ПРЕСС-ЦЕНТР

Система мониторинга переходных режимов для объектов РАО "ЕЭС России"

Энергетик 7/2006

Работа реальной энергетической системы всегда сопровождается так называемыми переходными режимами. Переходной режим - это изменение параметров электрической сети из одного устойчивого состояния в другое в результате воздействия того или иного возмущающего фактора: отключения или включения генератора, линии, нагрузки, короткого замыкания и т. п.

Переходной режим сопровождается колебаниями токов, напряжений, частоты и других параметров; при этом характер и длительность этих колебаний зависят не только от возмущения, но и от динамических параметров конкретной энергетической системы. В зависимости от совокупности различных факторов системы переходной режим может завершиться переходом в установившийся режим или развиться в серьезную системную аварию. С целью предотвращения аварийных ситуаций динамические параметры энергосистемы стараются изучать с помощью специальных математических моделей. К сожалению, точность таких математических моделей весьма приближенна, так как учесть множество различных факторов в реальной энергосистеме достаточно сложно. Не умея оценивать возмущения с достаточной точностью, энергетики вынуждены страховаться и предусматривать дополнительные запасы при настройке порогов срабатывания систем противоаварийной автоматики, что в конечном итоге ведет к малоэффективному использованию первичного оборудования. 

Однако точность моделирования можно существенно улучшить, произведя верификацию и коррекцию моделей на основе данных, получаемых о протекании переходных режимов в энергосистеме, для чего и существуют системы мониторинга переходных режимов (СМПР). Следует отметить, что в Европе работы по созданию СМПР начались еще в 80-х годах прошлого столетия, чему способствовало бурное развитие компьютерных платформ, а также цифровых технологий измерения электрических параметров. Дело в том, что переходной режим - это относительно быстротекущий процесс, длительность которого может составлять единицы секунд; при этом характер колебаний можно зафиксировать и выявить при цикле измерения не более 20 мс. Существенно также то, что анализ динамических свойств возможен только при полностью синхронном измерении параметров в различных географических точках энергосистемы, что возможно с достаточной точность только при использовании современных навигационных спутниковых систем (например, GPS или "ГЛОНАСС"). Таким образом, традиционные системы сбора и передачи информации, имеющиеся на многих объектах, ввиду совершенно иных временных характеристик, не способны решать задачи СМПР.

В настоящее время некоторыми ведущими зарубежными производителями серийно выпускаются специализированные регистраторы для задач СМПР, которые принято называть Phasor Measurement Unit (PMU). В нашей стране до недавнего времени такие регистраторы не разрабатывались и не производились серийно ввиду полного отсутствия рынка подобных устройств.

Началом работ по создания СМПР в РФ послужил выход приказа РАО "ЕЭС России" 344 от 1 июня 2005 г. Согласно данному приказу, в России должна быть создана специализированная система мониторинга параметров переходных процессов, первый этап создания которой предполагает охватить 20 крупнейших энергообъектов страны. Согласно данному приказу, руководящая роль в создании СМПР возложена на ОАО "СО - ЦДУ ЕЭС".

Структурная схема создаваемой СПМР приведена на рис. 1. Измерения параметров переходных режимов на объектах ЕЭС производятся специализированными регистраторами (РПП). Полученные данные в виде архивов передаются в региональные центры сбора СМПР, расположенные в ОДУ филиалах ОАО "СО-ЦДУ ЕЭС", и затем поступают по цифровым каналам связи в ЦДУ. Синхронность измерений всеми регистраторами обеспечивается за счет использования в последних приемников системы GPS.   


Рис. 1. Структурная схема СМПР

Как видно из структурной схемы, основным инструментом СМПР являются регистраторы переходных режимов (РПР). Первыми регистраторами, которые были установлены в нашей стране в рамках создания СМПР, стали устройства PowerLog PL132 производства фирмы Aenea (Германия). Работы по их установке на ПС "Южная" МЭС Урала и ПС "Ленинградская" МЭС Северо-Запада были выполнены ЗАО "РТСофт" в 2005 г. при сотрудничестве с ОАО "СО - ЦДУ ЕЭС" и ОАО "ФСК ЕЭС". На основе положительного опыта по внедрению немецких регистраторов сторонами было принято решение о дальнейшем развитии сотрудничества в данном направлении. ОАО "СО - ЦДУ ЕЭС" была поставлена ЗАО "РТСофт" задача разработать отечественный прибор, аналогичный PowerLog, но превосходящий по своим функциональным и метрологическим характеристикам импортный регистратор.

Устройство, получившее название Smart-WAMS, было разработано благодаря совместным усилиям специалистов ОАО "СО - ЦДУ ЕЭС", ЗАО "РТСофт", ЗАО "Институт энергетических систем", а также ОАО "НИИПТ".

Регистратор Smart-WAMS состоит из следующих компонентов (см. рис. 2):

  1. измерительные преобразователи МИП-01, устанавливаемые на контролируемых присоединениях;
  2. сервер сбора, обеспечивающий сбор информации с МИП-01, архивирование полученной информации и передачу ее пользователю по запросу;
  3. приемник GPS, обеспечивающий точную синхронизацию времени системы;
  4. сеть Ethernet, соединяющая МИП-01 и сервер сбора;
  5. выделенная шина синхронизации времени.

Рис. 2. Структурная схема регистратора переходных процессов

Измерительный преобразователь МИП-01 представляет собой функционально и конструктивно законченный прибор, подключаемый непосредственно к трансформаторам тока и напряжения (ТТ и ТН). Измерительные преобразователи могут быть распределены по объекту в зависимости от его топологии. Обмен данными МИП-01 с сервером сбора производится по сети Ethernet 10/100 Мбит и протоколу МЭК 870-5-104. 

Сервер сбора построен на базе промышленного персонального компьютера типа PxV406 компании Kontron (Германия) и функционирует под управлением операционной системы Windows XP, а также специализированного прикладного ПО, разработанного ЗАО "РТСофт".

Выделенная шина синхронизации времени построена на основе интерфейса RS422 и обеспечивает передачу от GPS-приемника секундных импульсов, по которым производится точная синхронизация элементов системы (с точностью до 500 мкс).


Рис. 3. Стойка регистратора Smart-WAMS

Передача данных от сервера сбора в диспетчерский пункт производится по сети Ethernet и протоколу FTP или коммутируемому телефонному каналу с помощью модема, встроенного в сервер. Сервер обеспечивает передачу файлов с данными в формате Comtrade и csv.

Получение, анализ и представление полученных с регистратора данных, а также его конфигурирование производится с помощью удаленной рабочей станции и специализированного ПО.

Регистратор обеспечивает регистрацию информации с привязкой к астрономическому времени следующих электрических параметров:

  • частота по каждой фазе;
  • угол между синусоидой напряжения сети и синусоидой 50 Гц, привязанной к сигналам точного времени;
  • активная мощность, пофазно;
  • суммарная активная мощность;
  • реактивная мощность, пофазно;
  • суммарная реактивная мощность;
  • фазные напряжения.

Система обладает следующими метрологическими характеристиками:

  • основная приведенная погрешность измерения и расчета электрических величин: 0,5%;
  • погрешность синхронизации измерительного преобразователя от GPS: 20 мкс;
  • абсолютная погрешность измерения частоты: 0,001 Гц;
  • абсолютная погрешность измерения угла вектора напряжения между синусоидой напряжения сети и синусоидой 50 Гц, привязанной к астрономическому времени: 0,2 градуса.

Рис. 4. Измерительный преобразователь МИП-01

Сервер сбора обеспечивает непрерывный сбор данных от всех МИП-01, входящих в состав системы, с периодом 20 мс. Запись данных сервером сбора в архив обеспечивается по следующим критериям:

  1. Превышение изменения частоты (уменьшение или увеличение частоты), превышающее уставку, равную 0,005-2 Гц/с с шагом 0,005 Гц;
  2. Понижение действующего значения любого из фазных напряжений ниже уставки, выбираемой из диапазона 0-120%;

Длительность архивных записей составляет:

  • время записи параметров режима до аварии: до 100 с;
  • аварийный процесс: до 1000 с;
  • не менее 100 записей аварийного процесса при автоматическом запуске (линейный архив);
  • непрерывная запись в течение 36 часов в режиме самописца (циклический архив).

Вид и количество записываемых параметров в архивах настраивается при конфигурировании регистратора. Параметры работы коммуникационного сервера задаются в конфигурационном файле, который может быть загружен по каналу связи.

С целью проверки метрологических и функциональных характеристик регистратора был проведен целый ряд межведомственных испытаний, в результате которых был получен сертификат соответствия ГОСТ-Р, сертификат об утверждении типа средства измерения, а также экспертное заключение.

В течение первого полугодия 2006 г. 20 регистраторов Smart-WAMS были установлены на нескольких крупных объектах ЕЭС России, среди которых: Саяно-Шушенская ГЭС, Харанорская ГРЭС, Троицкая ГРЭС, Рязанская ГРЭС, ПС "Ленинградская", ПС "Южная" и др. С данных объектов получены первые регистрограммы переходных режимов. На рис. 5 в качестве примера приведен график переходного режима, построенный по данным, полученным с регистратора Smart-WAMS, установленного на Рязанской ГРЭС.


Рис. 5. График переходного режима при отключении блока 6 Рязанской ГРЭС

В заключение следует отметить, что системы мониторинга переходных процессов успешно развиваются во многих энергосистемах мира и называются Wide Area Measuring Systems (WAMS). Внедрение таких систем позволило выявить несколько направлений их практического применения, среди которых: 

  1. Верификация цифровых моделей ЕЭС и их отдельных элементов.
  2. Мониторинг напряжений в узлах сети.
  3. Анализ произошедших аварий.
  4. Выявление и анализ низкочастотных колебаний.
  5. Мониторинг фазовых углов напряжений в узлах сети.

Есть все основания полагать, что и в нашей стране развитие данной технологии найдет свое достойное применение, а полученные данные позволят повысить оперативность и качество диспетчерского управления единой энергосистемой.