Программно-технический комплекс реального времени оптимизации режимов и испытаний систем управления, релейной защиты и автоматики

  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.

  1.  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.

  1. 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.

Рейтинг проекта +8

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

Комментарии

Александров Алексей

Хотелось бы уточнить, что имеется ввиду под определением "гибридный модуль" ("в соответствии со структурой реальных ЭЭС всережимное математическое моделирование каждого элемента ЭЭС локализуется в отдельных гибридных модулях")? Правильно ли я понял, что данное устройство выдает реальные электрические величины пропорциональные масштабу модели, и что для моделирования определенной системы необходимо каждый узел схемы заменить отдельным "гибридным модулем"?

Михаил Андреев В гибридном модуле реализуется аналоговое (аппаратное) решение системы дифференциальных уравнений, описывающих процессы в оборудовании ЭЭС. Эти модули связаны на физическом уровне посредством кросс-плат в соответствии с топологией схемы моделируемой ЭЭС. Каждый модуль генерирует на выходе физические токи пропорциональные реальным величинам. У нас существует три типа модулей: машинные (моделируется электрическая машина, две обобщенные нагрузки, конденсаторная батарея, одна линия), линейны (моделируется четыре ЛЭП), трансформаторные (моделируется два трансформатора). Все модели трехфазные. Надеюсь я ответил на ваш вопрос
Ответить +2 7 мая 2013 в 11:27
Виктор Селезнев Здравствуйте, хотелось бы понять масштабность затеи: планируется ли построить модель какой-либо отдельной ОЭС России или сразу нескольких ОЭС? Также прошу уточнить каким образом будет моделироваться устройства FACTS в различных режимах? Например, СТАТКОМ, УШРТ. Предполагается ли имитация ВТСП КЛ (постоянного и переменного тока)? На какой элементной базе будет реализован ПТК?
Ответить +3 22 мая 2013 в 09:05
Виктор Селезнев Также прошу дать пояснение касательно преимуществ ВМК относительно RTDS.
Ответить +3 22 мая 2013 в 09:56
Антон Прохоров Здравствуйте! Архитектура комплекса позволяет построить модель любого масштаба. Требуется лишь заинтересованность энергокомпаний и достаточный объем финансирования. В рамках данного проекта планируется создание образца комплекса масштаба участка ОЭС или региональной энергосистемы. Однако если потребуется, то мы готовы разработать модель любого масштаба. Устройства FACTS будут представлены динамическими детальными трехфазными моделями, например, гибридный процессор СТАТКОМ, включает модели всего силового оборудования: силовой трансформатор, фильтр, реактор, преобразователь, система управления, защиты, т.е. модель по своему поведению в различных режимах работы эквивалентна реальному устройству. Так как параметры уже имеющихся моделей линии электропередачи, могут изменяться пользователем в достаточно широких диапазонах, в т.ч. могут учитываться различные нелинейные зависимости параметров, то данные модели могут использоваться и для моделирования ВТСП КЛ (постоянного и переменного тока). В случае возникновения необходимости, в модель могут быть внесены необходимые уточнения, при наличии достаточного объема информации о свойствах, параметрах и главное опыте эксплуатации таких линий в различных режимах работы. В ПТК используется современная аналоговая и цифровая интегральная микроэлектроника ведущих мировых производителей MAXIM, Analog devices, Texas Instruments и др. Касательно преимуществ ВМК относительно цифровых систем моделирования в реальном времени, наиболее важные из них: 1. Совокупность двух свойств недоступная цифровым комплексам: - Отсутствие декомпозиции процессов в энергосистеме – одна универсальная модель решается гибридными процессорами для воспроизведения всего спектра режимов в энергосистеме. Для изучения взаимного влияния новых устройств FACTS, HVDC и традиционных систем, это важное преимущество, так как оно позволяет проводить более комплексные исследования. - Отсутствие ограничений на длительность воспроизведения процессов – подобно реальной энергосистеме процесс моделирования является непрерывным, что особенно эффективно для использования модели в качестве тренажера диспетчерского персонала, а также исследования каскадных аварий и восстановления энергосистемы после данных аварий. 2. Возможность более разностороннего взаимодействия модели с внешними устройствами и системами, например, ВМК может автоматически непрерывно подстраивать свой режим работы по данным о режиме работы энергосистемы (особенно нагрузках и генерации), получаемым от различных систем мониторинга или ОИК. Такая возможность недоступна цифровым системам. 3. Это Российская разработка, имеющая достаточно конкурентоспособную стоимость.
Ответить +1 23 мая 2013 в 15:50

Добавление комментария