Возврат к списку В. Л. Прихно, Институт электродинамики НАН Украины Иерархические принципы формирования моделей установившихся режимов на основе телеметрической информации(Тр. Института электродинамики НАНУ – Киев: ІЕД НАН Украины, 2004. - С. 147-148.) Annotation – Clause describes formation of mathematical models of separate power systems and interconnected power system as uniform process with
use of information interchange between dispatching control levels. ВВЕДЕНИЕ
Эффективность диспетчерского управления во многом определяется возможностью превентивной проверки последствий принимаемых решений. Особенно остро потребность в средствах, обеспечивающих моделирование различных схемно-режимных ситуаций, стала ощущаться в последнее время в связи с введением рыночных отношений, оказывающих существенное влияние на формирование спроса и предложения, т. е. потребления и генерации. Ответы на возникающие вопросы могут быть найдены путем решения задач имитационного моделирования, к которым следует отнести проверку допустимости, устойчивости и надежности существующего или планируемого режимов, а также соответствия режима критериям оптимальности. Качество решения перечисленных задач во многом определяется адекватностью используемых математических моделей режимов энергосистем. Формирование математических моделей текущего или характерных ретроспективных режимов возлагается на задачу оценивания состояния [1, 2]. В настоящее время программы оценивания состояния широко используются при решении задач, связанных с краткосрочным планированием режимов и оперативным управлением. Кроме того, оценивание состояния часто является составной частью систем, функционирующих в автоматическом режиме, таких как: советчик диспетчера, централизованная система противоаварийной автоматики и др. Информацию, необходимую для формирования моделей, можно разбить на условно постоянную и оперативную. К первой можно отнести параметры отдельных элементов схемы замещения, а также описания схем первичных коммутаций станций и подстанций. Оперативную информацию составляют телеизмерения и телесигналы, которые поступают в программу оценивания состояния из оперативно – информационных комплексов (ОИК). Доступ к ретроспективной информации обеспечивается тем, что обязательной функцией любого ОИК является ведение архивов телеизмерений и телесигналов. По мере накопления опыта эксплуатации программ оценивания режимов, обнаружились некоторые проблемы. Как правило, в ОИК поступают измерения и сигналы о параметрах режима с собственных объектов. Информации от соседних энергосистем в большинстве случаев явно недостаточно для создания модели, обеспечивающей качественное решение задач оперативного управления. Кроме того, объем информации, которым располагают при оценивании на уровне энергообъединений, существенно меньше того объема, который используется в энергосистемах. И в том, и в другом случае можно поставить задачу ретрансляции необходимого объема измерений из энергосистем, которые этой информацией располагают. Однако такое решение вряд ли можно будет считать эффективным. Даже если получить необходимую информацию в полном объеме, возникает проблема формирования и поддержания в актуальном состоянии расчетных схем, некоторые фрагменты которых технологи знают плохо, поскольку они находятся не в их ведомственном подчинении и управлении. В связи со сказанным возникла задача формирования расчетных моделей режимов энергосистем по иерархическому принципу [3]. Такой подход предполагает обмен информацией между различными уровнями иерархии диспетчерского управления в энергетике. Технически решение задачи обеспечивается существенным расширением возможностей межмашинного обмена как с использованием технических средств Интернет, так и выделенных высокоскоростных каналов. Несомненным преимуществом иерархического подхода является иерархическая система ответственности, при которой каждый участник единой системы отвечает за качество формирования описания собственного объекта, его сопровождение, качество используемой телеметрической информации и обеспечение необходимого объема телеизмерений и телесигналов.
|
Схема | Узлов | Ветвей | Объектов |
---|---|---|---|
исходная | 685 |
839 |
25 |
исходная после отсечения | 613 |
721 |
25 |
внешняя | 623 |
927 |
28 |
внешняя после отсечения | 574 |
903 |
27 |
в результате объединения | 1147 |
1595 |
52 |
Вторая строка характеризует ту же схему, что и первая, но после удаления внешнего окружения (оставлены межсистемные связи и узлы примыкания). В третьей строке приведены характеристики схемы верхнего уровня, а в четвертой – той же схемы, но после удаления узлов и ветвей, относящихся к ЦЭС (также оставлены межсистемные связи и узлы примыкания). В последней строке приводятся характеристики объединенной схемы.
Кроме объединения таблиц с информацией об узлах и ветвях, объединяются и описания схем первичных коммутаций, а также графические изображения схем энергосистем и их фрагментов.
В большинстве энергосистем, которые описанным выше способом формируют для себя внешнее окружение, информация с описанием схем верхнего уровня передается по запросу, причем расчет режима, соответствует той же временной координате, что и режим собственной схемы. Предполагается создать систему автоматической рассылки описаний схем верхнего уровня в заинтересованные системы нижнего уровня. Пересылка схем может осуществляться после завершения расчета на уровне объединенной энергосистемы. Естественно, программа оценивания состояния на верхнем уровне должна работать в циклическом режиме и запускаться через фиксированные интервалы времени по инициативе диспетчера реального времени.
Описанный подход можно отнести к иерархическим расчетам, выполняемым в пользу нижнего уровня. Опыт эксплуатации программы формирования внешнего окружения подтвердил эффективность принятых решений. Экспертные оценки показывают, что качество модели, формируемой с использованием иерархического подхода, намного выше, чем получается при формировании описания режима на основе измерений, ретранслируемых из соседних энергосистем.
Предпосылки к формированию режима энергообъединения по иерархическому принципу создаются широким внедрением программы оценивания состояния на уровне энергосистем. К основным факторам, склоняющим в пользу иерархического подхода можно отнести следующие:
В процессе разработки методики и программного обеспечения сравнивались и апробировались различные варианты решения задачи. В настоящий момент представляется наиболее целесообразным следующий подход. Оценивание состояния выполняется как и в энергосистемах нижнего уровня, так и на верхнем уровне. При этом на верхнем уровне повторяются расчеты, выполненные в каждой из подсистем, и затем на их основе формируется единая схема и после этого выполняется завершающая фаза оценивания состояния. Преимущества данного подхода таковы:
Очевидно, если во всех подсистемах эффективно решены вопросы обеспечения наблюдаемости и отбраковки грубых ошибок в измерениях, то оценивание по синтезированной схеме не должно быть сопряжено с существенными трудностями.
Дополнительным фактором, облегчающим проведение расчетов по объединенной схеме, может быть использование приближений по напряжениям, полученным в каждой из оцениваемых подсистем. При этом модули напряжений могут быть использованы непосредственно, а для фаз напряжений необходим синхронный разворот углов, единый для всех узлов каждой из подсистем. Необходимость последнего объясняется тем, что при расчетах режимов в каждой из подсистем назначается собственный узел, опорный по фазе напряжения. В результате фазы напряжений остальных узлов определяются относительно принятых опорных. Очевидно, если сохраняются напряжения при объединении подсистем, потоки мощности по внутренним связям не изменяются, а потоки по связям между подсистемами определяются разностью напряжений узлов, рассчитанных относительно различных опорных. Если развернуть фазы напряжений в узлах какой – либо из подсистем на один и тот же угол, то потоки по внутренним связям останутся такими же, как и при отсутствии разворота, а потоки по межсистемным связям можно приблизить к рассчитанным в подсистемах. Учитывая этот фактор, прежде чем переходить к завершающей стадии расчета, с целью экономии времени целесообразно определить углы синхронных разворотов фаз напряжений независимо рассчитанных подсистем, при которых минимизируется все та же принятая целевая функция. Поскольку опорный узел одной из подсистем сохраняется таковым и в объединенной расчетной схеме, число параметров, по которым выполняется оптимизация, будет равно числу подсистем, уменьшенному на единицу. Это существенно меньше, чем общее число узлов объединенной схемы.
К недостатку предложенного подхода следует отнести необходимость повторного проведения расчетов энергосистем нижнего уровня на верхнем. Однако, учитывая высокое быстродействие современной вычислительной техники, этот недостаток перекрывается явными выгодами. При этом следует иметь в виду, что время, необходимое для проведения расчета по схеме порядка 700 узлов, не превышает 2 сек.
Для обеспечения полного соответствия результатов повторного расчета на верхнем уровне тем, что были получены на нижнем уровне, необходимо, чтобы на обоих уровнях использовались как идентичные по составу и значениям измерения и сигналы, так и одинаковые расчетные модели. Информация, включающая телеизмерения и телесигналы, а также некоторые результаты расчета, должна передаваться после завершения решения задачи оценивания состояния на нижнем уровне. Описания моделей энергосистем нижнего уровня на верхний могут пересылаться только в случаях, когда в них вносятся изменения. Если оперативная информация перед пересылкой сжимается, то объемы оперативной информации и полного описания моделей соотносятся примерно как 1 к 100. Для передачи оперативной информации желательно использовать высокоскоростные выделенные каналы межмашинного обмена, а для передачи описаний моделей могут использоваться каналы Интернет. Некоторое запаздывание в передаче измененной модели не может привести к серьезному снижению качества результатов.
Для хранения оперативной информации и описаний моделей на верхнем уровне должны быть организованы две базы данных – для описаний расчетных моделей и для оперативной информации. В разработанном программном обеспечении предусмотрены средства для их ведения и просмотра.
При необходимости выполнения иерархического оценивания за заданное время требуемая информация с помощью специальных средств извлекается из базы. При этом определяется, на основании какой из сохраняемых расчетных моделей должен выполняться повторный расчет режима на верхнем уровне для каждой из подсистем.
После завершения последнего из процессов, связанных с оцениванием состояния каждой из подсистем, запускается программа синтеза единой расчетной схемы. Она выполняет следующие преобразования:
Далее, после завершения синтеза, выполняется оценивание состояния по единой схеме с использованием псевдоизмерений, рассчитанных в каждой из подсистем, с учетом отбракованных измерений и приближений по напряжениям.
Программное обеспечение для решения задачи иерархического оценивания разработано на основе комплекса КОСМОС, предназначенного для оперативных расчетов режимов энергосистем на основе телеметрической информации. Базовая программа была переработана, прежде всего - для обеспечения возможности одновременного проведения расчетов и анализа результатов нескольких энергосистем. Разработан специальный многооконный интерфейс, позволяющий просматривать и анализировать результаты расчета как каждой из энергосистем в отдельности, так и энергообъединения в целом.
После завершения технолог может просмотреть итоговую таблицу, в которую сведены основные характеристики оценивания в каждой из подсистем:
Результат иерархического расчета по синтезированной схеме отображается в дополнительном окне и обеспечивается теми же средствами анализа, что и расчеты, выполненные на основе моделей энергосистем нижнего уровня.
На верхнем уровне после завершения расчета можно получить доступ ко всей информации, которой располагают технологи отдельных энергосистем, и, кроме того, увидеть интегральные величины, например, суммарное потребление, генерацию, потери по объединению в целом. Средства анализа, предусмотренные в комплексе КОСМОС, без больших проблем настраиваются под потребности конкретного пользователя.
Описанная выше методика ориентирована на выполнение расчетов по запросу. Однако могут выполняться и циклические оперативные расчеты по описанной выше методике. Основанием для запуска иерархического расчета должно служить поступление оперативной информации от всех систем нижнего уровня за одно и то же время. Результаты работы программы иерархического оценивания, функционирующей в циклическом режиме должны заноситься в базу оцененных режимов и становиться доступными для всех участников процесса иерархических расчетов.
Информация, описывающая модель режима объединенной энергосистемы, далее может быть использована для расчетов по программам, входящим в состав комплекса КОСМОС, а также может экспортироваться для использования другими программными комплексами.
Программное обеспечение для иерархических расчетов режимов в интересах верхнего уровня внедрено в ЦДУ ЕЭС России и в течение двух лет используется
для формирования режимов Единой энергосистемы на основе результатов, получаемых при расчетах режимов пяти ОЭС. В таблице 2 приведены характеристики
расчетных схем.
Энергосистема | Характеристика схемы: | |
---|---|---|
узлов: | ветвей: | |
Северо-запад | 238 |
381 |
Средняя Волга | 332 |
494 |
Урал | 830 |
1333 |
Северный Кавказ | 497 |
381 |
Центр | 870 |
1456 |
Объединенная | 2473 |
4067 |
Общее время выполнения расчета, включающее повторное оценивание схем энергосистем нижнего уровня, формирование единой расчетной схемы и завершающую фазу расчета по полной схеме составляет порядка 6 – 7 секунд. Качество результатов соответствует требованиям по точности решения задач на уровне ЦДУ.
В настоящее время программа внедряется в Федеральной сетевой компании и Объединенном диспетчерском управлении Урала (Россия).
Реализация такого подхода представляется перспективной и для Украины. Предполагается, что схема ОЭС Украины может быть сформирована на основе режимов, получаемых при расчетах на уровне энергосистем.