Централизованная система противоаварийного управления (ЦСПА)

Основной предпосылкой к переходу от локального к централизованному управлению является нелокальный характер последствий аварийных возмущений и управляющих воздействий в энергосистеме. Принципиально возмущение стационарного режима ощущается в любой точке энергосистемы, хотя по мере удаления от места возникновения возмущения влияние его сказывается во все меньшей степени. Но возможны условия, при которых может не только быть зафиксировано, но и представить реальную опасность для устойчивости параллельной работы возмущение, возникшее в удаленных на сотни и даже тысячи километров частях энергосистемы. При этом степень и характер влияния удаленных возмущений определяется структурой энергосистемы, физическими характеристиками отдельных элементов и узлов, наконец, текущими схемно-режимными условиями и характеристиками самого возмущения (аварийного или управляющего).

Принцип централизованного управления большим количеством различных средств на основе информации о состоянии схемы, текущем режиме и аварийных возмущениях в крупном энергорайоне или целой энергосистеме используется, как правило, для решения задач обеспечения устойчивости и является актуальным для существующей в ЕЭС России структуры системообразующей электрической сети, специфическими особенностями которой является огромные расстояния между энергообъектами и наличие концентрированных узлов потребления и генерации.

Использование противоаварийной автоматики за счет реализации заданных управляющих воздействий при аварийных возмущениях позволяет обеспечить увеличение максимально допустимых перетоков активной мощности в доаварийном (нормальном) режиме на величину объема управляющих воздействий (УВ). Использование противоаварийного управления для увеличения пропускной способности электрической сети в ЕЭС России имеет долгую историю. Развитие систем ПА шло по двум основным направлениям:

• создание децентрализованных комплексов, состоящих из ряда устройств, взаимосвязанных общностью режима района управления, согласованных по принципам действия и настройке, а также по условиям резервирования;
• создание централизованных комплексов с единой логикой противоаварийного управления;

Централизованные комплексы отличаются тем, что вся информация об исходных схеме и режиме, а также о месте, виде и тяжести возникшего нарушения режима в районе противоаварийного управления собирается в центральном устройстве. На основе полученной информации это устройство вырабатывает управляющие воздействия, которые передаются для реализации на объекты управления.

ЦСПА — это программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий в автоматическом режиме сохранение устойчивости работы энергосистемы при возникновении аварийных возмущений. ЦСПА играет важную роль в обеспечении надежности электроэнергетических систем, повышает точность и сокращает избыточность управляющих воздействий и расширяет область допустимых режимов работы энергосистемы.

Надежность и эффективность ЦСПА доказана многолетней успешной эксплуатацией. Первые опыты по созданию ЦСПА проводились в Объединенной энергосистеме Урала в 1970-х годах. В 1980–1990-е годы в энергообъединениях ЕЭС России были внедрены ЦСПА первого поколения. Успешный опыт внедрения унифицированной цифровой ЦСПА второго поколения в ОЭС Урала в 2005 году и в Тюменской энергосистеме в 2007 году был распространен на другие энергосистемы страны. В 2010 году ЦСПА второго поколения была внедрена в ОЭС Средней Волги и ОЭС Юга, а в 2012 году – в ОЭС Сибири.

В 2014 году в ОЭС Востока впервые была внедрена ЦСПА третьего поколения. Эту систему отличает адаптивный алгоритм выбора управляющих воздействий для обеспечения статической устойчивости и динамической устойчивости энергосистемы, повышенное быстродействие и надежность. В настоящее время Системный оператор внедряет ЦСПА третьего поколения. Они функционируют в энергообъединениях Востока, Северо-Запада, Юга, Средней Волги и Тюменской энергосистеме. В ОЭС Центра функционируют ЦСПА второго поколения. Выполняется модернизация ЦСПА ОЭС Урала и ОЭС Сибири с целью их перевода на платформу ЦСПА третьего поколения.

Развитие ЦСПА осуществляется под руководством АО «СО ЕЭС» на базе планомерного комплексного подхода и современных принципов построения сложных расчетных вычислительных комплексов, функционирующих в непрерывном режиме на базе современных программно-технических средств и использующих векторные измерения параметров режима. Оно предусматривает создание в перспективе координирующей системы противоаварийной автоматики (КСПА) ЕЭС России, предназначенной для эффективной координации ЦСПА объединенных и региональных энергосистем.

Это позволит существенно повысить надежность ЕЭС России за счет недопущения межсистемных каскадных аварий и повысить степень использования пропускной способности электрических сетей Единой энергосистемы за счет повышения точности расчетных моделей ЦСПА.

Количество, типы, объемы и размещение средств управления в зоне действия каждой из ЦСПА определяются на основе исследований условий устойчивости при существующей и перспективных схемах энергосистемы. При этом, как и в случае применения принципа локального управления, определяющими являются наиболее тяжелые аварийные ситуации, выявление совокупности которых представляет, естественно, еще более сложную задачу.

Эффективность, а во многих случаях и целесообразность применения ЦСПА в значительной степени определяется алгоритмом дозировки управляющих воздействий и реализацией его в программном комплексе УЭВМ. Разработка алгоритма представляет весьма сложную задачу. Разработанные к настоящему времени алгоритмы нельзя считать окончательно сформировавшимися. Продолжается работа по их совершенствованию с учетом опыта эксплуатации. В настоящее время имеются два направления в развитии алгоритмов ЦСПА, существенно различающихся по условиям адаптации к текущим схемно-режимным условиям энергосистемы:

• «неадаптивные» алгоритмы, базирующиеся в основном на использовании результатов заранее (вне УЭВМ) выполненных расчетов аварийных процессов, которые хранятся в памяти УЭВМ и используются в зависимости от реальных схемно-режимных условий в энергосистеме;
• «адаптивные» алгоритмы, базирующиеся на выполнении УЭВМ расчетов, включая выбор управляющих воздействий в темпе процесса изменения нормальных режимов энергосистемы.

В «адаптивных» алгоритмах практически не используется информация, получаемая в результате предварительных расчетов на универсальных ЭВМ. Используемый в «адаптивных» алгоритмах принцип иногда называется 1ДО, в отличие от принципа 2ДО, используемого в «неадаптивных» алгоритмах.

Управляющие воздействия при каждом из расчетных аварийных возмущений в неадаптивной ЦСПА определяются по заранее рассчитанным условиям предполагаемых исходных схем и режимов контролируемого района управления. Таким образом, очевидным недостатком неадаптивной ЦСПА является необходимость выполнения огромного количества предварительных расчетов, причем эксплуатационный персонал должен самостоятельно решать какие именно области (в каких сечениях многомерного пространства) следует рассчитать и заложить в память УЭВМ при каждом существенном изменении схемы района. К числу достоинств алгоритма следует отнести его сравнительную простоту и возможность использования стандартных вычислительных программ при предварительных расчетах. С учетом недостатков и преимуществ неадаптивную ЦСПА целесообразно использовать для дозировки управляющих воздействий в сравнительно небольшом районе управления, обычно крупном энергоузле с ярко выраженной динамикой аварийных процессов при коротких замыканиях. В качестве примеров можно назвать узел Братской и Усть-Илимской ГЭС, узел Костромской ГРЭС.

Управляющие воздействия в адаптивной ЦСПА определяются непосредственным расчетом на УЭВМ в «реальном времени», т.е. в темпе процесса изменения стационарного режима. Расчет, как и в случае неадаптивного алгоритма, выполняется циклически с перебором всех расчетных аварийных возмущений, и для каждого из них определяются необходимые воздействия. (Принципиальное различие в алгоритмах неадаптивной и адаптивной ЦСПА состоит в том, что если в первом случае должны быть рассчитаны области устойчивости во всем реальном диапазоне изменения режимных параметров и вариантов исходной схемы, то во втором случае расчеты проводятся в единственной схеме и режиме, существующих в данный момент времени.)