Математическая модель

ОБЩЕЕ ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОГО АЛГОРИТМА

В основу РТД положена динамическая модель ЭЭС. Это означает, что тренажёр воспроизводит не только череду установившихся режимов между коммутациями или иными возмущениями, а и переходные процессы, представляя ЭЭС живой моделью. Считается, что все элементы обладают пофазной симметрией, и поэтому расчёты ведутся для прямой последовательности.

Из переходных процессов РТД Финист воспроизводит, в первую очередь, те, которые может контролировать и в которые может вмешиваться диспетчер. Это, прежде всего, процессы длительной динамики (тепловые про­цессы на электростанциях, регулирование частоты и мощности) и асинхронный ход.

Расчётный модуль тренажера обладает высокими быстродействием и надежностью, а адекватность его работы подтверждена экспертизой НИИПТ, г.Санкт-Петербург.

Источниками внешних возмущений являются коман­ды инструктора, сигналы от исполнительных органов автоматики, команды автоматически исполняемого сценария или управляющие воздействия, поступающие от внешних систем (например, АРЧМ).

РТД имеет возможность управления ходом трениров­ки: приостановка-продолжение расчётов, приостановка сценариев.

Предусмотрена блокировка выхода режимных пара­метров за допустимые пределы, а также индикация нарушений в случае отсутствия блокировки. Такого рода страховка полезна на случай, если в модели не будет представлена, например, какая-либо автоматика, присутствующая в реальной системе.

Энергосистема может быть представлена несколькими изолированными фрагментами (островами). Расчёт переходных процессов для каждого из них выполняет­ся независимо от остальных. При объединении остро­вов запускается модель синхроноскопа, выполняющая контроль разности частот, модулей и фаз напряжения.

Основной объём вычислений выполняется в ядре расчётного алгоритма, структурная схема которого представлена на рисунке. Наряду с ядром, вычисления ведутся многочисленными автономными модулями. В виде отдельных модулей оформляется большинство типов автоматик, средства исполнения сценариев и ряд иных программных компонентов.

События, информация о которых импортируется в расчётный модуль, могут генерироваться внешними по отношению к расчётному ядру модулями. Событие может сгенерировать выявительный или пусковой орган противоаварийной или режимной автоматики. Например, его порождает АЧР при снижении частоты ниже уставки или автоматика переключения регу­лировочных ответвлений трансформатора при вы­ходе контролируемого напряжения за пределы зоны нечувствительности.

Наступление события в определенный момент времени можно включить в исполняемый сценарий. Пользо­ватель инициирует события, изменяя уставки или вы­полняя коммутации через интерфейс диспетчера или средствами ОИК.

Администратор тренировки может управлять темпом времени, запускать сценарии, отключать автоматики и выполнять иные действия.

МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕДЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

На спокойных этапах не учитываются взаимные качания роторов синхронных машин, процессы в их электромагнитных цепях и в системах регулирования возбуждения.

Для решения дифференциальных уравнений исполь­зуется явный метод предиктор-корректор, основанный на методе Адамса. Порядок точности метода и шаг интегрирования автоматически подбираются так, чтобы обеспечить приемлемую погрешность.

Расчёт режима ведётся методом Гаусса-Ньютона в логарифмических полярных координатах и может быть дополнен методом Зейделя. Реализованы алгоритмы регулировки шага, защита от частой смены типа гене­раторных узлов при выходе на границы по реактивной мощности, несколько альтернативных методов поиска стартового приближения.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕНСИВНЫХ ПРОЦЕССОВ

После резких возмущений, во время асинхронного хода или возникших по иным причинам резких коле­баний напряжений в узлах происходит переключение на модель быстрой динамики. В ней учитываются отличия скоростей синхронных машин, процессы в их электромагнитных цепях и в системах регулирования возбуждения.

Режим рассчитывается Z-методом с учетом нелинейно­сти нагрузок. Баланс мощности в узлах гарантируется и во время интенсивных переходных процессов.

НАЧАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ

На момент начала тренировки система может состоять из нескольких изолированных фрагментов. Допускает­ся несколько вариантов балансирования режима:

• с одним или несколькими базисно-балансирующи­ми узлами при заданной частоте;
• с распределённым балансирующим узлом при за­данной частоте;
• за счет первичных регуляторов скорости турбин и регулирующих эффектов нагрузки по частоте;
• за счет изменения энергии вращения роторов син­хронных машин и при их ускорении.

ГЕНЕРИРУЮЩИЕ ОБЪЕКТЫ МОДЕЛИ ЭЭС

В РТД Финист представлены следующие типы электростанций:

• тепловые;
• гидроэлектростанции, в том числе гидроаккумули­рующие;
• атомные;
• газотурбинные.

Каждая генерирующая единица может быть включена в состав группового объекта управления генерацией.

СЕТЕВЫЕ ОБЪЕКТЫ МОДЕЛИ ЭЭС

Основными сетевыми объектами модели Финист являются:

• силовые трансформаторы;
• линии электропередачи;
• продольные компенсирующие устройства;
• источники реактивной мощности.

Эффективное использование многообразия источни­ков реактивной мощности (ИРМ) на всех уровнях на­пряжения является также важной задачей при проведе­нии режимных тренировок диспетчерского персонала.

В РТД Финист представлены следующие модели источ­ников реактивной мощности (ИРМ):

• батареи статических конденсаторов (БСК);
• шунтирующие реакторы;
• коммутируемые (ШР);
• управляемые (УШР);
• статические тиристорные компенсаторы (СТК).

УЗЛЫ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

Узлы комплексной нагрузки – это те элементы модели ЭЭС, параметры которых известны значительно хуже, чем параметры любых иных объектов. Нагрузки не­прерывно меняются, складываются из большого числа отдельных электроприемников и фидеров.

Адекватность модели нагрузки достигается за счет конструирования облика потребителя из нескольких типовых блоков. Подключение к одному узлу несколь­ких таких блоков способствует воссозданию наиболее важных свойств и типовых сценариев развития аварий в тренировках диспетчерского персонала.

Основным является представление нагрузки в виде ста­тических характеристик потребления в зависимости от уровня напряжения и частоты. Управление нагрузкой во время тренировки учитывает структуру групп и зон потребления и позволяет изменять величину потребле­ния по различным законам. Реализована динамиче­ская модель восстановления мощности нагрузки после ее погашения. Имитация случайных колебаний потре­бления позволяет «оживить» модель энергосистемы в тренажере.

Отдельно выделена модель потребления собственных нужд электрических станций.

СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Реализованные средства можно разделить на две группы:

1. противоаварийная автоматика;
2. общесистемные средства регулирования частоты и активной мощности.

В настоящей версии РТД любая автоматика реализуется как разновидность обобщенной структуры – универ­сальной автоматики.

Она содержит несколько ступеней срабатывания. Сту­пень имеет пусковой (выявительный) орган, воздей­ствующий на исполнительное устройство. Дозирующее устройство считается частью исполнительного. Для пускового органа указывается выдержка времени, в течение которого должно соблюдаться условие пуска, и одно или несколько сравнений вида «параметр режима – операция – уставка».

Условие пуска считается выполненным, если результа­ты всех сравнений оказывались непрерывно истинны­ми в течение заданного интервала.

Условие возврата для выявительного органа задается так же, как и условие пуска. Для исполнительного орга­на указывается время задержки и одно или несколько воздействий вида: «параметр режима – операция - уставка».

Универсальная модель позволяет воссоздавать наи­более распространенные типы комплектов автоматики, связанные общей структурой параметров и реализую­щие следующие функции:

• автоматическое предотвращение нарушения устой­чивости (АПНУ);
• автоматическое ограничение снижения частоты (АОСЧ);
• автоматическое ограничение повышения частоты (АОПЧ);
• автоматическое ограничение снижения напряжения (АОСН);
• автоматическое ограничение повышения напряже­ния (АОПН);
• автоматическая разгрузка оборудования (АРО);
• автомат безопасности турбины (АБ);
• защита АЭС от режимов с большим уклонением частоты.

Групповые и общесистемные средства управления РТД Финист представлены моделями:

• Группового регулятора напряжения и реактивной мощности (ГРНРМ);
• Центральной системы автоматического регулирова­ния частоты и мощности (ЦС АРЧМ).

ИСТОЧНИКИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (ИРМ)

ИРМ представлены устройствами двух классов: дис­кретно (ступенчато) и плавно управляемые. Ступенчато управляемые устройства – это БСК и шунтирующие реакторы.

Переключение ступеней дискретно управляемых источников считается медленным и выполняется по сигналу телеуправления. Этот сигнал может подаваться командой оператора или автоматикой, следящей за контролируемым параметром – напряжением, реак­тивной мощностью, коэффициентом мощности.

Плавно управляемые источники служат для представ­ления статических тиристорных компенсаторов или реакторов (тиристорно управляемых или подмагни­чиваемых). В РТД реализованы следующие режимы регулирования напряжения для ИРМ: поддержание заданного значения, регулирование со статизмом.

РАСШИРЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

При разработке динамической модели энергосистемы учтен большой опыт специалистов Монитор Электрик и зарубежных разработчиков аналогичных систем.

В процессе внедрения РТД возникает необходимость расширения и уточнения математической модели тре­нажера. Эта работа выполняется квалифицированными специалистами с последующим включением расшире­ний в пакет поставки комплекса.

Все программные интерфейсы ядра тренажера являют­ся открытыми и документированными. У пользователя есть возможность самостоятельно добавлять собствен­ные модули, расширяющие модель поведения РТД.

 

• Версия для печати
• К началу страницы