В данной статье вы найдете ответы на следующие вопросы: Какие функции может выполнять распределенная противоаварийная автоматика? Каковы способы аппаратной реализации распределенной автоматики?

1. 46 № 2 июнь 2009
ПРАКТИКА
Распределенная
противоаварийная
автоматика
системообразующей сети
В данной статье вы найдете ответы на следующие вопросы:
Какие функции может выполнять распределенная
противоаварийная автоматика?
Каковы способы аппаратной реализации распределенной
автоматики?
Р
азвитие цифровых технологий приводит к
появлению новых возможностей в области
управления технологическими процессами.
Одна из таких возможностей, появившихся в по-
следнее время – возможность измерения распреде-
ленных в пространстве параметров.
Для задач управления ЭЭС особый интерес пред-
ставляет измерение угла между напряжениями по
концам линии электропередачи в темпе реально-
го времени. В этом случае измерительные устрой-
ства находятся на разных подстанциях, и расстояния
между этими устройствами может составлять сотни
километров.
До последнего времени такая задача была нераз-
решимой из-за высокой цены передачи аналоговой
информации на большие расстояния. С появлением
пакетной передачи данных эта задача может быть
решена стандартными средствами. В качестве ка-
нала связи может выступать вычислительная сеть
АСУ или АСКУЭ. Такое решение допустимо, если
сеть принадлежит ЭЭС и реализована на основе
оптоволоконных каналов связи. В этом случае для
распределенных измерений может быть выделен
отдельный логический канал связи. Скорость по
этому каналу должна мало зависеть от общей за-
грузки вычислительной сети.
В качестве устройства измерения должно быть ис-
пользовано цифровое устройство с возможностью
подключения к вычислительной сети и с поддержкой
маршрутизируемого протокола связи (TCP или UDP).
Для реализации данного метода измерения была
произведена доработка шкафа противоаварийной
автоматики МКПА. МКПА – цифровое устройство
автоматики с гибкой логикой. Исходно алгоритмы
гибкой логики МКПА могли работать только с теми
сигналами, которые были измерены данным устрой-
ством. В результате доработки в алгоритмы гибкой
логики стало можно вводить аналоговые сигналы,
полученные устройством по вычислительной сети.
Для схем гибкой логики были разработаны меха-
низмы, позволяющие учесть задержки при передаче
сигнала по вычислительной сети.
Механизм измерения угла по связи
Для измерения угла между напряжениями по
концам связи необходимо иметь два синхронно из-
меренных вектора напряжения в одном цифровом
устройстве. Разность фаз этих векторов будет тре-
буемым углом по данной связи. При этом точность
измерения угла будет напрямую зависеть от точно-
сти синхронизации времени измерений по концам
связи.
В случае если связь – это сосредоточенный объ-
ект (например, трансформатор) синхронизация из-
мерений обеспечивается внутри цифрового устрой-
ства измерения (например, устройство автоматики
трансформатора). В случае если под связью по-
нимается распределенный в пространстве объект
(воздушная линия или группа линий), необходимы
специальные мероприятия по синхронизации вре-
мени устройств измерения по концам этой связи.
Наиболее часто используемым методом синхро-
низации времени является синхронизация через
спутниковую систему глобального позиционирова-
ния. Однако для решения задач противоаварийной
автоматики такой способ неприемлем из-за того,
что работоспособность системы автоматического
управления ЭЭС не может быть поставлена в за-
Авторы
Апросин К. И.
Бородин О. С.
Лесков Т. В.
Иванов Ю. В.
противоаварийная автоматика распределенные измерения МКПА

2. № 2 июнь 2009 47
ПРАКТИКА
висимость от работоспособности спутни-
ковой системы позиционирования. Поэ-
тому для реализации измерения угла по
связи необходимо иметь независимый ка-
нал синхронизации. Таким каналом может
быть сама линия, а синхросигналом будет
ток этой линии. В этом случае необходима
лишь принадлежность измеренных токов
и напряжений к одному электрическому
режиму (с электромагнитной постоянной
времени), т.е. точность синхронизации из-
мерений может составлять один – два пе-
риода основной частоты.
Принцип вычисления угла по связи про-
иллюстрирован на рис. 1. Два вектора то-
ка, измеренных с разных концов линии,
совмещаются. После этого вычисляется
разность фаз между векторами напряже-
ния по концам связи. Здесь следует отме-
тить, что под совмещением подразумева-
ется наложение векторов тока с учетом
сдвига, вызванного наличием активно-
емкостного тока утечки линии. Активно-
емкостной ток утечки линии I∆
может быть
вычислен по известными параметрам схе-
мы замещения. Ток утечки может быть вы-
числен по П – образной схеме замещения,
если длина линии не более 200 км. Длин-
ные линии можно представить в виде це-
почки П – образных схем замещения. На-
личие линейного реактора учитывается
индуктивностью между линией и землей в
начале линии, как показано на рис. 2.
Измеренный угол линии сам по себе не
несет информации об устойчивости связи.
Судить об устойчивости связи можно только
по взаимному положению роторов генерато-
ров, которые объединяет данная связь.
Конечная задача распределенной си-
стемы измерений – получение углов ЭДС
всех генераторов системы, а также углов
напряжений всех узлов контролируемой
сети. Поэтому данные об углах, токах и на-
пряжениях контролируемой сети должны
быть собраны в одном вычислительном
устройстве – сервере ПА. По измеренным
токам и напряжениям контролируемой се-
ти сервер сможет вычислить угол напряже-
ния, скольжение этого угла для каждого из
узлов сети и значение перетока для каж-
дой линии. Такого объема исходных дан-
ных достаточно для анализа устойчиво-
сти генерации данной сети. Далее, сервер
ПА должен производить анализ состояния
сети и, при необходимости, формировать
управляющие воздействия (УВ). Получен-
ные УВ должны быть переданы на те же
локальные устройства РЗА, которые про-
изводили измерения.
Выделение опасных сечений
Распределенная автоматика может вы-
полнять функции динамического выделе-
ния опасных сечений, ограничения перето-
ков в опасных сечениях, а также функции
делительной автоматики.
Принцип действия расчетной части рас-
пределенной автоматики основан на выде-
лении групп узлов сети с близкими углами.
Получив информацию от всех локальных
устройств, сервер ПА должен рассортиро-
вать работающие в данной сети генерато-
ры по группам. В каждую группу должны
входить генераторы с близкими синхронно
изменяющимися углами. Далее необходи-
мо сформировать нагрузку, которая урав-
новешивает данную генерацию. Нагруз-
ка набирается по величине измеренного
перетока мощности от узла генерации к
узлу нагрузки. Каждый узел генерации на-
бирает несколько узлов нагрузки, которые
должны полностью скомпенсировать его
выдаваемую мощность.
Связи, соединяющие узлы нагрузки, пи-
таемые различными генераторными узла-
ми, и связи, соединяющие генераторные
узлы между собой, будут составлять се-
чения, в которых возможны нарушения
устойчивости. Как видно из вышесказан-
ного, сечения формируются динамически
и актуальны только для текущего режима.
Формирование управляющих
воздействий
Нарушение устойчивости в системе бу-
дет характеризоваться нарастанием угла
между группами генераторов. В случае
появления опасности нарушения устой-
чивости, необходимо определить место
и дозировку управляющего воздействия.
Чтобы уменьшить переток мощности в
появившемся опасном сечении, необхо-
димо снизить нагрузку дефицитной части
системы и (или) генерацию в избыточной
части системы. Дефицитной части систе-
мы будет соответствовать группа гене-
раторов с отрицательным скольжением
(углы этой группы генераторов умень-
шаются), для избыточной части скольже-
ние будет положительным. В этой ситуа-
ции нарушение устойчивости может быть
предотвращено путем снижения перетока
мощности по связям, соединяющим де-
фицитную и избыточную части. Для вы-
числения этого перетока можно сложить
активные мощности линий, которые непо-
средственно соединяют узлы, принадле-
жащие к дефицитной и избыточной части.
Апросин К. И., УГТУ-УПИ
Бородин О.С., Лесков Т.В., Иванов Ю.В., ООО «Прософт-Системы»
⇒
ϕ1
ϕ1
ϕ2
ϕ2
ϕD
ID
I1
I1
I2
I2
U1
U1
U2
U2
Рис. 1. Совмещение измерений разных концов линии
Рис. 2. Вычисление тока утечки линии
U1
G
2
G
2
j B
2
j B
2
U2
R +jX
IDp1
IDp2
IDл1
IDл2
I2

3. 48 № 2 июнь 2009
ПРАКТИКА
Далее, по полученному значению перетока, мож-
но оценить необходимую величину разгрузки, т.е.
для предотвращения нарушения устойчивости и
введения режима в область допустимых режимов
необходимо снизить переток на 10–20 % (в зависи-
мости от значения угла). Если угол близок 90 гра-
дусам, то передаваемая мощность связи близка
к своему предельному значению, и при снижении
мощности на 20 %, связь будет работать с норма-
тивным коэффициентом запаса устойчивости.
После вычисления величины разгрузки автома-
тика должна найти в данной части системы узлы,
в которых возможно отключение нагрузки (генера-
ции) и набрать требуемую для разгрузки мощность.
Чтобы такой механизм мог работать для каждого
узла, должен быть определен набор УВ автомати-
ки, в сервере этот набор может быть представлен
в виде таблицы: отключаемая мощность, номер от-
ключаемого присоединения (или номер команды
разгрузки). Когда разгрузка представлена на сер-
вере в виде набора УВ, сервер должен передать
эти УВ на устройства РЗА, которые реализуют раз-
грузку, при этом будет использоваться тот же циф-
ровой канал, по которому были получены измере-
ния для работы сервера.
После выдачи УВ сервер должен некоторое вре-
мя ожидать изменений режима сети, связанных с
реализацией УВ, и не предпринимать никаких дей-
ствий. И только после того как УВ реализовались
или не реализовались (из-за какого-либо отказа),
сервер может продолжить работу с новым режи-
мом, получившимся в результате действий распре-
деленной противоаварийной автоматики.
Способы реализации системы
распределенной автоматики
Описанная система распределенной автомати-
ки является чисто измерительной и не включает в
себя элементов расчета режима сети. Такой подход
дает возможность реализовать распределенную ав-
томатику на относительно простых алгоритмах и не
прибегать к большим расчетам внутри аварийного
цикла автоматики.
Сервер может быть аппаратно реализован на
обычном устройстве локальной противоаварий-
ной автоматики (на любом установленном шкафу
МКПА). Более того, серверов может быть несколь-
ко, в разных узлах электрической сети. В этом слу-
чае реализация УВ на локальных устройствах мо-
жет быть сделана на основе схем голосования
(например, УВ реализуется только в том случае,
если два сервера из трех выдали данную команду
разгрузки).
Аппаратное обеспечение, необходимое для си-
стемы распределенной автоматики, уже частично
присутствует в узлах системообразующей сети. В
настоящее время идет процесс замены элек­тро­
механических устройств противоаварийной автома-
тики на микропроцессорные шкафы МКПА.