются циклически комплексом расчетных задач, реализующих алгоритмы ЦСПА. Расчетные задачи запускаются на выполнение и контролируются системой управления. Управляющая система обеспечивает циклическое выполнение расчетных задач по заданному алгоритму, а также обеспечивает выполнение других сервисных задач сервера ЦСПА.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слайд 27

Организация распределенных вычислений в ЦСПА

Техническую реализацию рассмотренного технологического алгоритма ЦСПА осуществляет программно-технический комплекс централизованной системы противоаварийной автоматики (ПТК ЦСПА).

Аппаратная часть комплекса представляет собой два серверных кластера, включающих в себя непосредственно серверы, оборудование бесперебойного электропитания, коммуникационное и вспомогательное оборудование. Для обеспечения функционирования Системы серверы объединяются в два отказоустойчивых кластера через общую дисковую стойку и стандартный сервис кластеризации (операционную систему Microsoft Windows Server 2003). Каждый кластер состоит из двух серверов.

На кластере №1 (расчетный) выполняются группы подсистем «Система оповещения», «Сервисы», «Технологический цикл», «Шлюз ММО», «Супервизор», «Оперативная БД», «Контроллер связи», «Контроль топологии сети» и др. вспомогательные компоненты. На кластере №2 (архивный) размещается архивная БД.

Модуль «Расчет ПОр» размещается на 7 серверах под управлением операционной системы Microsoft Windows Server 2008 R2 HPC Edition. Указанные 7 серверов конфигурируются как HPC Compute Nodes.

Клиентские приложения выполняются на рабочих станциях пользователей.

С управляющего сервера ЦСПА 1 раз в 30 с происходит запрос на расчет параметров управляющих воздействий – этот запрос представляет собой описание электрической сети со списком аварийных возмущений (пусковых органов), для которых необходимо произвести расчет выходных параметров.

Для каждого пускового органа формируется асинхронный вызов метода WCF-сервиса на вычисление (метод Calculate сервиса ParallelizationService), после чего происходит ожидание завершения всех вызовов с целью выдачи результата вычислений для всех пусковых органов. То есть запускается пакетное вычисление (batch process), которое делится по пусковым

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

органам и запускается параллельно на вычисление на HPC-кластере. HPC-кластер с помощью брокеров WCFBroker распределяет запросы на вычисление между узлами.

NTP (англ. Network Time Protocol — протокол сетевого времени) — сетевой протокол для синхронизации внутренних часов компьютера с использованием сетей с переменной латентностью