НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

На правах рукопису

Баран Петро Михайлович

УДК 621.311.1

Режимний навчально-тренувальний

комплекс диспетчерського персоналу

ЕЛЕКТРОенергетичних систем

Спеціальність 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті "Львівська політехніка".

Науковий керівник - доктор технічних наук, доцент Скрипник Олексій Іванович, професор НУ "Львівська політехніка"

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, старший науковий співробітник Дерзський Владислав Григорович, провідний науковий співробітник Інституту проблем моделювання в енергетиці НАН України

кандидат технічних наук, доцент Лук'яненко Юрій Володимирович, доцент Вінницького державного технічного університету

Провідна установа - Інститут електродинаміки НАН України, відділ аналізу режимів електроенергетичних систем, м. Київ

Захист відбудеться 15 червня 2001 р. о 12 годині 00 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради № Д35.052.02 Національного університету "Львівська політехніка" за адресою: 79013, Львів, вул. Ст. Бандери, 12, ауд. 114 г.к.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка".

Автореферат розіслано 14 травня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент В.І. Коруд

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Централізація виробництва електроенергії, ріст енергетичних систем і об'єднань - тенденція розвитку електроенергетики у всьому світі. Однак це привело до того, що збільшилась ймовірність виникнення і розповсюдження великих збурень в електроенергетичній системі (ЕЕС). За останні роки в ЕЕС України відбулося декілька важких системних аварій, пов'язаних з порушенням статичної та динамічної стійкості, розділенням системи на несинхронно працюючі частини, що спричинило до припинення постачання електроенергії споживачам, пошкодження значної кількості обладнання. Такі аварії ведуть до значних народногосподарських збитків, що ще більше погіршує і так складну економічну ситуацію в Україні.

Особливу роль в управлінні сучасної ЕЕС відіграє оперативно-диспетчерський персонал, який відповідає за її цілісність та безперебійне функціювання. За статистичними даними 30% аварій виникають з вини оперативного персоналу. Оперативне керування режимами ЕЕС, особливо в умовах аварійних ситуацій, вимагає високого рівня кваліфікації обслуговувального персоналу. Найефективнішим розв'язком цієї проблеми є багатократні та якісні тренування з використанням сучасних режимних навчально-тренувальних комплексів (РНТК) на базі персональних комп'ютерів (ПК).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у рамках наукового напряму кафедри "Електричні мережі та системи" "Підвищення надійності електричних станцій, електроенергетичних і електропостачальних систем; створення автоматизованих систем наукових досліджень, проектування і керування технологічними процесами в електроенергетиці". Роботи цього напряму були включені до міжвузівської програми "Економія енергії".

Автор був виконавцем робіт: згідно Наказу Міненерго СРСР №162пс від 6.07.88 р., угоди № 27-127/89 між Всесоюзним науково-дослідним інститутом електроенергетики та Всесоюзним теплотехнічним інститутом та госпугоді №4878 "Розроблення програмного забезпечення логіко-динамічної моделі електричної частини енергоблоку 800 МВт Березівської ТЕС та обчислювального режимного комплексу порадника диспетчера енергосистеми"; госпугоді №6108 "Розроблення програмного забезпечення режимного тренажеру" для Українського виробничого об'єднання електротехнологій та інформатики; госпугоді №5702 "Розроблення діалогового автоматизованого комплексу аналізу усталених режимів ЕЕС" для Івано-Франківського підприємства електричних мереж; НДДКР 05.51.02/454-94 (ДК "ОПЕР") "Автоматизована система навчання оперативного персоналу ТЕС та ГЕС".

Мета і задачі дослідження. Метою цієї роботи є розробка режимного навчально-тренувального комплексу, включаючи алгоритми функціювання моделі керування та моделі технологічних процесів, які забезпечують навчання та тренування диспетчерського персоналу.

Відповідно до вказаної мети розв'язано наступні задачі: сформовано математичні й цифрові моделі аналізу довготривалих перехідних процесів; створено графічний інтерфейс користувача для взаємодії диспетчерського персоналу з моделлю ЕЕС; створено РНТК диспетчерського персоналу ЕЕС.

Наукова новизна отриманих результатів

1. Розроблено принципи побудови режимного навчально-тренувального комплексу як сукупності взаємозв'язаних підсистем: технологічної, керування та аналізу, навчальної, на основі яких створено режимний тренажер, що забезпечує ефективну підготовку та перепідготовку оперативного диспетчерського персоналу.

2. Розроблено принципи організації навчання та тренування в локальній комп'ютерній мережі, які забезпечують ефективне тренування оперативного диспетчерського персоналу у звичному для них інформаційному середовищі.

3. Сформовано імітаційну модель аналізу довготривалих перехідних процесів ЕЕС з одночасним формуванням моделей елементів, що визначають електромеханічні та довготривалі перехідні процеси, яка з застосуванням графічного середовища взаємодії користувача з моделлю забезпечує ефективне відтворення реальних технологічних процесів ЕЕС.

4. Запропоновано метод вибору оптимальних параметрів налаштування систем автоматичного керування, який в експлуатаційних умовах вперше дозволив оперативно зі зміною режиму налаштовувати як реальні об'єкти, так і моделі технологічної підсистеми.

Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи реалізовані в обчислювальному режимному комплексі ДАКАР. Розроблені підсистеми комплексу дозволяють здійснювати навчання та тренування оперативного диспетчерського персоналу, а його графічні підсистеми забезпечують зручний та ефективний аналіз режимів і процесів ЕЕС.

Комплекс впроваджений в ряді регіональних ЕЕС України, в Українському виробничому об'єднанні електротехнологій та інформатики, в енергосистемах Російської Федерації (об'єднане диспетчерське управління Уралу, об'єднане диспетчерське управління Далекого Сходу, Костромаенерго, Свердловенерго, Хабаровськенерго), в проектних організаціях (Н-Новгородське та Уральське відділення інституту “Енергомережпроект”), а також використовується у навчальному процесі кафедри “Електричні мережі та системи” Національного університету “Львівська політехніка”.

Особистий внесок здобувача. Автору належить: формування принципів побудови режимного навчально-тренувального комплексу [1,2,7]; розробка принципів та програмна реалізація формування графічних схем та комутаційних підсхем електричної мережі [2,5,6]; формування моделі довготривалих перехідних процесів [3]; розробка методу вибору параметрів налаштування систем автоматичного керування та програмна реалізація розрахунку області стійкості під час такого налаштування [4], проведення досліджень та аналіз результатів [3,4].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на: Всесоюзній конференції “Интеграция АСУТП и тренажерных устройств”, м. Українка, 1991 рік; XV-й Міжнародній конференції з основ електротехніки та теорії кіл SPETO, м. Глівіце, Польща, 1992 рік; I-й Міжнародній науково-технічній конференції “Математичне моделювання в електротехніці й електроенергетиці”, м. Львів, 1995 рік; II-й Міжнародній науково-технічній конференції “Математичне моделювання в електротехніці й електроенергетиці”, м. Львів, 1997 рік.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 4 статті у наукових журналах та 3 тези доповідей науково-технічних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація викладена на 125 сторінках, складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 91 найменувань, включає 59 рисунків, 1 таблицю, 2 додатки. Обсяг ілюстрацій, таблиць та додатків складає 53 сторінки. Повний обсяг дисертації становить 187 сторінок.

СТРУКТУРА Й ОГЛЯД ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, визначено шляхи вирішення поставлених завдань. Сформульовано мету роботи та основні положення, які виносяться на захист.

У першому розділі наведено особливості довготривалих перехідних процесів (ДПП), аналіз математичних моделей елементів ЕЕС, які застосовуються для дослідження ДПП. Зроблено огляд комплексів програм аналізу ДПП та режимних тренажерів диспетчерського персоналу ЕЕС, які використовуються в Україні та за кордоном.

Модель ЕЕС РНТК базується на аналізі ДПП, які виникають у разі великих небалансів активної потужності та тривають на протязі десятків хвилин і навіть годин. Протікання таких процесів умовно можна розділити на три стадії: на першій стадії, на протязі долей секунди після виникнення аварійного збурення, має місце електромагнітний перехідний процес; на другій стадії починається електромеханічний перехідний процес (ЕМПП); на третій стадії має місце умовноусталений режим, який характеризується динамікою зміни частоти. Під час моделювання ДПП, враховують тільки ЕМПП та умовноусталені режими. Враховуючи вище наведене математичні моделі ДПП повинні враховувати особливості різних стадій тривалих процесів. Є декілька підходів у формуванні моделі ДПП. Одним із них є розділення математичної моделі на підмоделі для різних стадій перехідного процесу - підмодель ЕМПП, які характеризуються швидкоплинністю та підмодель більш повільних процесів зміни потужностей електричних станцій і частоти в системі. Взаємодія між підмоделями здійснюється за певними критеріями. Іншим підходом є моделювання ДПП як єдиного технологічного процесу без розділення на етапи моделювання.

Нами для РНТК розроблено три модифікації моделей ДПП та алгоритмів їх реалізації:

1. Спрощена модель довготривалих умовноусталених режимів без врахування реакції теплосилового обладнання (ТСО) станцій. Ця модель визначає динаміку зміни частоти системи розрахунком серії умовноусталених режимів починаючи з моменту виникнення збурення. Така модель дозволяє оцінити ефективність дій засобів протиаварійної автоматики (ПАА).

2. Спрощена модель довготривалих умовноусталених режимів з врахуванням реакції ТСО станцій та дій ПАА. Ця модель є розширенням першої. Тут додатково враховується динаміка теплової частини ТЕС та АЕС, що дозволяє адекватно відтворювати процеси, які протікають в ЕЕС після виникнення збурення.

3. Модель аналізу довготривалих процесів ЕЕС, як єдиного технологічного процесу електромеханічних і довготривалих перехідних процесів. Порівняно з відомими, у яких моделювання ДПП здійснюється підмоделлю швидкоплинних ЕМПП та підмоделлю тривалих перехідних процесів, ця модель дозволяє здійснювати аналіз ДПП як єдиного технологічного процесу без розділення на етапи моделювання. Це досягається за рахунок використання модифікованого методу формул диференціювання назад (ФДН) для чисельного інтегрування диференційних рівнянь з автоматичним вибором величини кроку інтегрування.

В цьому розділі сформовані структура та основні принципи побудови РНТК диспетчерського персоналу. Повномасштабний режимний тренажер повинен складатись з наступних основних підсистем:

·

· технологічна підсистема (ТП);

· навчальна підсистема (НП).

Ці підсистеми РНТК комплексу “ДАКАР” призначені для моделювання аварійних ситуацій, навчання та тренування оперативного персоналу електроенергетичних систем.

У другому розділі наведено принципи та алгоритми формування ПКА, яка є невід'ємною складовою РНТК та забезпечує взаємодію диспетчерського персоналу з моделлю ЕЕС під час навчання та тренування. Дана підсистема виконує наступні функції:

·

· відображення параметрів і координат режиму на схемі електричної мережі;

· керування режимом і топологією мережі безпосередньо з графічної схеми;

· графічний аналіз результатів розрахунку усталених режимів та перехідних процесів.

Для забезпечення наведених функцій розроблено та реалізовано алгоритми формування ПКА, в основі яких лежать наступні принципи:

·

· дані розміщуються в оперативній пам'яті (ОП) ПК, що збільшує швидкодію відтворення схеми;

· інформація розміщується в пам'яті динамічно і організована у вигляді зв'язаних списків з одинарним зв'язком, що дозволяє раціонально використовувати ОП;

· векторний формат графічних даних. Таке представлення графічної інформації вимагає менше пам'яті та дозволяє швидко та якісно відтворювати схему на екрані дисплею.

Наведені вище принципи забезпечують відображення схем електричної мережі з десятками тисяч вузлів та віток, швидке відтворення, переміщення та масштабування схем, які можуть займати десятки екранів дисплею ПК.

Для РНТК розроблено та реалізовано алгоритм графічної побудови схем електричної мережі. Схема формується у вигляді вузлів (шин підстанцій) та віток (ліній електропересилання, трансформаторів, вимикачів). Побудова графічної схеми здійснюється на основі попередньо сформованих вхідних даних (параметрів вузлів та віток). Вхідні дані формуються за допомогою спеціально розробленої бази даних і зберігаються у файлі режиму. В цьому ж файлі зберігаються результати розрахунку. Графічна схема електричної мережі зберігається у файлі графіки.

Структура даних графічного елемента розташовується в ОП в зв'язаному списку і визначається на основі інформації з файлу графіки та файлу режиму. Зв'язок даних графічного елементу з даними режиму здійснюється за номером елементу. Інформаційні зв'язки структури даних графічного вузла та вітки з файлами графіки та режиму наведено на рис. 1 та 2.

Формат даних файлу режиму є наступним: параметри вузла - номер вузла (NU); номінальна напруга (Unom); активна та реактивна потужність генерування (Pg,Qg); активна та реактивна потужність навантаження (Pn,Qn), параметри вітки - номер вузла виходу (NV1); номер вузла входу (NV2); паралельність (NVC) (0 - для одноколової); стан (SV) (0 - ввімкнена, 3 - вимкнена, 1 - вимкнена на початку, 2 - вимкнена в кінці); активний та реактивний опір (R,X); активна та реактивна провідність (G,B); комплексний коефіцієнт трансформації (KT).

Структура даних графічного вузла: порядковий номер даних вузла у файлі режиму (PN) - використовується для зв'язку з базою даних; номер (N) - відповідає номеру з бази даних (NU); колір (Color) - визначається номінальною напругою (Unom), кожному класу напруги відповідає певний колір заданий в конфігурації; координати розташування (X1,Y1,X2,Y2) - визначають розміщення вузла на екрані дисплею; вказівники на дані фігур вузла (F1,F2); вказівники на дані маркування вузла (M1,M2,M3,M4); ім'я комутаційної підсхеми (NPst); вказівник на адресу розташування наступного вузла (Next).

Графічне зображення вузла формується у вигляді шини підстанції з умовними позначеннями (фігурами) генерування, навантаження, конденсаторної батареї, реактора. Таких фігур у вузла може бути дві. Наявність та тип окремих фігур визначається параметрами потужності генерування та навантаження. Перша фігура визначається значенням потужності генерування. Якщо Pg>0 тоді формується зображення генератора, якщо Pg=0 і Qg>0 - конденсаторної батареї, якщо Pg=0 і Qg<0 - реактора. В інших випадках фігура не формується. Друга фігура визначається потужністю навантаження. Якщо Pn>0 чи Qn>0 - формується зображення навантаження. В структурі даних графічного вузла є вказівники на дані таких фігур (F1,F2) (адреси розташування даних у пам'яті). Якщо фігури немає, тоді вказівник є рівний nil. Структура даних фігури: тип (TypF); координати розташування (XF1,YF1); масштаб (MasF); кут повороту (AngleF).

Біля вузла можуть бути відображені чотири вікна виводу параметрів та координат режиму вузла (маркування). Тип маркування (що виводити?) визначається конфігурацією системи, яка має установки за замовчуванням і коригується користувачем. Структура даних графічного вузла містить вказівники на маркування (M1-M4). Структура даних маркування є наступною: текст маркування (TextM); координати розташування (XM1,YM1); кут повороту (AngleM); масштаб (MasM).

Вузол може мати комутаційну підсхему. Якщо така підсхема сформована, тоді параметру NPst присвоюється ім'я цієї підсхеми.

Структура даних графічної вітки: порядковий номер даних вітки у файлі режиму (PN); номер вузла виходу (N1); номер вузла входу (N2); паралельність (NC); стан (S); кількість ділянок вітки (KD); координати зломів за кількістю ділянок (X[1],Y[1],…,X[KD],Y[KD]) - зображення є у вигляді ламаної, з ортогональними відрізками, лінії; тип (Typ) - визначається на основі значень коефіцієнта трансформації (KT) та опору вітки (X). Якщо KT№0, тоді вітка є трансформатором, якщо X<0,1 Ом - шиноз'єднувальним вимикачем, в інших випадках - лінією електропересилання; кольори початку та кінця (Color1, Color2) - визначаються за номінальними напругами (Unom) вузлів виходу (N1) та входу (N2); вказівники на маркування вітки (M1,M2); вказівник на адресу розташування наступної вітки (Next).

Структура даних графічної вітки містить два вказівники на маркування. M1 - визначає вікно виводу параметрів та координат режиму на початку вітки, а M2 - в кінці. Структура даних маркування вітки така ж як і у вузла.

Формування схеми можна здійснювати в режимі автопобудови. В цьому режимі користувач задає лише місце розміщення вузлів схеми, вітки формуються автоматично. Такий режим побудови графічної схеми електричної мережі дозволяє за лічені хвилини сформувати схему великого обсягу.

Схема електричної мережі може складатись з основної схеми та комутаційних підсхем. Для кожного вузла на основній схемі можна сформувати схему розподільчих злагод підстанції. Розроблено алгоритм формування комутаційних підсхем та алгоритм здійснення комутацій. Порядок формування таких схем відрізняється в основному за рахунок іншої бази за якою формується схема. Якщо в основній схемі з'єднання між вузлами задаються файлом режиму, то тут - файлом вимикачів.

Розроблено та реалізовано алгоритми графічного аналізу результатів розрахунку усталених режимів та перехідних процесів. Система графічного аналізу дозволяє здійснювати: відображення будь-яких координат режиму в залежності від часу; виконання спеціального аналізу результатів розрахунку (відображення графіків вибраних за певним критерієм); побудову годографів; побудову годографу опору лінії з зоною спрацювання; побудову годографу потужності лінії; побудову зон D-розбиття для аналізу стійкості; побудову амплітудно-частотних характеристик замкнених систем керування.

У третьому розділі наведено математичні моделі технологічної підсистеми РНТК.

Розроблено модель аналізу ДПП, як єдиного технологічного процесу електромеханічних та довготривалих перехідних процесів. Модель враховує реакцію ТСО та дії ПАА. Крім того враховуються дії оперативного персоналу, що є обов'язковим для РНТК.

В алгоритмі розрахунку закладена модель синхронної машини (СМ) з регуляторами збудження, яка описується перетвореними для дослідження ДПП рівняннями Парка-Горєва. В математичній моделі СМ не враховуються електромагнітні перехідні процеси в статорі, насичення основного магнітного кола та зубцевого шару, залежність її параметрів від частоти. Базовий варіант реалізований на основі чисельного інтегрування диференційних рівнянь з використанням методу ФДН другого порядку із змінною величиною кроку інтегрування. Згасання ЕМПП, викликаного останньою комутацією, дозволяє значно збільшити крок чисельного інтегрування. Об'єднаний розрахунок ЕМПП і ДПП починається з визначення початкових значень усіх змінних, на підставі розрахунку збалансованого режиму з частотою . Початкові значення для блоку АРЧО-турбіна-ТСО пізніше не перераховуються. Схема об'єднаного розрахунку ЕМПП і ДПП наведена на рис. 3. На схемі прийняті позначення: - ковзання генераторів; - ковзання вектора генераторної напруги; - статизм власних потреб станцій; - потужність турбіни; - електрична потужність генератора; - номінальна потужність турбіни; - тиск пари перед турбіною; - відкриття регулювальних клапанів.

Реалізовано також більш швидший варіант розрахунку, в якому після згасання ЕМПП, викликаних останньою комутацією, здійснюється обхід моделі ЕМПП. Динамічна частота () для автоматичного регулятора частоти обертання турбіни (АРЧО) і ТСО визначається на основі згладження комутаційної частоти () отриманої з розрахунку усталеного режиму. Стала інерції блоків генератор-турбіна окремих підсистем обчислюється як середньо зважена величина сталих інерції окремих агрегатів даної підсистеми , де - стала інерції підсистеми; - стала інерції i-го блоку генератор-турбіна; - номінальна потужність i-го генератора; - усереднена стала інерції навантаження (задається в межах 0,5ё1,0 с). Отримане значення передається для розрахунку в блок АРЧО-турбіна-ТСО, результатом якого є нові значення потужності турбін, які використовуються для наступного розрахунку усталеного режиму зі змінною частотою. Розрахунок ДПП продовжується до першої комутації в електричній мережі, після якої здійснюється перехід до розрахунку ЕМПП. Рівняння, які описують процеси в ТСО враховуються постійно як під час розрахунку довготривалих, так і електромеханічних перехідних процесів. Блок, який моделює АРЧО, турбіну і ТСО є спільним для розрахунку ДПП і ЕМПП.

Розроблено також спрощену модель аналізу ДПП, яка не враховує швидкоплинні електромеханічні процеси. Розрахунок та аналіз ДПП, в цьому випадку, базується на алгоритмі розрахунку потокорозподілу з уведенням частоти, як незалежної змінної. Для цього використовується метод компенсувальних електрорушійних сил, який дозволяє надійно отримувати розв'язок післякомутаційних режимів. У цьому випадку ДПП представлені послідовністю умовноусталених режимів зі змінною частотою. Кожний з таких режимів може бути визначений відповідною дією ПАА та релейного захисту, реакцією ТСО станцій, роботою систем регулювання частоти та активної потужності, дією оперативного персоналу та виконанням дій, закладених в сценарій тренування. Особливістю даного варіанту аналізу ДПП є те, що в модель уведенні повні рівняння регулятора частоти обертання, аналогічні рівнянням, які використовуються під час розрахунку електромеханічних перехідних процесів. Ітераційний процес усталеного режиму зі змінною частотою здійснюється при незмінній потужності турбін із врахуванням лише регулювального ефекту навантаження, саморегулювання турбін та впливу АРЧО. Потужність турбіни з врахуванням статизму регуляторів частоти обертання визначається в блоці ТСО і під час розрахунку усталеного режиму залишається незмінною.

В цьому розділі наведено моделі ТСО станцій. Задачі тренування та навчання вимагають дослідження ДПП у складних багатоагрегатних електроенергетичних системах. Отже, враховуючи все це, доцільно використовувати спрощені моделі ТСО станцій. Як показала практика розрахунків, похибка моделювання перехідних процесів, отриманих у разі використання спрощених моделей є незначною і допустимою. На рис. 4 наведена загальна структурна схема моделі енергоблоку, на якій відображені елементи ТСО та зв'язки між ними.

Умовні позначення на схемі: АРЧО - автоматичний регулятор частоти обертання турбіни; ss - статизм АРЧО; mт та mт0 - поточне та початкове відкриття регулювальних клапанів; DmРЧП - вихідний сигнал від центрального регулятора частоти й потужності; Dmп.к - сигнал програмного керування від автоматики аварійного розвантаження турбіни; Tр.ч.о - еквівалентна стала часу АРЧО; Т - турбіна; ps - тиск пари перед турбіною у відносних одиницях; Tr - стала часу проміжного пароперегрівника; kr - коефіцієнт, що визначає потужність турбіни, яка розвивається частиною середнього та низького тиску; mS - сумарна потужність у відносних одиницях, яка розвивається турбіною; ГР - регулятор тиску парогенератора (головний регулятор); рзад - задане значення тиску; Tг.р - стала часу ГР; kг.р - коефіцієнт пропорційної складової ГР; DQSг.р - вихідний сигнал ГР; ТПП - тракт паливоподачі; Тт.п та Тт.п1 - сталі часу, які визначають інерцію та запізнення ТПП; DQт.п - зміна кількості подачі палива; ПГ - парогенератор; Q0 - початкове значення (уставка) паливоподачі в ПГ; Qв - кількість теплоти, яка видається з виробленою парою; Тпг - стала часу ПГ; kR - коефіцієнт, що визначає втрати тиску в паровому тракті: парогенератор-турбіна; р0 - уставка тиску у вихідному режимі у відносних одиницях; Dрак - константа, яка характеризує акумулювальну здатність ПГ; РД - регулятор тиску “до себе”; Тр.д - стала часу РД; kр.д - коефіцієнт пропорційної складової РД; DmSр.д - вихідний сигнал РД.

Під час ведення режимів однією з задач оперативного персоналу є задача налаштування пристроїв керування. Вибір параметрів налаштування суттєво впливає на стійкість системи. Тому оптимальне налаштування має важливе значення в процесі керування режимами. Розроблено метод такого налаштування. Він є універсальним і може бути застосований до будь-якого пристрою керування. Метод базується на побудові областей стійкості D-розбиття (в площині параметрів налаштування) з використанням імпульсної перехідної функції, яка отримується з динамічної моделі електроенергетичної системи.

В основу запропонованого методу покладено підхід, який застосовується під час безпосереднього налаштування пристроїв керування в реальних умовах на електричних станціях. Замість об'єкта будемо використовувати його динамічну модель, реалізовану за допомогою комплексу аналізу та керування режимами – ДАКАР.

Визначення загальної області стійкості для розрахункових режимів здійснюється стосовно відповідних параметрів налаштування пристроїв керування, які визначають коливну стійкість чи нестійкість ЕЕС.

Під час налаштування пристрою керування, ЕЕС розглядаємо у вигляді замкненої системи керування. Від'ємним зворотнім зв'язком виступає пристрій керування, який налаштовують.

На вхід суматора замкненої системи подається тестове збурення з великим коефіцієнтом посилення (k=50). Збурення подається на протязі одного, двох кроків чисельного інтегрування (0,02 с). За вихідну координату приймаємо сигнал за яким здійснюється керування. Здійснюючи інтегрування перехідного процесу, викликаного цим збуренням, формується масив значень імпульсної перехідної функції w(t).

На основі імпульсної перехідної функції може бути визначена передатна функція замкненої системи керування як

(1)

Передатну функцію пристрою керування з параметрами налаштування K0з та K1з (задані до налаштування) можна представити у вигляді

(2)

де - передатні функції відповідно за каналами K0з та K1з.

Після обчислення передатної функції замкненої системи за (1) та використанням відомої передатної функції каналів налаштування пристрою керування (2), визначається передатна функція розімкненої системи керування

. (3)

Передатна функція замкненої системи керування з врахуванням передатної функції кіл пристрою керування буде мати вигляд

, (4)

де K0, K1 - параметри налаштування пристрою керування, в координатах яких будується область стійкості.

Звідки характеристичне рівняння замкненої системи керування

. (5)

Характеристичне рівняння повинно бути перетворене таким чином, щоб у ньому в явній формі були виділені параметри налаштування.

Перейшовши в (5) до дійсної площини отримаємо два рівняння з двома невідомими K0 та K1.

Характеристичне рівняння (5) при зміні частоти w дає можливість побудувати області D-розбиття в площині налаштовувальних параметрів K0 та K1.

У четвертому розділі наведено алгоритми формування навчальної підсистеми РНТК та результати експериментальних досліджень на моделі ДПП.

Розроблено та реалізовано принципи навчання та тренування в локальній комп'ютерній мережі. Така мережа складається з розрахункового сервера (ведучого комп'ютера) та робочих станцій (комп'ютерів користувачів), на яких здійснюється тренування персоналу (рис.5). На розрахунковому сервері знаходиться технологічна підсистема (модель довготривалих процесів), яка аналізує умови спрацювання та виконує дії автоматики, а також сприймає команди диспетчерського персоналу, який здійснює керування режимом на робочих станціях. На робочій станції знаходиться ПКА, за допомогою якої диспетчер керує режимом та оцінює біжучу ситуацію. Сценарій тренування моделює аварійну ситуацію. В сценарії закладені певні дії по зміні параметрів режиму та топології мережі, які відбуваються в заданий час. Всі процеси по виконанню команд, розрахунку та запису результатів здійснюються технологічною підсистемою в неперервному циклі до моменту встановлення післяаварійного усталеного режиму.

Наведено приклад сценарію тренування по веденню режимів із розділенням системи. Тема тренування: дії оперативного персоналу у разі аварійного вимкнення блоків Запорізької АЕС з наступним відділенням Донбаського регіону від ОЕС України. Аварійна ситуація виникає після КЗ на ПЛ-750 кВ Запорізька АЕС-ПС Донбаська. Релейним захистом вимикається ця лінія з забороною АПВ. Із-за цього на Запорізькій АЕС вимкнувся один блок. Для моделювання аварійної ситуації був сформований сценарій тренування. На рис. 6 наведено зміну величини активної потужності генерування та модуля напруги вузла Запорізької АЕС, перетоку активної потужності по лінії (Запорізька АЕС-ПС Донбаська), де виникло трифазне КЗ.

Важливе значення на протікання довготривалих перехідних процесів має реакція ТСО станцій. На рис. 7 наведено залежності зміни тиску пари перед турбіною та відкриття регулювальних клапанів станцій у відділеній частині ЕЕС. Причому на Старобешевській ТЕС встановлено регулятор тиску "до себе", Вуглегірській - регулятор тиску парогенератора (головний регулятор), а Курахівська - без регуляторів тиску. З залежностей видно, що тиск нерегульованого блоку зменшується при максимальному відкритті регулювальних клапанів. Парогенератор з регулятором "до себе" починає відновлювати тиск пари прикриваючи регулювальні клапани. Його дія стає протилежною до дії регулятора швидкості. Парогенератор з головним регулятором відновлює тиск, збільшуючи подачу палива.

За допомогою розробленого РНТК диспетчерського персоналу ЕЕС можна здійснювати не тільки навчання та тренування, але й виконувати аналіз аварійних ситуацій. В роботі змодельовано аварію, яка реально відбулась восени 1996 року в південній частині ЕЕС України. Аварійна ситуація привела до відділення південного району, в якому після відділення виник приблизно 50% дефіцит потужності. Проводились дослідження ефективності дії АЧР даного району та АРЧО турбін. Був заданий режим близький до передаварійного та закладені реальні уставки та обсяги АЧР. Дослідження проводилось у разі 100% спрацювання АЧР цього району, 70% - спрацювання, 50% та 30%. На рис. 8 наведені графіки динаміки зміни частоти для різних умов спрацювання АЧР у відділеній частині ЕЕС. З рис. 8 видно, що у разі 70ё100% спрацювання АЧР частота підвищується до нормального рівня. Порівнюючи динаміку зміни частоти (рис. 9) видно, що у разі дії АРЧО турбін частота понижується не так різко, як без дії АРЧО. Дослідження показали, що навіть у випадку 50% спрацювання пристроїв АЧР розвиток аварії зупинився б. Все це свідчить що однією з причин негативного розвитку аварії була неефективна робота пристроїв АЧР. Це підтверджується і висновками експертів з причин розвитку аварії.

У роботі наведено приклади налаштування автоматичних пристроїв керування. Розглянемо використання розробленого методу під час налаштування регуляторів тиску парогенератора (головного регулятора). Головний регулятор реалізований на основі пропорційно-інтегрувального регулятора, параметрами налаштування якого є kг.р. - коефіцієнт форсувального сигналу, який визначає пропорційну складову регулятора; Tг.р. - стала часу інтегрувальної складової регулятора. Початкові значення цих параметрів були встановлені наступні: kг.р.=0,1; Tг.р.=15. Використовуючи розроблений метод здійснюємо побудову області стійкості D-розбиття для регуляторів ТЕС в площині налаштовувальних параметрів (рис. 10). Аналізуючи побудовану область видно, що точка пари налаштовувальних параметрів знаходиться біля границі стійкості. Для покращення якості регулювання встановимо нові значення налаштовувальних параметрів. Розглянемо два варіанти: 1) kг.р.=0,1; Tг.р.=50; 2) kг.р.=1; Tг.р.=50. Після встановлення оптимальних значень, як видно з рис. 11, якість регулювання покращилась та збільшилась швидкість згасання вільних складових перехідного процесу, особливо для другого варіанту.

ВИСНОВКИ

Необхідність неперервного підтримання високого рівня кваліфікації диспетчерського персоналу ЕЕС вимагає проведення якісних тренувань, які на сьогоднішній день можуть забезпечуватися з використанням режимних навчально-тренувальних комплексів.

Для розроблення такого комплексу виконано ряд теоретичних і практичних досліджень. Основні висновки з цих досліджень коротко подано нижче.

1. Розроблено структуру та основні принципи побудови режимного навчально-тренувального комплексу. Комплекс складається з таких основних підсистем: технологічної, керування та аналізу, навчальної.

2. Розроблено принципи та алгоритми формування графічних схем та комутаційних підсхем електричної мережі, які забезпечують взаємодію оперативного персоналу з технологічною підсистемою під час навчання та тренування. На основі графічної схеми здійснюється керування режимом, оцінка стану та аналіз режиму.

3. Розроблено алгоритми графічного аналізу результатів розрахунку усталених режимів та перехідних процесів у вигляді графіків залежностей. Такий аналіз є невід'ємною частиною під час моделювання довготривалих процесів і дозволяє якісно оцінити зміну режиму в часі.

4. Розроблено модель довготривалих перехідних процесів з одночасним формуванням моделей елементів, які визначають електромеханічні та довготривалі перехідні процеси як єдиний технологічний процес. Ця модель забезпечує відтворення імітаційної моделі енергосистеми для навчання та тренування оперативного персоналу.

5. Розроблено метод вибору оптимальних параметрів налаштування систем автоматичного керування на підставі зон стійкості, побудованих із застосуванням імпульсної перехідної функції, отриманої з динамічної моделі ЕЕС, який вперше в експлуатаційних умовах дозволяє оперативно зі зміною режиму визначати відповідні зміни для систем автоматичного керування.

6. Розроблено і програмно реалізовано принципи організації навчання та тренування в локальній комп'ютерній мережі, які забезпечують міжсистемні протиаварійні тренування оперативного персоналу.

7. Розроблено підсистему формування сценаріїв тренування, яка забезпечує широкий набір збурювальних дій, що дозволяє змоделювати аварію будь-якої складності.

8. Розроблений режимний навчально-тренувальний комплекс застосовується в практиці експлуатації ЕЕС для навчання та тренування диспетчерського персоналу електроенергетичних систем, а також для аналізу аварійних ситуацій. Проведені міжсистемні протиаварійні тренування в Центрі перепідготовки оперативного персоналу НЕК "Укренерго", а також аналіз аварійних ситуацій, які відбулися на Україні підтверджують ефективність розробленого комплексу.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Баран П.М., Кідиба В.П. Принципи побудови автоматизованих систем навчання оперативного керування об'єктами електроенергетичних систем //Технічна електродинаміка. - 1997. - №6. - С. 53-55.

2. Принципи побудови режимного навчально-тренувального комплексу ДАКАР /Баран П.М., Коновал В.С., Скрипник О.І., Скрипник О.О. //Вісн. ДУ "Львівська політехніка", №301. Електроенергетичні та електромеханічні системи. - 1997. - С. 61-68.

3. Баран П.М., Скрипник О.І. Моделювання довготривалих умовноусталених режимів //Вісн. ДУ "Львівська політехніка", №340. Електроенергетичні та електромеханічні системи. - 1997. - С. 3-11.

4. Баран П.М., Дембіцька Я.Д., Скрипник О.І. Методика вибору параметрів каналів стабілізації автоматичних регуляторів збудження на основі імітаційної динамічної моделі електроенергетичної системи //Технічна електродинаміка. - 1998. - №5. - С. 60-64.

5. Баран П.М., Коновал В.С., Скрыпник А.И. Комплекс программ советчика диспетчера энергосистемы //Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. Интеграция АСУ ТП и тренажерных устройств. - Украинка. - 1991. - С. 81-84.

6. "ДАКАР" - интегрированный программный комплекс анализа электроэнергетических систем /Баран П.М, Коновал В.С., Скрыпник А.А., Скрыпник А.И. //Тез. докл. XV конференции с основ электротехники и теории цепей SPETO. - Польща. - Гливице. - 1992.

7. Автоматизована система навчання оперативному управлінню об'єктами енергосистем /Баран П.М., Дембіцька Я.Д., Журахівський А.В., Кідиба В.П., Коновал В.С., Леонов С.М., Скрипник О.І. //Тез. допов. 1-ої Міжнарод. наук.-техн. конф. "Математичне моделювання в електротехніці й електроенергетиці". - Львів. - 1995. - С. 80-81.

Баран П.М. Режимний навчально-тренувальний комплекс диспетчерського персоналу електроенергетичних систем. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 - Електричні станції, мережі і системи. Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2001.

Розроблені принципи побудови повномасштабного режимного навчально-тренувального комплексу диспетчерського персоналу ЕЕС. Розроблено алгоритми формування та функціювання підсистеми керування та аналізу, яка забезпечує взаємодію диспетчерського персоналу з моделлю енергосистеми. Розроблено імітаційну модель довготривалих перехідних процесів з одночасним формуванням моделей елементів, які визначають електромеханічні та довготривалі перехідні процеси як єдиний технологічний процес. Розроблено метод вибору оптимальних параметрів налаштування систем автоматичного керування на підставі зон стійкості. Розроблено принципи організації навчання та тренування в локальній комп'ютерній мережі, які забезпечують міжсистемні протиаварійні тренування оперативного персоналу.

Ключові слова: електроенергетична система, моделювання, довготривалі перехідні процеси, оперативно-диспетчерське керування, режимний тренажер.

Баран П.М. Режимный учебно-тренировочный комплекс диспетчерского персонала электроэнергетических систем. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 - Электрические станции, сети и системы. Национальный университет "Львивська политэхника", Львов, 2001.

Разработано принципы построения полномасштабного режимного учебно-тренировочного комплекса диспетчерского персонала ЭЭС. Комплекс состоит из следующих основных подсистем: технологической, управления и анализа, учебной. Эти подсистемы обеспечивают обучение и тренировку оперативного персонала ЭЭС, а также моделирование аварийных ситуаций.

Разработано принципы формирования и функционирования подсистемы управления и анализа, которая обеспечивает взаимодействие диспетчерского персонала с моделью электроэнергетической системы (технологической подсистемой). Подсистема обеспечивает формирование и отображение графических схем и коммутационных подсхем электрической сети, отображение параметров и координат режима на графической схеме, управление режимом непосредственно на схеме. Также подсистема обеспечивает графический анализ результатов расчета установившихся режимов и переходных процессов в виде графических зависимостей.

Разработано принципы формирования технологической подсистемы, которая моделирует физические процессы, протекающие в ЭЭС. Разработана имитационная модель длительных переходных процессов с одновременным формированием моделей элементов, которые определяют электромеханические и длительные переходные процессы как единый технологический процесс. Модель учитывает реакцию теплосилового оборудования станций, действия устройств противоаварийной автоматики и АЧР, действия оперативного персонала во время тренировки и обучения. Разработана также упрощенная модель длительных переходных процессов, которая не учитывает электромеханические переходные процессы. Эта модель определяет динамику изменения частоты в системе расчетом серии условноустановившихся режимов.

Разработан метод выбора оптимальных параметров настройки систем автоматического управления на основе зон устойчивости, построенных с использованием импульсной переходной функции, полученной с динамической модели ЭЭС, который впервые в эксплуатационных условиях позволяет оперативно с изменением режима определять соответственные изменения для систем автоматического управления. Метод универсальный и может быть использован при настройке любых замкнутых систем управления.

Разработаны принципы формирования учебной подсистемы, которая обеспечивает организацию процесса тренировки и обучения, формирование сценариев тренировки, контроль процесса тренировки и обучения. Разработаны принципы организации обучения и тренировки в локальной компьютерной сети, которые обеспечивают межсистемные противоаварийные тренировки оперативного персонала. Такая сеть состоит из расчетного сервера и рабочих станций. На расчетном сервере

находится технологическая подсистема, которая моделирует процессы происходящие в ЭЭС, анализирует условия срабатывания и выполняет действия автоматики, воспринимает команды диспетчерского персонала, который управляет режимом на рабочих станциях. На рабочей станции находится подсистема управления и анализа, с помощью которой диспетчер управляет режимом и оценивает поточную ситуацию.

Ключевые слова: электроэнергетическая система, моделирование, длительные переходные процессы, оперативно-диспетчерское управление, режимный тренажер.

Baran P.M. The operational studying-training complex for dispatching personnel of electric power systems. Manuscript.

The dissertation is presented for Ph. D. degree receiving in the speciality 05.14.02 - Power stations, electric power systems and networks. National University "Lvivska politechnica", Lviv, 2001.

The construction principles of the operational studying-training complex for dispatching personnel of EPS are developed. The constructional and operational algorithms of the control and analysis subsystem, which provides interaction of dispatching personnel with the model of power system, are developed. The imitation model of long-term transient processes with simultaneous elements models forming, which determine the electromechanical and long-term transient processes as one technological process is developed. The selection method of optimum parameters of the automatic systems of control is designed on the base of stability zones. The organization principles of the studying and training in local computer network are developed, which provide the inter-system anti-fault training of operation personnel.

Key words: electric power system, modeling, long-term transient processes, dispatching operating control, regime trainer.