Система автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности (АРЧМ.01)

1

Размещено на http://www.allbest.ru

Система автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности (АРЧМ.01)

Б.И.Гвоздев, филиал ОАО "СО - ЦДУ ЕЭС" ОДУ Сибири

Р.Г.Самхарадзе, Сибирский филиал ОАО «ГВЦ Энергетики»

Введение

Объединенная энергосистема Сибири расположена на территории Восточной и Западной Сибири и имеет протяженность более 4 тыс. км в широтном направлении, охватывая полностью 4 часовых пояса.

В состав ОЭС Сибири входит 12 энергосистем, установленная мощность которых с учетом блок-станций по состоянию на 1 января 2002 года составила 46 207 тыс.кВт., причем почти половина установленной мощности сосредоточена на гидроэлектростанциях.

В ОЭС Сибири работают крупнейшие гидроэлектростанции России, которые могут принимать участие в автоматическом регулировании частоты и перетоков активной мощности с достаточно большим регулировочным диапазоном.

В настоящем сообщении содержатся основные сведения о системе автоматического регулирования частоты и перетоков мощности ОДУ Сибири (АРЧМ ОДУ Сибири), принципа его действия, алгоритма и сведения необходимые для общего ознакомления.

1. Назначение АРЧМ

Система автоматического регулирования частоты и перетоков мощности (АРЧМ) предназначена для автоматизации управления режимом энергообъединения Сибири. Система обеспечивает автоматическое регулирование частоты и поддержание в заданных пределах перетоков активной мощности в наиболее ответственных сечениях, как внутри ОЭС, так и в сечении ОЭС Сибири - ОЭС Казахстана (ПС Барнаульская - ПС Рубцовская, ПС Экибастузская).

К АРЧМ ОЭС Сибири могут быть подключены следующие (одна или несколько) регулирующие ГЭС:

Братская ГЭС

Усть-Илимская,

Красноярская,

Саяно-Шушенская.

Все ГЭС имеют однотипные устройства группового регулирования активной мощности (ГРАМ) типа ЦЗАН с задатчиками внеплановой мощности (ЗВМ).

Система АРЧМ выполнена на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) CS1 (Фирма Omron). Для визуального контроля режима работы АРЧМ, задания уставок и настроечной информации, а также ведения архивов к контроллеру подключается промышленный компьютер (ПК). На ПЛК подается информация с устройства телемеханики о состоянии режима ОЭС (ТИ и ТС). Для сбора и передачи информации используются специальные каналы ТМ на аппаратуре УТК-1, УТМ-7. Приемо-передающее устройство в ОДУ - КОТМИ.

Система АРЧМ предназначена для автоматического выполнения следующих функций:

автоматическое регулирование частоты в ОЭС - АРЧ;

автоматическое ограничение перетока активной мощности (в обе стороны) по сечению Сибирь-Казахстан (ВЛ-551, ВЛ-1104) - АОП-551;

автоматическое регулирование перетока активной мощности по сечению Сибирь-Казахстан с коррекцией уставки перетока по частоте - АРПЧ-551;

автоматическое ограничение перетока активной мощности по сечению Кузбасс-Запад (ВЛ-530, ВЛ-540, ВЛ-1106) - АОП-530;

автоматическое ограничение перетока активной мощности по сечению Красноярск, Хакасия - Запад (ВЛ-517, ВЛ-524, ВЛ-526, ВЛ-541, ВЛ-542, ВЛ-1106) - АОП-517 (с востока на запад);

автоматическое ограничение перетока активной мощности (в обе стороны) по сечению Братск-Красноярск (ВЛ-503,ВЛ-504) - АОП-503;

автоматическое регулирование перетока активной мощности по сечению Братск-Красноярск с коррекцией по частоте (ВЛ-503, ВЛ-504) - АРПЧ-503;

Задание внеплановых нагрузок на регулирующие электростанции с учетом коэффициентов долевого участия и учет выработки э/э по заданиям внеплановых мощностей;

Прием и реализация регулирующего сигнала с верхнего уровня.

Система построена по централизованному принципу, то есть регулирующим электростанциям автоматически задается внеплановая нагрузка с диспетчерского пункта ОДУ по каналам телемеханики.

Рис.1. Структурная схема АРЧМ.

2. Состав АРЧМ

2.1 Программируемый логический контроллер (ПЛК)

Программируемый логический контроллер - CS1 является базовым узлом системы АРЧМ. На ПЛК реализованы алгоритмы работы АРЧМ и PID-регуляторы, с помощью которых выполнены ограничители перетоков, регуляторы режимов, формирователи управляющих воздействий. Программы выполнены по стандарту IEC1131-3 в виде функциональных блоковых диаграмм FBD и релейных диаграмм RLL. Программы готовятся программным пакетом Cx-Programmer.

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;

ЗВМ 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 э/э по внеплановой мощности и задания режима работы для регулирующей станции.

Все модули запускаются диспетчером программ с заданным интервалом времени.

2.2 Система отображения и архивирования

Для визуального контроля режима работы АРЧМ, задания уставок и настроечной информации, а также ведения архивов, к контроллеру подключается промышленный компьютер (ПК).

На ПК устанавливается Scada-система (Сх- Supervisor) и располагается он на столе диспетчера. Компьютер соединен с ПЛК через RS-232 и подключен к локальной технологической сети ЛВС. Доступ к комплексу АРЧМ осуществляется в соответствии с правами пользователя. На ПК отображаются схема ОЭС с параметрами режима, настроечные таблицы и графики режима. Голосом выдаются сообщения при отклонении параметров от нормы или отключениях. На ПК ведутся графические архивы параметров режимов с секундным интервалом и фиксируются все дискретные события и операции диспетчера.

Все функции ПК можно реализовать или продублировать на работающей ОИК через систему ОРС.

2.3 Система связи с устройством телемеханики (ТМ)

Коммуникационные возможности ПЛК позволяют связываться с ТМ по следующим интерфейсам:

Ethernet

Controller Link

CompoBus/D (Devicenet)

Profibus-DP

Modbus

Protocol Macro (RS-232, RS-485)

Информация с объектов для работы АРЧМ поступает на ПЛК от Комплекса Обработки ТелеМеханической Информации (КОТМИ) по двум последовательным каналам (RS-232). ПЛК всегда работает с комплектом КОТМИ, который находится в режиме “основной” и автоматически переключается при изменении режимов работы. В ПЛК используется протокол Макро.

2.4 Программный комплекс АРЧМ

Алгоритм АРЧМ по обработке поступающей информации и выработке управляющих воздействий.

Программы ПЛК АРЧМ выполненные по стандарту IEC1131-3 в виде функциональных блоковых диаграмм FBD или релейных диаграмм RLL.

Распределение памяти данных ПЛК;

Блоки программ обмена телемеханической информацией с проверкой на достоверность ТИ и ТС;

SCADA система ПК АРЧМ Сх- Supervisor;

Программные продукты Omron - Cx-Programmer, Cx-Protocol, Cx- Server OPC, Cx-Simulator, Cx-Server;

Пакет программ для работы АРЧМ в составе режимного диспетчерского тренажера «Феникс» для возможности исследования поведения регулятора без проведения натурных испытаний и подбора оптимальных характеристик различных режимов регулирования.

Упрощенная модель энергосистемы с АРЧМ для настройки и проверки работы программ ПЛК.

3. Технические характеристики АРЧМ

автоматическое регулирование частота

АРЧМ работает в режиме реального времени с циклом расчета и выдачи управляющих воздействий для всех видов регулирования не более 1 секунды.

Количество принимаемой и передаваемой информации

ТИ(16 разрядов) - до 1 000шт.

ТС - до 4 000шт.

Количество регуляторов и ограничителей - до 32шт

Диапазон внеплановых мощностей АОП, АРП и АРПЧ задается при настройке - от -6000 МВт до +6000 МВт.

Количество управляемых электрических станций - до 32шт. Задание по внеплановой мощности на станции подается через формирователи управляющих воздействий (ФУВ) по интегральному закону регулирования.

Диапазон внеплановой мощности ФУВ и задатчика внеплановой мощности ЦДУ задается при настройке и может корректироваться по информации с ЦЗАН ГЭС - от -6000 МВт до +6000 МВт.

Количество команд передаваемых с ЦДУ - 16 команд.

Программирование ПЛК - Релейно-контактная (ступенчатая) программа.

Объем памяти программ - до 250К.

Объем памяти данных - до 448К слов.

. Количество инструкций ПЛК - 400.

Наработка на отказ - не менее 100 000часов.

Питание ПЛК и ПК АРЧМ - 220 В переменного тока 50 Гц.

Размеры ПЛК 260х130х123.

Устройство работает в помещениях без микроклимата при температуре окружающей среды от 0 град.С до 55 град.С, при влажности воздуха до 80%, сейсмических воздействиях 7 баллов в условиях существующих электрических и электромагнитных помех.

4. Функциональные возможности АРЧМ

Настройки параметров регулирования создаются и настраиваются персоналом ОЭС. Настройка ФУВ, АОП и регуляторов осуществляются заданием соответствующих характеристик в базе данных настроечных параметров. Можно производить оперативное изменение параметров ранее созданных режимов.

Возможен режим одновременной работы нескольких регуляторов для управления различными процессами (различными группами мощностей), при этом каждый регулятор производит регулирование своего параметра в своей части системы. Этот режим задается персоналом ОЭС.

Диапазоны внеплановых мощностей АОП и регуляторов задаются при настройке. С каждого АОП, регулятора и по командам из ЦДУ на ФУВ поступает внеплановая мощность, с учетом коэффициента долевого участия (КДУ) для каждой станции. КДУ задается диспетчером ОЭС и может корректироваться автоматически, по заранее определенным алгоритмам.

Принцип работы всех регуляторов (АОП, АРП, АРПЧ и АРЧ) заключается в выработке внепланового задания мощности на регулирующие станции, пропорционального отклонению контролируемого параметра (перетока, частоты) от заданного значения (уставки). Внеплановое задание формируется по пропорционально - интегральному закону, т.е. в момент отклонения регулируемого параметра формируется внеплановое задание пропорционального диапазона (коэффициент пропорционального диапазона Кр) и в каждый последующий интервал времени к внеплановому заданию добавляется заданная часть (коэффициент интегрирования Тi) отклонения регулируемого параметра от уставки, с учетом знака отклонения.

В АОП, заданием коэффициентов Кр и Тi, обеспечивается более быстрое нарастание внепланового задания и эффективное снижение скачка перетока. АОП имеет две уставки - ограничение на запад (+) и на восток (-). Снятие неплановой мощности происходит при отсутствии превышения регулируемым параметром уставок регулятора и выходе его из заданной зоны (т.е. при Руствост < Р < Рустзап). Таким образом, поддерживается значение перетока в заданной допустимой зоне.

АРПЧ представляет собой два регулятора - регулятор перетока и регулятор частоты. Регулирование по частоте в АРПЧ может быть включено только при условии включенного состояния регулятора перетока. Внеплановая мощность по отклонению перетока и частоте складываются или вычитаются, в зависимости от заданного режима регулирования и КДУ для каждой станции. АРПЧ позволяет работать двум регуляторам с воздействием на разные станции, заданием разных КДУ.

В регуляторе перетока АРП с коррекцией уставки по частоте уставка перетока меняется при отклонении частоты от номинального значения 50,00Гц. Знак коррекции и статизм задается в параметрах регулятора. Корректор может быть включен в работу только при условии включенного состояния регулятора перетока.

Уставки в регуляторах при включении задаются автоматически:

по перетоку Руст равное текущему перетоку;

по частоте Fуст равное текущей частоте.

Уставка коррекции по частоте, в АРП задается при настройке равной 50,00Гц.

Регулятор АРЧ может включатся в работу диспетчером при раздельной работе ОЭС от ЕЭС и автоматически по заранее заложенным алгоритмам и отклонении частоты на величину более заданной величины (например отделении от ЕЭС с большим перетоком).

Диапазоны внеплановых мощностей АОП и регуляторов задаются при настройке. В настройке АРЧМ предусмотрена система приоритетов, исключающая работу регуляторов при работе регулятора - ограничителя более высокого приоритета. Если в процессе регулирования возникают одновременная работа разных видов регулирования, то реализуется воздействие от регулятора, имеющего больший приоритет.

Работа регуляторов блокируется:

При работе более приоритетного регулятора или ограничителя.

При неисправных измерениях данного сечения (частоты).

В случае если отключены формирователи всех ГЭС или формирователи заблокированы на «прибавить» или на «убавить», то есть когда нечем управлять.

При работе ПА блокируется работа на «прибавить».

При блокировке регулятора и при мощности перетока (частоты):

Руст+Рнеч >Рпер> Руст-Рнеч.

регулятор не работает и внеплановая мощность не меняется.

В АОП при блокировке мощность внеплановая не меняется, а при отсутствии блокировок и отсутствии условий ограничения:

Рустзап >Рпер> Руствост

внеплановая мощность медленно сбрасывается в ноль.

В АРЧМ можно задать режим параллельной работы регуляторов. В этом режиме могут работать одновременно регуляторы с воздействием на разные станции (задается через КДУ) и блокировать их работу могут только ограничители или программы формирования блокировок.

Формирователи суммируют все внеплановые мощности, для данной ГЭС, добавляют величину Рркм ручного корректора мощности (РКМ) и передают на ГЭС. Диапазоны изменения внеплановой мощности для каждой станции задается диспетчером и могут корректироваться по информации с ЦЗАН управляющей станции. При включенном формирователе через РКМ можно плавно изменять или задавать любую величину внеплановой мощности.

При включенном регуляторе изменение внеплановой мощности через РКМ не влияет на режим ОЭС. РКМ используется при автоматической подгонке, для «безударного» включения ЗВМ на регулирующей станции и в режиме компенсации выработки э/э по внеплановой мощности.

С каждого АОП, регулятора и по командам с ЦДУ на ФУВ поступает внеплановая мощность, с учетом коэффициента долевого участия (КДУ) для каждой станции. КДУ задается диспетчером ОЭС и может корректироваться автоматически, по заранее определенным алгоритмам.

Существенной особенностью разработанной системы АРЧМ является реализация учета энергии, выработанной регулирующей ГЭС по заданию системы. Это позволит оценить экономические затраты ГЭС, участвующей в регулировании. Кроме того, возможность учета этой энергии позволит привлечь к регулированию ГЭС, работающие с ограничениями по выработке энергии. Предусматривается их использование в случае резких изменений режима, с последующей плавной компенсацией израсходованного энергоносителя за счет других станций, по критерию обеспечения суточной вырабоки мощности.

5. Техническое обслуживание и настройка

Техническое обслуживание АРЧМ осуществляется местным персоналом РЗА.

Для подбора оптимальных характеристик различных режимов регулирования, обеспечения возможности исследования поведения регулятора без проведения натурных испытаний используется режимный тренажер диспетчера «Феникс». В качестве входных величин регулятора используются рассчитанные в модели значения перетоков мощности и частоты. Выход регулятора настроен на управляющий параметр гидроэлектростанций модели тренажера «Феникс». Изменяя параметры регулятора, выдавая воздействия на модель в виде сброса нагрузки или генерации, вводя или выводя из работы генерирующее оборудование, подбираются оптимальные характеристики для каждого из режимов регулирования. Критерий оптимизации - максимально быстрое приведение регулируемой величины к уставке, не допуская, по возможности, перерегулирования.

Выводы

Совместное использование многоуровневой системы централизованного регулирования частоты и перетоков мощности с подключёнными к ней электростанциями и регулирующих возможностей электростанций на децентрализованной основе может дать в условиях рынка положительный суммарный эффект. Для ОЭС Сибири важной задачей является совершенствование систем группового регулирования активной мощности ГЭС.

Основу любой системы диспетчерского управления составляет информация передаваемая с объектов ОЭС, поэтому для организации рабочего места коммерческого диспетчера и ведение режимов регулирования необходимо реконструировать существующую систему измерения.

Существующая система измерений не позволяет вести достаточно точный режим перетоков активной мощности. Измерительные каналы и преобразователи (АЦП) не имеют метрологической аттестации. Информация с датчиков поступает в виде восьмиразрядного кода. Мало того, что величина одного кванта информации очень грубая, она еще различная в разных диапазонах. Недостаточное количество ТС и низкая точность ТИ не позволяет проводить полный анализ на достоверность принятой информации. В настоящее время такие измерения не позволяют вести и контролировать коммерческий режим и учет в ОЭС Сибири. Ведение коммерческого режима и автоматическое регулирование активной мощности, это две задачи которые должны друг друга дополнять. Они не могут функционировать отдельно и основа для них информация состояния работы ОЭС.

Необходимо выполнить последовательно ряд работ:

Создать дублированный комплекс контроля и управления режимами энергосистем.

Последовательно на каждой станции и ПС модернизировать систему измерения и провести метрологическую аттестацию.

Модернизировать групповые регуляторы активной и реактивной мощности на ГЭС и установить задатчики внеплановой мощности (ЗВМ) на крупных тепловых станциях.

Выполнение этих работ позволит повысить эффективность и качество ведение режимов ОЭС в условиях конкурентного рынка.

Разработка и установка дублированного комплекса управления позволит в реальном времени:

контролировать и управлять режимами ОЭС;

контролировать и управлять установленной мощностью и выработкой э/э на станциях;

вести учет количества и качества передачи электроэнергии по линиям электропередачи, потери на них и регулировать выработку по станциям;

контролировать состояние ОЭС и передавать информацию на устройства ПА;

получать команды с ЦДУ, для изменения режимов работы.

Для получения положительных результатов, при реконструкции системы измерения, необходимо соблюдения основных принципов:

Установка современных датчиков (преобразователей) высокой точности;

Информация передается 16-ти разрядным кодом в именованных еденицах (МВт, кВт, кВ, и т.д.);

Аттестация каналов связи от датчика до комплекса контроля и управления;

Разработка и соблюдение алгоритма обработки изменения ТИ, для обеспечения независимости результата измерения от качества и скорости каналов связи.

Периодичность передачи информации может быть установлена от одной до пяти секунд и зависит от каналов связи. Важно при этом передавать не мгновенные значения, а средние за данный период. Поэтому предварительную обработку нужно выполнять на месте сбора информации. На объектах контроля возможен сбор информации с интервалом 250мсек с дальнейшей обработкой до среднего значения на заданных интервалах.

Групповые регуляторы активной и реактивной мощности на ГЭС должны определять свои зоны регулирования и передавать на АРЧМ, по значению которых будет определяться степень загрузки станции и оперативно изменять распределение внеплановых мощностей.

Идеология и алгоритмы сбора и обработки информации разрабатываются на стадии технического задания и рабочего проекта.

В работе по опробованию базового образца АРЧМ01 в ОДУ Сибири приняли участие:

СФ ГВЦ Энергетики, персонал служб ТиС, РЗиА, ДС ОДУ Сибири.

Размещено на Allbest.ru

...