Объём телеметрии УКПМ

Аппаратный блок пункта управления (АБПУ-М) предназначен для обмена информацией с устройствами КП, устройствами ПУ нижележащих, смежных и вышележащих уровней, с ПЭВМ рабочих станций (РС) и с блоками отображения телеметрии на мнемоническом диспетчерском щите (ДЩ). Комплект совместим со старыми устройствами телемеханики типа ТМ-120-1, ТМ-120-1.М, ТМ-512 и др. Максимальное число обслуживаемых УКПМ до 128, что позволяет обеспечивать сбор информации и управление в больших и сложных системах. Разветвитель канальный (РК) предназначен для объединения в единый канал до восьми приёмных каналов тональной частоты.

Приведем также некоторые данные по телекомплексу «Гранит», который сегодня в системе АСДУ является наиболее распространенным. В этот комплекс впервые для обработки информации были введены две микро-ЭВМ, что позволило назвать его интеллектуальным. Встроенные в шкаф ПУ эти ЭВМ в режиме взаимного резервирования обеспечивают программную обработку, прием, передачу и отображение разнородной информации. Шкафы КП устанавливаются на объектах без обслуживающего и с обслуживаемым персоналом и обеспечивают ввод, вывод и ретрансляцию разнообразной телеметрии от однотипных или других устройств телемеханики без предоставления ее местному персоналу. Комплекс может включать любое количество КП в пределах 128 комплектов и несколько ПУ, для связи между которыми могут применяться радиальные и магистральные каналы связи. Возможность организации связи между ПУ позволяет создавать многоуровневые иерархические системы.

Пример такой схемы приведен на рис. 15, где показана также и техника оперативно-информационного комплекса типа КИО-3, включающая приемные устройства телемеханики, мостовой компьютер (МК), файл-сервер (ФС), циклический компьютер (ЦК) и рабочие станции (РС), объединенные локальной сетью.

Рис. 15. Структура оперативно-информационного комплекса

В курсовой работе необходимо также выбрать устройства телемеханики и на остальных объектах системы, ориентировочно наметить объем телеметрии на каждом и показать на схеме связь всех контролируемых пунктов с оперативно-информационным комплексом АСДУ энергосистемы.

В завершение рассмотрим еще одну возможную схему построения АСУ ТП, которая может быть интегрирована в АСДУ предприятия электрических сетей или энергосистемы. Базой для этой системы является технический комплекс «НЕВА», первые версии которого предназначались для регистрации электрических сигналов. В современной модификации все технические средства комплекса в соответствии с назначением разделены на следующие составные части:

- блок регистрации и контроля нормальных и аварийных режимов и учета электроэнергии (БРКУ) – основной блок системы;

- датчики аналоговых и дискретных сигналов;

- персональный компьютер (ПК);

- источник бесперебойного питания (ИБП).

Структурная схема комплекса показана на рис. 16. Один блок БРКУ позволяет контролировать 32, 64 или 96 параметров нормального режима, осциллографировать до 64 мгновенных значений тока и напряжения, контролировать до 288 дискретных сигналов от устройств РЗА, блок-контактов коммутационных аппаратов, счетчиков электроэнергии и других устройств.

Рис. 16. Структура технического комплекса «Нева»

Подключенные к БРКУ сигналы от выключателей и разъединителей позволяют отображать текущее состояние схемы объекта на экране ПК, а сигналы с преобразователей типа Е дают возможность отобразить и текущие параметры нормального режима. Записанные осциллограммы позволяют проводить всесторонний анализ аварийных событий, используя для этой цели построение векторных диаграмм, расчет фаз, симметричных составляющих тока и напряжения в любой момент доаварийного, аварийного и послеаварийного режима.

Определение потребностей в телеизмерениях

и телесигнализациях

Система контроля за режимом электроэнергетической системы (ЭЭС) обеспечивает широкий круг задач оперативного управления. Общим для всех этих задач является то, что работа алгоритмов их решения базируется на телеинформации (ТС и ТИ), получаемой из различных районов ЭЭС с помощью устройств телемеханики. Перед непосредственным использованием информации оценивается ее достоверность. Например, достоверность телеизмерений о величинах потоков активной мощности по линии может быть проверена по телесигналам, показывающим, включена ли соответствующая линия. Если показания телесигнала и телеизмерения противоречат друг другу, требуется дополнительная информация для проверки (измерение мощности и телесигнала с другого конца линии). Существуют и другие методы контроля исходной информации:

- сравнение с предельными значениями, известными для данного параметра режима;

- сравнение со значениями параметров, рассчитанными на основе другой информации о режиме;

- сопоставление с имеющимися статистическими данными об этом параметре режима или со значением, полученным на основе экстраполяции, уравнения регрессии и т.д.

Телепередача информации обо всех интересующих параметрах режима сложной ЭЭС практически невозможна и экономически неоправданна. Поэтому для определения большинства параметров пользуются математическими моделями системы. Этим объясняется необходимость применения методов идентификации параметров модели ЭЭС и оценивания состояния.

Решение задачи оценивания состояния заключается в нахождении по случайным данным ТИ и по заданному математическому описанию ЭС, определяющему связи между оцениваемыми параметрами, статистических оценок параметров режима. Получаемые при этом оценки также являются случайными величинами, но их погрешность может быть существенно снижена по отношению к погрешности ТИ. При недостаточности ТИ возникают два вопроса:

- как определить те элементы сети, для которых параметры режима могут быть получены на основе имеющихся ТИ?

- какие дополнительные данные необходимо иметь для полной оценки режима и как получить недостающие данные?

На первый вопрос отвечает анализ топологической наблюдаемости, который заключается в проверке, все ли искомые переменные можно найти из системы уравнений, описывающих режим ЭЭС, и по данным телеизмерений.

В курсовой работе предлагается рассмотреть лишь задачу статического оценивания состояния (не учитывается разница во времени получения той или иной информации о режиме). Переменные режима связаны между собой уравнениями установившегося режима

–Р_гi + Р_нi + Р_i = 0, (14)

–Q_гi + Q_нi + Q_i = 0,

где Р_гi, Р_нi, Р_i – соответственно активные мощности генератора, нагрузки и узловой (узла i); Q_гi, Q_нi, Q_i – аналогичные реактивные мощности.

В общем случае УУР представляют собой систему нелинейных уравнений

W(x, y) = 0, (15)

где W – вектор небалансов мощностей в узлах ЭЭС; x – вектор напряжений в узлах ЭЭС; y – вектор узловых мощностей.

Для данной задачи векторы x и y имеют следующий состав:

x = {d₁, d₂}^T; y = {Р₁, Р₂}^T,

где Р_i = Р_гi – Р_нi, i = 1,2.

Информация о параметрах режима содержится в данных телеизмерений (вектор V), которые связаны с вектором напряжений в узлах ЭЭС соотношениями

v = V(x) + x_v, (16)

где x_v – ошибка измерений (возможна случайная).

Эта система уравнений дополняет (15). Если предположить, что все измерения являются точными, объединенная система (15), (16) может быть:

· неопределенной при числе уравнений меньше числа неизвестных

r + m < s;

· определенной или даже переопределенной при условии r + m ³ s,

где r – порядок системы (15); m – порядок системы (16);

s – число неизвестных параметров режима.

Это условие является лишь необходимым, но недостаточным условием наблюдаемости режима ЭС. Так, если основная часть измерений сосредоточена в одном районе ЭЭС и мало в другом, то ранг системы (15), (16) меньше числа неизвестных s (рис. 17). На рис. 17 измерений m = 19, число уравнений типа (15) – 11, число переменных режима (модули и фазы напряжений, мощности в узлах) – 23.

Рис. 17. Размещение телеизмерений в сети, не обеспечивающих наблюдаемости

Таким образом, ЭС топологически наблюдаема, если число и размещение телеизмерений таково, что ранг (16) не меньше числа неизвестных параметров режима. Это условие является необходимым и достаточным.

Проверка топологической наблюдаемости системы является задачей теории графов. Она может быть решена следующим образом. Строится так называемый бихроматический граф, содержащий вершины двух типов. Вершины первого типа соответствуют уравнениям (16), вершины второго – переменным. Если переменная y_j явно входит в уравнение w_i, то эта связь отображается ребром (y_jw_i), которое соединяет вершины y_j и w_i.

Задача состоит в том, чтобы на этом графе найти множество, содержащее максимально возможное число ребер, не имеющих попарно общих вершин (максимальное паросочетание – рис. 18).

Рис. 18. Бихроматический граф с выделенным максимальным паросочетанием

Из рис. 18 видно, что задача определения максимального паросочетания в общем случае не является однозначной. Например, вместо ребра (y3w3) в максимальное паросочетание могло бы войти ребро (y4w3). Если существует такое максимальное паросочетание, что каждая переменная yj инцидентна (присоединена) какому-либо ребру из него, то детерминированная система, описываемая уравнениями (16), топологически наблюдаема. В топологически ненаблюдаемой системе отдельные подсистемы могут быть наблюдаемы и для них может осуществляться оценивание состояния. Для схемы рис. 18 это можно сделать для узлов 1-3 и ветвей 1-2, 1-3, 3-2. Сделать всю систему наблюдаемой можно с помощью дополнительных измерений (т.е. дополнительных уравнений), в которые должны войти неохваченные максимальным паросочетанием вершины yj. С другой стороны, можно показать, что ЭЭС становится топологически наблюдаемой при таком размещении измерений, которое обеспечивает выполнение условия:

где N – число узлов в схеме,

т.е. ранг матрицы должен быть равен числу неизвестных компонент вектора состояния (модули и фазы напряжений в узлах ЭЭС).

Из различных вариантов расстановки ТИ наилучшим (по минимуму погрешности в оценке состояния) следует считать тот, которому соответствует минимальное число обусловленности матрицы – отношение максимального l_max к минимальному l_min характеристических чисел этой матрицы. Однако возможно и приближенно учитывать это условие по критерию (17) для выбора варианта расстановки:

(17)

Максимум определяется по множеству ТИ, отвечающих условию топологической наблюдаемости. При решении задачи расстановки ТИ в ЭЭС, заданной в курсовой работе, следует учесть, что в настоящее время наиболее широкое распространение в ЭЭС получили ТИ перетоков мощностей по линиям электропередач, суммарных мощностей нагрузок и станций, модулей напряжений в узлах сети.

При выполнении курсовой работы необходимо:

1. Определить объем ТС, достаточных для контроля за структурой ЭЭС. ТС передается по каналам связи (часто используются сами линии электропередач). В этом случае электрическая длина линии (ее сопротивление) может характеризовать длину канала связи. При расстановке средств ТС следует обеспечить контроль за структурой ЭЭС при минимальном количестве и длине каналов связи. Минимальное количество и длина каналов связи должна определить и положение центра управления.

2. Используя необходимые и достаточные условия наблюдаемости, наметить 3-4 варианта расстановки ТИ. При разработке вариантов следует стремиться обеспечить наблюдаемость также при минимальном количестве и длине каналов связи.

3. Выбрать вариант расстановки ТИ по критерию (17) или