Мониторинг переходных режимов

Переходные режимы в энергосистемах возникают в случаях плановых и внеплановых переключений, резкого изменения нагрузки и при авариях на электростанциях, в магистральных, распределительных сетях и в электроустановках крупных потребителей. В силу большой территориальной распределенности источников и потребителей электроэнергии, большой длины и сложной топологии линий электропередачи, а также механической природы электрогенерации, переходный процесс, вызванный слишком сильным воздействием на энергосистему, может привести к неконтролируемым колебаниям частоты и мощности в сети, приводящим к механическим перегрузкам генераторов и, в конечном счете, к каскадным отключениям энергообъектов и крупным системным авариям.

Новый класс систем автоматизации

Долгое время энергетики контролировали и анализировали переходные процессы по косвенным признакам: амплитуде и девиации колебаний частоты и мощности в различных точках сети, фактам срабатывания устройств противоаварийной автоматики, настроенным на разные пороги отключения, и пр., опираясь на расчетные данные статических моделей энергосистем.

Научно-технический прогресс последних десятилетий, в частности, точная синхронизация устройств с астрономическим временем в любой точке энергосистемы, повышение быстродействия и удешевление измерительных систем с цифровой обработкой сигналов, массовое распространение цифровых широкополосных сетей связи, привели к появлению в конце 1980-х и широкому распространению в 2010-х нового класса измерительных приборов – устройств синхронизированных векторных измерений (УСВИ) или PMU – Phasor Measurement Unit. Эти приборы специально предназначены для точных измерений отклонения частоты и фазы переменного напряжения от номинальных значений в узловых точках энергосистемы и передачи этих сведений в центральный информационно-измерительный комплекс для обработки, анализа и отображения результата.

Информационно-измерительная система, состоящая из достаточного числа УСВИ (PMU), узловых концентраторов данных (PDC – Phasor Data Concentrator), цифровых высокоскоростных каналов связи и программно-аппаратного комплекса обработки данных в диспетчерском пункте энергосистемы получила название Система мониторинга переходных режимов (СМПР) или WAMS (Wide Area Measurement System).

Принцип работы, структура и состав системы мониторинга переходных режимов (СМПР)

Основными измеряемыми величинами в системе мониторинга переходных режимов являются синхрофазоры – значения амплитуды тока и напряжения за один период переменного тока (20 мс) и угла отклонения их фазы от фазы «идеального» синусоидального сигнала 50,0000 Гц, которая очень точно (±1 мкс) привязана к астрономическому времени, а также частота и скорость ее изменения. Дополнительно к этим параметрам измеряются и передаются значения активной, реактивной и полной мощности, мощности прямой, обратной и нулевой последовательности, ток и напряжение возбуждения генераторов и другая информация.

Передача результатов всех измерений производится, как правило, каждые 20 мс, что требует для построения системы наличия каналов связи с высокой пропускной способностью – не менее 64 кбит/с на каждое УСВИ (PMU). Для передачи данных используются протоколы, описанные в серии международных стандартов IEEE C37.118 и IEC 61850-90- 5.

Программное обеспечение, устанавливаемое на диспетчерском пункте, обеспечивает сбор обработку и отображение информации о режимах и устойчивости работы энергосистемы в реальном времени, а также накопление и хранение циклических и аварийных архивов измерений.

Основными анализируемыми параметрами, характеризующими устойчивость работы энергосистемы, являются спектр, амплитуда и огибающая низкочастотных колебаний частоты и мощности и локализация их источника, а также разность фазовых углов на концах линий электропередачи, показывающая ее реальную загруженность. Поэтому для получения исчерпывающих сведений об устойчивости работы энергосистемы, УСВИ (PMU) должны быть установлены на шинах генераторов электростанций всех типов, включая малые, шинах магистральных и крупных распределительных подстанций, на концах длинных линий электропередачи, на вводах крупных энергопотребителей, способных оказывать влияние на режим ее работы.

Проектирование и внедрение СМПР/WAMS

Компания «Сеть-Автоматика» в партнерстве с компанией «ПАРМА» (Санкт-Петербург), предлагает свои услуги по проектированию и внедрению систем мониторинга переходных режимов в масштабе региональных и национальных энергосистем. В перечень предлагаемых к реализации технических решений входят:

• УСВИ (PMU) ведущих российских и зарубежных производителей, в том числе, уникальные устройства, совмещенные с регистраторами аварийных процессов (ПАРМА РП4.11, ПАРМА РП4.12);
• концентраторы данных (PDC) на основе специального ПО компании «ПАРМА»;
• высокоскоростные каналы связи, включая спутниковые;
• полнофункциональное программное обеспечение сбора, обработки и отображения информации «WAProtector» (Elpros/ПАРМА) с возможностью интеграции с ОИУК (SCADA) диспетчерских центров и включения СМПР в централизованную систему противоаварийной автоматики.