ЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ И ПЕРЕТОКОВ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в объединенных энергосистемах (ОЭС) и единой энергетической системе страны (ЕЭС).
В настоящее время известна аналоговая централизованная система регулирования частоты и активной мощности, разработанная в Энергетическом институте Академии наук СССР (А.Г. Москалев, «Автоматическое регулирование энергосистемы по частоте и активной мощности», М.-Л. «Энергоиз-дат», 1960 г. стр.134.)
Система построена по многоступенчатому принципу. Для объединенных энергосистем (ОЭС) она четырехступенчатая:
1-я ступень - система регулирования турбоагрегата;
2-я ступень - система регулирования станции;
3-я ступень - система регулирования энергосистемы;
4-я ступень - система регулирования объединенной энергосистемы.
Причем каждая предыдущая система регулирования управляется от последующей.
Для единой энергосистемы страны (ЕЭС) страны, потребуется еще одна ступень, т.е. система будет пятиступенчатая.
Данная система регулирования работает дискретно, давая новые значения нагрузок через каждые 15 минут.
Недостатки системы:
1). Учитывая, что нагрузка энергосистемы изменяется непрерывно, становится ясным, что такая система регулирования не будет поддерживать экономически наивыгоднейший режим
2). Система непригодна, когда связь между энергосистемами осуществляется не по одной линии, а по нескольким линиям электропередачи, что почти всегда имеет место.
3). Система не обеспечивает правильного распределения нагрузки между станциями одной энергосистемы, если в последней имеются слабые связи.
4). Для ее осуществления необходимо большое число каналов телеизмерения, что наряду с большими техническими трудностями требует значительных материальных и денежных затрат.
Известна также цифровая, построенная по многоступенчатому принципу (каждая предыдущая система регулирования управляется от последующей), центральная система автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности в объединенной энергосистеме Урала (ЦС АРЧМ СО-ОДУ Урала) (А.Т.Демчук, А.Ф.Костарев, А.М.Машанский «Центральные системы АРЧМ в СО-ОДУ». Научно-техническая конференция «Повышение качества регулирования частоты в ЕЭС» 17-18 декабря 2002 года. Сборник докладов 23.01.2003. СО ЦДУ ЕЭС; www.so-cdu.rn).
ЦС АРЧМ СО-ОДУ Урала свои функции автоматического регулирования частоты и поддержания в заданных пределах перетоков активной мощности в наиболее ответственных сечениях сети, как внутри ОЭС, так и внешних, выполняет путем автоматического изменения мощности регулирующих режим электростанций (Боткинской ГЭС и Нижнекамской ГЭС), причем команды передаются в виде внепланового задания на изменение мощности этих ГЭС по специальным каналам телерегулирования. ЦС АРЧМ СО-ОДУ Урала реализована на базе оперативного информационного комплекса ОИК, входящего в состав автоматизированной системы диспетчерского управления АСДУ, с использованием двух мостовых ЭВМ, предвключенной ЭВМ, персональных компьютеров на рабочих местах диспетчера и технолога, системы сбора и передачи информации (ССПИ), устройств телемеханики (УТК-1), задатчиков внеплановой нагрузки (ЗВН) на регулирующих электростанциях и линий связи. Таким образом, система ЦС АРЧМ СО-ОДУ Урала и оперативный информационный комплекс ОИК в СО-ОДУ Урала построены на единой технической и информационной базе, что, с одной стороны, облегчает
их эксплуатацию и оперативное управление ими со стороны диспетчера, с другой стороны, имеет ряд недостатков. Недостатки ЦС АРЧМ СО-ОДУ Урала:
1) ЦС АРЧМ СО-ОДУ Урала и ОИК построены на единой технической, программной и информационной базе, входящей в состав автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ), т.е. ЦС АРЧМ зависит от работы информационных систем АСДУ и не является независимой системой.
2) Программное обеспечение выполнено на языках высокого уровня, поэтому при необходимости корректировки алгоритмов и программ требуется привлечение программистов-разработчиков.
3) Контроль за работой программ и их корректировку возможно выполнять только при выводе ЦС АРЧМ из работы.
4) Надежность работы ЦС АРЧМ зависит от надежности работы локальной вычислительной сети (ЛВС) и программ комплекса ОИК.
Задачей полезной модели является создание качественно новой, независимой логической системы автоматического регулирования, выполняющей все функции автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности известных систем и максимально исключающей недостатки этих систем, а также обладающей конструктивной простотой, надежностью в эксплуатации, быстродействием, универсальностью, возможностью дальнейшей модернизации и развития, широкими сервисными возможностями, ремонтопригодностью и экономичностью.
Поставленная задача достигается тем, что логическая централизованная система автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности (ЛЦС АРЧМ), цифровая, построенная по многоступенчатому принципу, включающая персональные компьютеры (ПК), систему сбора и передачи информации (ССПИ), быстродействующие устройства телемеханики, задатчики внеплановой нагрузки (ЗВН) на регулирующих электростанциях и каналы связи, отличается тем, что система реализована не на базе оперативного
информационного комплекса ОИК, который входит в состав автоматизированной системы диспетчерского управления АСДУ, а на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) с использованием программного обеспечения, выполненного по стандарту IEC 1131-3, чем обеспечиваются ее достоинства и независимость от других информационных систем.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, на котором показана структурная схема логической централизованной системы автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности.
Логическая централизованной система автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности состоит из программируемого логического контроллера (ПЛК) 1, комплекса обработки телемеханической информации (КОТМИ) 2, персональных компьютеров (ПК) 3, электрических распределительных подстанций 4, регулирующих электростанций 5, последовательных каналов связи (RS-232) 6, управляющей маркерной сети 7, локальной вычислительной сети (ЛВС) 8 и каналов телемеханики 9.
Базовым элементом системы ЛЦС АРЧМ является программируемый логический контроллер (ПЛК) 1, в состав которого входит набор ПИД-регуляторов (далее по тексту регуляторы), принцип работы которых заключается в выработке внепланового задания мощности (нагрузки) на регулирующие станции, пропорционального отклонению контролируемого параметра (перетока активной мощности, частоты). Внеплановое задание формируется по пропорционально-интегральному закону, т.е. в момент отклонения регулируемого параметра формируется внеплановое задание пропорционального диапазона и в каждый последующий интервал времени к внеплановому заданию мощности (нагрузки) добавляется заданная часть отклонения регулируемого параметра от уставки, с учетом знака отклонения.
На ПЛК реализованы алгоритмы работы системы ЛЦС АРЧМ, с помощью которых выполнены ограничители перетоков активной мощности, регуляторы режимов, формирователи управляющих воздействий. На ПЛК можно
задавать большое количество режимов регулирования частоты и перетоков активной мощности, путем задания соответствующего набора характеристик регуляторов:
коэффициент пропорционального регулирования;
постоянная времени интегрирования;
границы зоны нечувствительности;
границы зоны регулирования;
режим приоритета;
уставки параметров регулирования;
долевое участие регулирующих станций.
Возможен режим одновременной работы нескольких регуляторов для управления различными процессами, при этом каждый регулятор производит регулирование своего параметра в своей части системы.
Программы для ПЛК выполнены по стандарту IEC1131-3.
При разработке программного обеспечения (ПО) учитываются следующие основные требования к его организации:
обеспечение возможности независимой друг от друга разработки отдельных модулей программ;
открытость ПО, допускающей возможность расширения функций и задач без модификации существующих программных компонентов;
принцип разделения программ и данных, обеспечивающий независимость технологических задач (программных модулей, регуляторов) от конфигурации технических средств, количества и состава устройств связи с объектом их физической или логической адресации.
В состав программ ПЛК входят следующие модули:
МО - модуль приема и выдачи информации с устройства телемеханики (ТМ);
АОП - автоматические ограничители перетоков;
АРП - автоматический регулятор перетока, с коррекцией уставки по частоте;
АРЧ - автоматический регулятор частоты;
АРПЧ - комбинированный регулятор перетока и частоты;
ЭВМ ЦДУ - задатчик внеплановой мощности с ЦДУ. ФУВ - формирователи управляющих воздействий, для формирования внеплановых мощностей и передачи их на ЦЗАН электрической станции;
МБД - модуль формирования блокировок и диагностика входной информации;
МКУЭ - модуль контроля и учета выработки электроэнергии по внеплановой мощности и задания режима работы для регулирующей станции.
Все модули запускаются диспетчером программ с заданным интервалом времени. ПО системы ЛЦС АРЧМ обеспечивает защиту от ошибочных действий персонала.
Модульная конструкция ПО позволяет осуществлять постепенное расширение системы путем введения дополнительных модулей, а также функции ПЛК можно расширить задачами технологического управления.
Информация с объектов для работы ЛЦС АРЧМ поступает на ПЛК по двум последовательным каналам (RS-232) 6 с приемо-передующего устройства, в качестве которого в ЛЦС АРЧМ используется комплекс обработки телемеханической информации (КОТМИ) 2.
КОТМИ 2 с каналами телемеханики 9 представляют собой систему сбора и передачи информации (ССПИ).
Информация для регулирования частоты и перетоков активной мощности поступает на КОТМИ с электрических распределительных подстанций 4 по каналам телемеханики 9. В свою очередь управляющие воздействия на регулирующие электрические станции 5 передаются также по каналам телемеханики 9. Диапазоны изменения внеплановой нагрузки (мощности) для каждой станции задаются диспетчером и могут корректироваться по информации с задатчика внеплановой нагрузки (ЗВН).
Для визуального контроля режима работы системы ЛЦС АРЧМ, задания уставок и настроечной информации, ведения архивов, а также для фиксирования операций диспетчера к ПЛК подключаются персональные компьютеры (ПК) 3. На ПК отображаются схема ОЭС с параметрами режима ОЭС,
настроечные таблицы и графики режима. Голосом выдаются сообщения при отклонении параметров от нормы или отключениях.
Связъ ПК с ПЛК осуществляется по управляющей маркерной сети 7 и по локальной вычислительной сети (ЛВС) 8, что делает систему отображения и архивирования более надежной.
На ПК устанавливается Scada-система, что обуславливает широкие сервисные возможности.
Все функции ПК можно реализовать или продублировать на работающем оперативном информационном комплексе (ОИК). Стандартные интерфейсы (каналы связи RS-232) обеспечивают простое подключение ЛЦС АРЧМ к любым информационным системам и оборудованию, что обуславливает ее универсальность.
Система ЛЦС АРЧМ работает в режиме реального времени с циклом расчета и выдачи управляющих воздействий для всех видов регулирования не более 1 секунды т.е. является быстродействующей.
ЛЦС АРЧМ создана как восстанавливаемая и ремонтопригодная система (за счет взаимозаменяемости блоков ПЛК, самоконтроля, диагностики и автоподстройки) с малым временем восстановления.
Экономичность ЛЦС АРЧМ обусловлена относительно низкой стоимостью оборудования системы.
Система ЛЦС АРЧМ в целом соответствует требованиям «Правил устройства электроустановок», «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ», «Межотраслевых правил по охране труда при эксплуатации электроустановок» и «Концепции развития систем автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности ЕЭС». и рассчитана на длительное функционирование.
Предлагаемая логическая централизованная система автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности исключает недостатки известных систем, т.е. не зависит от работы ОИК и других информационных систем АСДУ и от надежности работы сети ЛВС, позволяет без вывода
ЛЦС АРЧМ из работы контролировать и корректировать алгоритмы и программы технологическому персоналу без привлечения программистов-разработчиков, а также, отличаясь явной конструктивной простотой, надежностью в эксплуатации, возможностью дальнейшей модернизации и развития, быстродействием, ремонтопригодностью, универсальностью, широкими сервисными возможностями и экономичностью, обладает новыми возможностями, которые позволяют:
вырабатывать управляющие воздействия на регулирующие станции с учетом заданной суточной выработки;
вести учет электроэнергии по внеплановой мощности, выработанной электростанцией в процессе участия в регулировании, что позволит оценить экономические затраты регулирующей электростанции;
включать режим автоматического регулирования перетоков (АРП) с коррекцией уставки по частоте;
тестирование алгоритмов и программ системы на математической модели ОЭС и ЕЭС, с целью выявления и устранения отклонений в работе алгоритмов управления;
применение вычислительной техники, предназначенной для производственного применения;
диагностировать технические средства и программное обеспечение системы;
блокировку от выдачи ложных команд и недостоверной информации;
дублирование основных каналов получения телеинформации;
возможность дальнейшей модернизации и развития системы;
представлять информацию в различных формах: визуальной, в виде таблиц и графиков, звуковой (сообщения голосом);
архивировать и хранить информацию неограниченный срок;
расширять сервисные возможности системы: увеличение объема информации, числа режимов измерений и обработки информации, числа параметров и их комбинаций и другие.