1. Актуальность работы, цель и общая характеристика проекта

Наиболее важными условиями обеспечения надёжности и эффективности функционирования электроэнергетических систем (ЭЭС), являются:

1)       оптимальность распределения электрической энергии;

2)       правильная и надежная работа систем и устройств управления (СУ), релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА);

3)       правильные и своевременные действия оперативно-диспетчерского персонала.

Выполнение обозначенных условий осуществляется за счет использования при проектировании и эксплуатации ЭЭС, проектировании и настройке СУ, РЗ и ПА полной и достоверной информации о процессах, протекающих в оборудовании, электрических сетях и ЭЭС в целом при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы, а в различного рода нештатных ситуациях еще и оперативное ее получение.

В условиях существующих ограничений по наблюдаемости электрических сетей, заключающихся в отсутствии полного спектра необходимых измерений на всех объектах электросетевого комплекса, а также невозможности в большинстве случаев проведения натурных экспериментов, получение такого рода информации возможно только при помощи моделирования электроэнергетических сетей и систем. 

На сегодняшний день существует большое количество программных и аппаратных моделирующих комплексов, решающих отдельные виды электроэнергетических задач с разной степенью достоверности, что требует дополнительных трудозатрат для согласования их результатов при принятии практических решений. При этом в большинстве случаев по-прежнему нерешенными остаются задачи, предъявляющие наиболее высокие требования к моделированию электроэнергетических сетей и систем, такие как: реальное время, трехфазные модели оборудования, воспроизведение полного спектра процессов неограниченной длительности, возможность взаимодействия с внешними программными и аппаратными системами.

Программно-технический комплекс, предназначенный для решения широкого спектра задач, относящихся к различным аспектам проектирования и эксплуатации электроэнергетических сетей и систем, и удовлетворяющий обозначенным выше требованиям, позволит повысить надежность и эффективность функционирования ЭЭС, а также получить синергетический эффект за счет его многопланового использования.

Указанными свойствами и возможностями обладает всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС), разработанный в научно-исследовательской лаборатории моделирования электроэнергетических систем Энергетического института, Томского политехнического университета. Достоинства и преимущества ВМК РВ ЭЭС, определяются следующими реализованными и апробированными техническими решениями:

1)            для всех видов основного силового оборудования ЭЭС, а также ряда новых устройств FACTS, синтезированы всережимные математические модели с полноценным учетом основного и вспомогательного оборудования, достаточно полно и достоверно воспроизводящие непрерывные и полный спектр процессов в этом оборудовании при всевозможных нормальных и аварийных режимах его работы;

2)            для методически точного решения в реальном времени и на неограниченном интервале систем дифференциальных уравнений подробных математических моделей элементов ЭЭС применяется неявное непрерывное интегрирование, выполняемое с помощью современной интегральной микроэлектроники, благодаря чему обеспечивается отсутствие методической погрешности моделирования;

3)            автоматизированное и автоматическое управление параметрами и коэффициентами математических моделей осуществляется путем цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования форм представления информации, что обеспечивает гибкость модели ЭЭС и позволяет гибко изменять параметры моделей в реальном времени;

4)            в соответствии со структурой реальных ЭЭС всережимное математическое моделирование каждого элемента ЭЭС локализуется в отдельных гибридных модулях, а их естественное трехфазное взаимодействие в схеме ЭЭС осуществляется путем преобразования входных-выходных математических переменных в соответствующие им модельные физические токи, напряжения и организации посредством трехфазных коммутаций, согласно топологии моделируемой ЭЭС, трехфазных модельных физических узлов. При этом весь спектр всевозможных трехфазных продольных и поперечных коммутаций, в том числе с учетом сопротивлений шунтов выключателей и переходных сопротивлений замыканий, осуществляется также на модельном физическом уровне. Кроме того, указанное решение позволяет обеспечить неограниченную наращиваемость модели энергосистемы за счет модульной конструкции комплекса и реализовать трехфазную модель реального времени ЭЭС любой размерности.

5)            все автоматизированные и автоматические информационно-управляющие возможности моделирования в реальном времени ЭЭС осуществляются программно-цифровым путем посредством организации информационного взаимодействия между моделируемыми элементами ЭЭС и центральной ЭВМ – сервером, реализуемого с помощью необходимых для этого информационных цифровых магистралей, интерфейсных средств, персональных ЭВМ и специализированного программного обеспечения (СПО).

что позволяет решать как локальные, так и системные задачи, а также обеспечивает необходимую гибкость комплекса при развитии моделируемой сети.

Цель проекта – разработка программно-технического комплекса оптимизации режимов и испытаний СУ, РЗ и ПА, ключевым элементом которого является специализированная многопроцессорная программно-техническая система гибридного типа для всережимного моделирования в реальном времени ЭЭС.

2.  Ожидаемые результаты

В результате создания гибридного программно-технического комплекса моделирования ЭЭС открываются следующие возможности:

а)       оптимального управления режимами работы оборудования и распределительной сети в целом, включая минимизацию потерь;

б)       достоверной и оперативной оценки условий работы оборудования при всевозможных нормальных, аварийных, послеаварийных и ремонтных режимах его работы, включая оценку текущих, максимально и минимально возможных потерь;

в)       тестирования в замкнутом цикле устройств, а также алгоритмов и программного обеспечения СУ, РЗ и ПА, для повышения эффективности их разработки и настройки;

г)        достоверной и оперативной оценки динамической, колебательной и результирующей устойчивости узлов нагрузки и распределительной сети в целом;

д)       обеспечения необходимой экспертной поддержки принятия решений оперативно-диспетчерским персоналом;

е)       осуществления обучения и тренажа оперативно-диспетчерского персонала;

ж)      достоверного и оперативного анализа и регламентации пусковых режимов и режимов самозапусков двигательной нагрузки и связанных с ними технологических задач;

з)        полного, достоверного и оперативного анализа аварий и разработки обоснованных и эффективных мероприятий по их предотвращению и ликвидации;

и)       исключения ошибок проектирования при развитии и строительстве новых объектов распределительных сетей;

к)       проверки и научно-технического сопровождения процесса внедрений новых технических решений и оборудования.

3. Возможности для сотрудничества с другими разработчиками

Благодаря открытости информационной структуры ВМК РВ ЭЭС обеспечивается возможность без значительных усилий и по стандартным информационным протоколам реализовать взаимодействие программного и аппаратного уровней комплекса с внешними устройствами и программами в замкнутом цикле, в том числе в режиме реального времени. Такой подход открывает дополнительные возможности для совместного решения различных энергетических задач, разработки новых устройств и систем, работающих совместно с комплексом или независимо от него.