Перспективы применения синхронизированных векторных измерений

«Коллективный разум» — уникальная рубрика на страницах журнала «Цифровая подстанция» и одноименного сайта, цель которой — привлечь максимальное количество экспертов из России и мира для решения острых вопросов, с которыми не справиться в одиночку! Все тексты, приведенные в данной рубрике, — личные мнения специалистов и не отражают позиций организаций по рассматриваемым вопросам.

 

Мы попросили отраслевых специалистов ответить на вопрос: «Какие перспективные сценарии применения синхронизированных векторных измерений (СВИ) нас ждут в ближайшие 5 лет?»

Дмитрий Дубинин
«Системный оператор»

Чтобы дать корректный ответ на данный вопрос, вначале нужно понять, что ограничивает развитие технологии СВИ в настоящий момент. Среди основных ограничений можно выделить следующие:

1. Недостаточная развитость нормативно-технической базы по внедрению и развитию СВИ в ЕЭС России. Данная проблема сейчас решается: в 2016 году был выпущен СТО 59012820.29.020.011-2016 «Релейная защита и автоматика. Устройства синхронизированных векторных измерений. Нормы и требования»; разработан и утвержден СТО «Концентраторы синхронизированных векторных данных. Нормы и требования»; в активной стадии разработки находится СТО «Релейная защита и автоматика. Система мониторинга переходных режимов. Нормы и требования». Требования к ПТК СМПР подстанций интегрированы в СТО 56947007- 29.240.10.248-2017 «Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35–750 кВ».

Данные документы снимут значительную часть вопросов при развитии технологии СВИ в ЕЭС России. Аттестован орган добровольной сертификации в Системе добровольной сертификации «Системного оператора» для УСВИ, причем уже проведены первые сертификационные испытания. Также запущена процедура создания органа добровольной сертификации для КСВД, плановые сроки — осень 2018 года.

2. Ограничения, накладываемые недостаточной пропускной способностью каналов передачи данных. В отличие от другой технологической информации данные СВИ из-за высокой дискретизации предъявляют сравнительно более высокие требования к каналу передачи данных, и, соответственно, их передача обходится дороже. По этой причине в настоящее время в режиме онлайн производится передача только той части информации, которая применяется в автоматизированных системах, функционирующих в режиме реального времени.

В ближайшие 5 лет технологии передачи информации будут значительно усовершенствованы, что приведет к весомому сокращению издержек на передачу данных, и потому ожидается, что ДЦ будут получать все данные СВИ в режиме онлайн, как это реализовано, например, у американских системных операторов, что позволит увеличить количество решаемых на базе СВИ задач.

3. Развитие технологии СВИ также ограничивается позицией собственников объектов электроэнергетики, считающих, что данные СВИ должны применяться исключительно для задач «Системного оператора». В то же время анализ нарушений работы оборудования на электростанциях и подстанциях показывает, что то качество данных, которое предоставляет технология СВИ, могло бы обеспечить оперативный персонал объекта энергетики очень полезной информацией в плане своевременного информирования о возникновении синхронных качаний генерирующего оборудования, о корректности работы системных регуляторов, о развивающихся дефектах измерительных трансформаторов и вторичных цепей напряжения, а также в плане достоверизации в режиме реального времени телеизмерений, передаваемых в СОТИ АССО и АСУ ТП объекта электроэнергетики, и т. д.

Специалисты СО постоянно фиксируют технологические нарушения, при развитии которых возможно своевременное информирование оперативного персонала станции о развивающихся дефектах оборудования для принятия необходимых мер, предотвращающих отключение генерирующего оборудования и соответствующие финансовые потери. СО ведет планомерную разъяснительную работу с собственниками в этом направлении, которая, безусловно, будет продолжена. Конечной целью является их заинтересованность в данной информации и внедрение программного обеспечения, позволяющего решать задачи объекта электроэнергетики (сетевой компании) на базе СВИ.

Нейтрализация влияния перечисленных выше сдерживающих факторов в конечном итоге приведет к значительному расширению применения технологии СВИ для решения как задач управления электроэнергетическим режимом, так и задач мониторинга состояния сетевого и генерирующего оборудования.

Качество данных имеет решающее значение для развития функциональности и совершенствования современных технических комплексов управления.

Если говорить о планах развития технологии СВИ, то вначале следует сказать, в каком направлении развивается энергетика. Развитие энергетики направлено в сторону внедрения систем распределенной генерации, солнечной и ветрогенерации, элементов силовой электроники FACTS и т. д., что требует адаптации существующих систем управления электроэнергетическим режимом. А для этого нужна информация нового качества — синхронизированные векторные измерения. Качество данных имеет решающее значение для развития функциональности и совершенствования современных технических комплексов управления, позволяет улучшить понимание процессов, протекающих в энергосистеме, оценить эффективность алгоритмов функционирования систем управления оборудованием, систем РЗА. На базе существующих телеизмерений невозможно вычислить динамические характеристики энергосистемы, обеспечить мониторинг относительных углов, идентифицировать параметры низкочастотных колебаний и т. д., поэтому развитие технологии СВИ и разработка соответствующего ПО является одной из приоритетных целей как для задач мониторинга, так и для задач управления электроэнергетическим режимом ЕЭС России.

Таким же актуальным вопросом является внедрение противоаварийной и режимной автоматики с использованием данных СВИ. В настоящее время продолжаются научно-исследовательские работы с целью:

  • применения данных СВИ для формирования расчетных моделей в системах оценивания состояния электроэнергетического режима для расчетных задач системы мониторинга запасов устойчивости и централизованной системы противоаварийной автоматики;
  • повышения точности противоаварийного управления за счет применения фазовых углов в алгоритмах функционирования противоаварийной автоматики.

И можно с большой долей уверенности утверждать, что системы противоаварийной и режимной автоматики с применением данных СВИ будут введены в эксплуатацию в самой ближайшей перспективе.

* * *

Алексей Мокеев
ИЦ «Энергосервис»

Можно выделить следующие основные сценарии расширения областей применения СВИ:

  • развитие существующей системы мониторинга переходных режимов (СМПР), интеграция СМПР с АСУ ТП и АСДУ;
  • применение ИЭУ с поддержкой СВИ в автоматизированных системах технологического управления;
  • массовое применение в устройствах релейной защиты, в локальных и распределенных системах противоаварийной и режимной автоматики.

Рассмотрим указанные сценарии более подробно. Количество УСВИ в энергосистеме России неуклонно увеличивается с каждым годом, расширяются функциональные возможности как самих устройств СВИ, так и СМПР. Развитие СМПР будет связано прежде всего с выявлением опасных режимов работы энергосистемы в реальном времени.

Другой перспективной областью применения УСВИ являются автоматизированные системы технологического управления. Указанные устройства следует рассматривать как логическое развитие многофункциональных измерительных преобразователей телемеханики.

Основные преимущества СВИ связаны с возможностью расчета параметров режима энергосистемы по основной гармонике на любом уровне управления, в том числе таких показателей, как токи, напряжения, активные, реактивные и полные мощности, параметры режима по симметричным составляющим и т. д. На основе 6 синхронизированных векторов тока и напряжения для каждого присоединения может быть рассчитано около сотни параметров по основной гармонике. На основе измерений синхронизированных векторов тока и напряжения, полученных с различных присоединений сети, могут быть рассчитаны и параметры самой энергосистемы. Дополнительные возможности связаны с эквивалентными синхронизированными измерениями токов и напряжений, с помощью которых могут быть вычислены параметры режима с учетом высших гармоник.

Установка даже небольшого количества устройств СВИ в составе АСДУ существенно повышает оценку состояния энергосистемы.

Как показали исследования отечественных и зарубежных авторов, установка даже небольшого количества устройств СВИ в составе АСДУ позволит существенно повысить оценку состояния энергосистемы. Массовое же применение устройств с поддержкой технологии СВИ позволит создать в перспективе автоматизированные системы управления нового поколения WACS.

Уже сегодня российские производители готовы начать массовое производство устройств с поддержкой технологии СВИ, которые сопоставимы с многофункциональными измерительными преобразователями телемеханики как по массогабаритным показателям, так и по стоимости. Основную проблему мы видим в отсутствии поддержки устройств с поддержкой СВИ отечественными программно-техническими комплексами АСДУ, а также в отсутствии взаимодействия между СМПР и АСДУ.

Появление перечисленных выше устройств с поддержкой СВИ позволит существенно расширить область применения указанных устройств, в том числе для автоматизации распределительных сетей и микросетей.

Говоря о применении технологии СВИ в устройствах РЗА, следует сказать, что уже сегодня ряд зарубежных производителей использует данную технологию для реализации продольных дифференциальных защит и дифференциальных защит шин. Дальнейшее развитие технологии СВИ связано с реализацией распределенных систем защиты и автоматики WAPS, а также с использованием технологии в составе цифровых подстанций.

* * *

 

Дэвид Долежилек
SEL
Грег Цвейгл
SEL

Устройства синхронизированных векторных измерений обеспечивают измерение электрических величин по всей энергосистеме в режиме реального времени. Они используются для распределенных систем управления (WACS), проверки модели системы, мониторинга запаса устойчивости, увеличения стабильной загрузки системы (пропускная способность линий, контроль напряжений и фазовых углов в узлах энергосистемы), обнаружения секционирования энергосистемы, общесистемной записи осциллограмм, а также визуализации динамических характеристик системы. Основными блоками системы являются подсистема синхронизации времени по GPS, блоки векторных измерений (PMU), концентратор данных векторных измерений (PDC), коммуникационное оборудование и программное обеспечение визуализации.

В настоящее время энергетические предприятия по всему миру используют УСВИ для проверки модели системы, ситуационной осведомленности, анализа устойчивости, обнаружения секционирования, анализа возмущений, распределенных систем измерения и управления (WAMS, WACS).

Мы считаем, в ближайшие 5 лет произойдет рывок в развитии следующих 5 областей:

1. WACS на основе модального анализа свойств энергосистем в режиме реального времени. Администратор торговой системы оптового рынка электроэнергии Administrador del Mercado Mayorista (AMM) определил преимущества использования технологии СВИ для управления энергосистемой в Гватемале. AMM обнаружил, что данные СВИ и соответствующие средства визуализации отлично дополняют традиционные SCADA-системы в диспетчерском пункте. Также данные СВИ используются для управления в рамках распределенной схемы управления, получившей название вспомогательной схемы управления (Supplementary Control Scheme, SCS). AMM применяет методы модального анализа по совокупности синхронизированных по времени измерений мощности. Схема модального анализа свойств энергосистем в режиме реального времени также может быть частью SCS. Модальный анализ использует СВИ для оценки режимов колебаний энергосистемы и связанных с ними коэффициентов амплитуды и демпфирования, после чего передает информацию в схему управления, которая инициирует корректирующее действие с целью предотвратить нарастающие колебания, которые могут вызвать развал энергосистемы, как это описано в статье «Обеспечение стабильной работы энергосистемы Центральной Америки посредством распределенной схемы измерения и управления» (Wide-Area Measurement and Control Scheme Maintains Central America’s Power System Stability).

Мы ожидаем более масштабное использование СВИ для модального анализа свойств энергосистем в режиме реального времени в распределенных системах измерения и управления.

2. Большие данные для энергосистемы. Диспетчеры опираются на мгновенные значения измерений широкого спектра параметров энергосистемы, полученные из конкретных ее частей через определенные интервалы времени. Однако синхронизированные векторные измерения дают возможность собирать данные, имеющие метки времени глобально по всей энергосистеме, и помещать их в единый массив для совместного доступа и использования. В итоге обработкой данных будет заниматься не само измерительное устройство, а т.н. клиент данных — то устройство, которому необходимы данные конкретных измерений. В итоге все части энергосистемы получат доступ к единому массиву данных, что обеспечит согласованность при работе между подразделениями и уменьшит вероятность параллельной обработки данных. Отпадет необходимость устанавливать отдельные измерительные приборы и реальные физические системы под каждое приложение. Например, УСВИ, размещенные по всей энергосистеме, будут передавать в систему данные всевозможных измерений, включая информацию о значительных изменениях напряжения и специальных данных о нагрузке в системе. Благодаря большим данным и распределенной системе широкого спектра измерений, каждое подразделение энергетической компании будет обрабатывать данные из одного и того же массива с необходимой для ее работы скоростью, частотой и точностью. Кроме того, будут доступны дополнительные возможности использования данных: исследование подсинхронных колебаний и нарушений нормальной работы энергосистемы, проверка моделей, обзор геомагнитных возмущений и расширенные измерения. Например, отдел измерений будет обрабатывать сигналы по мере необходимости, учитывая требования к учету и качеству электроэнергии. Также от потребителей может поступить информация о подозрительном высокочастотном шуме.

Имея только предварительно обработанные данные из существующих систем, подобные проблемы невозможно выявить и устранить без установки дополнительной аппаратуры. Это описано в статье «Распределенная система анализа больших данных широкого спектра» (A Wide-Area, Wide-Spectrum Big Data System).

3. Автоматизированный анализ данных для диспетчеров. Автоматизация анализа и визуализации сигналов УСВИ необходима для упрощения принятия решений и улучшения опыта работы диспетчеров энергосистем. Системы сбора данных синхронизированных векторных измерений получают слишком большое количество сырых данных и обработанной информации — непосильное для восприятия и понимания человеком (диспетчером). Поэтому, например, в диспетчерском пункте производится автоматическое обнаружение качаний. Статья «Система уведомлений о событиях: результат реализации проекта в компании San Diego Gas & Electric» (System for Event Summary Notifications: Preliminary Operational Results at SDG&E) рассказывает об опыте крупной энергетической компании, которая пошла по пути внедрения автоматизированного анализа данных СВИ для диспетчеров.

Мы ожидаем, что все больше энергетических компаний будут внедрять синхронизированные векторные измерения, а также другие системы с большим количеством данных в систему управления энергопотреблением (EMS). Однако необходимо проделать работу по упрощению того, что видит диспетчер. Нужно заменить существующее представление в виде бесчисленных потоковых диаграмм, которые, несмотря на свою информативность, слишком сложны для диспетчера и требуют его дополнительного обучения.

4. Распределенное управление, основанное на введении дополнительных функций в случае увеличения нагрузки на энергосистему. Недавно на юге Перу была внедрена схема корректирующих действий (Remedial Action Scheme, RAS), в основе которой лежат устройства синхронизированных векторных измерений и управления (PMCU). Она реагирует на различия углов двух узлов энергосистемы, находящих на расстоянии 400 км друг от друга. В случае достижения предельных значений она сбрасывает нагрузку для поддержания стабильности энергосистемы страны. Необходимость внедрения RAS появилась недавно, после серьезного увеличения нагрузок на юге.

Синхронизированные по времени векторные измерения передаются в резервные процессоры УСВИ, где сравниваются их фазовые углы. В течение миллисекунд после достижения пороговой разницы углов алгоритм принимает решение о сбросе нагрузки на крупных горнодобывающих объектах. Внедренная система позволила подключить крупную горнодобывающую установку к перуанской сети, не нарушив стабильности и надежности энергосистемы в целом. Этот пример приведен в статье «Схема корректирующих действий на основе векторных измерений и разности углов для сетей 500 кВ в Перу» (Remedial Action Scheme Based on Synchrophasor Measurements and System Angle Difference for Peru’s 500 kV Grid). Данные СВИ также необходимы для реализации инерционного компенсированного сброса нагрузки, описанного в статье «Опыт внедрения: адаптивная система автоматической частотной разгрузки» (Case Study: An Adaptive Underfrequency Load-Shedding System). И наконец, проводятся исследования по оценке состояния энергосистемы.

5. Приращения значений во временной области. В будущем подобные усовершенствования энергосистемы будут принимать как данные СВИ, так и потоковые данные с метками времени, полученные из систем сбора данных во временной области.

Элементы защиты на основе метода бегущей волны являются сверхвысокоскоростными.

Новые устройства защиты линии по приращению значений, а также устройства, основанные на методе бегущей волны, применяются для высокоскоростного выявления и безопасного устранения неисправностей на линиях электропередачи. Такие принципы защиты называются принципами защиты во временной области. Современные технологии позволяют использовать аппаратное обеспечение с высокими частотами дискретизации, большим хранилищем данных, быстрой обработкой данных и расширенными возможностями связи, что способствует развитию нового поколения защит линии с высоким быстродействием и точным определением места повреждения. Новые принципы защиты линии, основанные на приращении значений и методе бегущей волны, применяются для высокоскоростного выявления и безопасного устранения неисправностей на линиях электропередачи. Это добавляет массу преимуществ в работу энергосистемы, а также позволяет реализовать волновое определение места повреждения (ВОМП). Элементы защиты на основе метода бегущей волны являются сверхвысокоскоростными и способствуют значительному сокращению времени устранения неисправностей. Например, быстродействующая ступень дистанционной защиты (TD21), пусковые органы которой опираются на анализ сигналов во временной области, может защищать 80% длины линии с быстродействием срабатывания в 4 мс. Направленная дистанционная защита с передачей разрешающих сигналов (TD32), работающая на том же временном принципе, может обеспечивать быстродействие в 2 мс, а если при этом использовать органы на волновом принципе (TW32), то можно достичь быстродействия в 1 мс. Дифференциальная токовая защита линии на волновом принципе (TW87) обеспечивает быстродействие защиты в диапазоне от 1 до 4 мс в зависимости от длины линии и места возникновения повреждения.

Быстрое устранение повреждений приводит к уменьшению повреждения оборудования, увеличению срока его службы, улучшению качества электроэнергии (в связи с уменьшением проседания напряжения), повышению безопасности (в связи с уменьшением продолжительности горения дуги) и повышению устойчивости энергосистемы к переходным процессам (в связи с уменьшением кинетической энергии, накопленной ротором вследствие ускорения). В будущем потоковые данные с метками времени, полученными из систем сбора данных во временной области, улучшат не только сверхскоростную защиту, но и другие важные части локальных и распределенных систем измерения и управления энергосистемой на основе метода бегущей волны. Например, стабильность энергосистемы, ОМП, восстанавливающееся напряжение переходного процесса и другие решения во временной области, как это описано в статье «Опыт внедрения защиты во временной области: проверенные в эксплуатации преимущества в области защиты, управления и мониторинга» (Case Study of Time-Domain Protection: Field-Proven Benefits to Protection, Control, and Monitoring).

* * *

Фёдор Гайдамакин
«АльтероПауэр»

Думаю, что у нас в России сфера применения векторных измерений будет расширяться.

В первую очередь их начнут использовать для мониторинга и диагностики электротехнического оборудования (генераторов, трансформаторов, выключателей) и измерительных трансформаторов. Вторая тенденция — миниатюризация и удешевление PMU и внедрение технологии в распределительные сети. Возможно также использование векторных измерений в задачах по обнаружению мест повреждений в кабельных линиях.

* * *

Алексей Осак
ИСЭМ СО РАН

Мы считаем, что СВИ могут использоваться как предупредительные сигналы оперативно-диспетчерскому персоналу СО, сетевых и генерирующих компаний о начале и масштабах системных аварий. Событийный поток (сработало то-то, отключилось то- то) неинформативен при большом количестве событий и требует времени для осознания произошедшего. На основании данных СВИ можно просто произвести районирование аварийной обстановки без уточнения событий и объектов. При этом оперативно-диспетчерскому персоналу соответствующего уровня достаточно сообщить информацию о ближайшем к нему регионе.

На примере системных аварий 2016–2017 годов можно сообщать о разделении ЕЭС, конкретной ОЭС и ЭЭС на несинхронно работающие части (например, «Восточная часть ОЭС Сибири выделилась на изолированную работу от ЕЭС», «Бурятская и Забайкальская ЭЭС отделились от Иркутской ЭЭС»). Получив краткое и информативное сообщение, оперативно-диспетчерский персонал может действовать более внимательно и ответственно, если управляемый им объект находится в эпицентре событий.

Аналогично информированию оперативно-диспетчерского персонала на основании данных СВИ, обработанных специализированными алгоритмами в филиалах СО, можно формировать и передавать на энергообъекты сигналы по ускорению, повышению или снижению чувствительности пусковых органов устройств режимной и противоаварийной автоматики ЭЭС.

Решение задачи оценки состояния текущего режима ЭЭС выигрывает от применения точных синхронизированных измерений СМПР.

Исследования в области управления функционированием электроэнергетических систем, проводимые в нашем Институте систем энергетики им. Л. А. Мелентьева, охватывают и тему векторных измерений. Решение задачи оценки состояния текущего режима ЭЭС выигрывает от применения точных синхронизированных измерений СМПР. Наши методы позволяют выполнять априорную достоверизацию измерений, поступающих для решения задачи оценки состояния. Безусловно, процессу достоверизации должны подвергаться и векторные измерения. С позиций того, что задача оценки состояния играет роль барьера для ошибочных данных, направляющихся от первичных датчиков в ОИК или в PDC, мы приступили к разработке мер по обеспечению киберустойчивости программ к злонамеренному искажению первичной информации.

Относительно недавно была выполнена большая работа по моделированию устройств FACTS в алгоритмах оценивания состояния. Решение задачи оценки состояния с включением устройств FACTS, проводимое на основе векторных измерений, даст существенное улучшение сходимости вычислительного процесса.

* * *

Андрей Шеметов
ФСК

Никаких [перспектив]. Сейчас не определены экономические эффекты от данного капиталовложения и их назначения, а значит и через 5 лет не появятся.

* * *

Павел Казаков
«РТСофт»

СВИ — это во многом революционная технология измерения параметров электрических сетей, которая стала возможной после появления глобальных спутниковых навигационных систем. СВИ имеют 3 основные особенности:

  • синхронизированные измерения всех основных параметров во всех точках электросети;
  • измерение всех параметров на интервале 20 мс (один период основной частоты);
  • измерение относительных фаз токов и напряжений.

Телемеханические измерения отличаются от СВИ так же, как разбор работы электрической схемы с помощью вольтметра — от разбора с помощью многоканального цифрового осциллографа.

У СВИ огромный потенциал.

В настоящее время результаты векторных измерений используются в основном в интересах «Системного оператора». Для мониторинга устойчивости энергосистемы, поиска низкочастотных колебаний и причин их возникновения, а также для многих других целей уже имеются программные комплексы уровня диспетчерского центра с развитым функционалом. Однако потенциал СВИ гораздо больше. В ближайшие 5 лет мы увидим появление ряда программных разработок для решения практических задач собственников энергообъектов на уровне станций и подстанций. В их числе:

  • верификация параметров схем замещения и диагностика силового оборудования;
  • мониторинг скачков, провалов и импульсов напряжения и тока для анализа перегрузок и перенапряжений оборудования;
  • создание новых режимных пусковых органов для противоаварийной автоматики (ПА);
  • разработка системы режимной верификации достоверности телесигналов (ТС) о статусе состояния (включено/выключено) линий электропередачи;
  • создание аналога устройства фиксации отключения линии (ФОЛ), действующего на основе анализа режимных параметров.

Наверняка мы еще узнаем о многих интересных идеях использования этой новой технологии. СВИ позволяют решать все задачи с очень высокой экономической эффективностью, так как для них будут использоваться одни и те же исходные данные.

* * *

Татьяна Климова
НИУ МЭИ

Применяемые в настоящее время устройства синхронизированных векторных измерений (УСВИ, зарубежный аналог — Phasor Measurement Unit, PMU) изначально создавались для реализации функции мониторинга стационарных режимов энергосистем (WAMS). Этим определяется регулирование окна обработки входных сигналов и, следовательно, быстродействия УСВИ.

Основным преимуществом синхронизированных векторных измерений в сравнении с телеизмерениями является высокая скорость обновления информации (от 1 до 4 измерений на период промышленной частоты), точность измерения параметров электроэнергетического режима, а также высокая точность синхронизации времени с глобальными навигационными спутниковыми системами, дающая возможность сопоставления измерений, сделанных в разных частях энергосистемы.

Эти характеристики вызывают желание использовать УСВИ для решения задач управления и защиты (WACS и WAPS) как офлайн, так и онлайн — особенно онлайн. Для цифровой подстанции актуальны:

  • постоянный мониторинг состояния оборудования подстанции с целью предотвращения развития аварийных ситуаций;
  • верификация расчетных моделей и высокая точность УСВИ дают возможность получить статические и динамические характеристики различных видов нагрузок с достаточной точностью измерений для нагрузок разного вида и разной мощности;
  • идентификация аварийных ситуаций и технологических нарушений и онлайн-визуализация результатов идентификации в режиме реального времени;
  • анализ сложных возмущений и каскадных отключений, прогнозирование развития режима для выявления и предотвращения прогрессирующего развития нарушений, визуализация глобального поведения энергосистемы в режиме реального времени;
  • оценка работы релейной защиты в реальном времени для предотвращения ложных срабатываний или отказов срабатывания;
  • идентификация низкочастотных колебаний, выявление источников низкочастотных колебаний, демпфирование низкочастотных колебаний, прогнозирование их поведения;
  • объединение синхронизированных измерений разных подстанций дает возможность создания единой «умной» сети (smart network);
  • для применения УСВИ в перспективных системах управления и защиты они должны обеспечивать необходимую точность измерений в ходе различных переходных процессов. В связи с этим актуальной становится задача совершенствования аппаратной базы и алгоритмов цифровой обработки сигналов УСВИ, обеспечивающих заданную точность оценки параметров в соответствующих режимах с требуемым быстродействием.

А после решения этих задач возникнут новые, еще более интересные и важные. О сколько нам открытий чудных готовят… ближайшие 5 лет!

* * *

Андрей Немкович
НИУ «Парма»

СВИ — единственная на данный момент технология, позволяющая осуществлять мониторинг динамических процессов в реальном времени. В настоящее время в России эта технология только начинает на ходить свое применение, формируются подходы к ее использованию. Есть предпосылки к тому, что в ближайшие 5 лет данная технология найдет более широкое применение для решения конкретных задач. Можно выделить две основные задачи, актуальные для любой энергосистемы во все времена: повышение устойчивости, надежности, управляемости и снижение расходов на создание и эксплуатацию различных автоматизированных систем.

1. СВИ для повышения надежности электроснабжения. ЕЭС России была и в обозримом будущем останется энергообъединением со слабыми межсистемными связями. Поэтому надежность и живучесть ЕЭС России обеспечивались и будут обеспечиваться путем широкого использования средств противоаварийного автоматического управления.

СВИ — это инструмент, который позволяет в реальном времени получать детерминированную синхронизированную и точную информацию, характеризующую устойчивость работы энергосистемы: частота, скорость изменения частоты, фазовые углы в узлах энергосистемы и пр. Эта технология потенциально может позволить создать новые, более совершенные алгоритмы ЦСПА, повысив точность и сократив избыточность управляющих воздействий (снижение ущерба), расширить области допустимых режимов работы энергосистемы.

2. СВИ для создания систем диспетчеризации. СВИ могут использоваться для снижения эксплуатационных затрат и затрат на создание автоматизированных систем мониторинга и диспетчеризации за счет реализации функционала нескольких автоматизированных систем на единой программно-аппаратной платформе. По сравнению с создаваемыми в настоящее время ССПИ, ТМ, АСДУ и пр., системы, построенные на базе СВИ, имеют ряд неоспоримых преимуществ: они позволяют получать детерминированную синхронизированную и точную информацию и осуществлять мониторинг параметров как установившихся, так и переходных режимов.

Системы, построенные с использованием СВИ, могут использоваться для решения конкретных практических задач, которые невозможно решить с помощью традиционных систем диспетчеризации и управления:

  • контроль устойчивости и пропускной способности линий электропередачи в режиме реального времени на основе измерений фазовых углов напряжения в контролируемых узлах;
  • выявление источников низкочастотных колебаний и оценка возможности их демпфирования в режиме реального времени;
  • контроль допустимости режима работы генераторов, участвующих в регулировании частоты и мощности в энергосистеме;
  • оценка правильности настройки АРВ (оценка качества демпфирования низкочастотных колебаний средствами АРВ);
  • оценка колебательной устойчивости в режиме реального времени;
  • мониторинг и выявление островного режима работы в реальном времени в случае разделения энергосистемы;
  • обеспечение высокого уровня наблюдаемости энергосистемы и формирование ее динамической модели для верификации и расчета уставок РЗА и ПА.

С учетом того, что рост пропускной способности каналов передачи данных подчиняется закону Мура, есть все предпосылки, что технология СВИ станет стандартным решением для систем диспетчеризации и управления в будущем.

* * *

Приянка Мохапатра
SP Energy Networks

Применение УСВИ имеет значительные преимущества за счет сокращения эксплуатационных расходов британских сетевых компаний, системных операторов и потребителей. Ниже приводятся основные предпосылки для развития систем векторных измерений в энергосистеме Великобритании:

  • Смягчение эксплуатационных ограничений, вызванных колебаниями. Сильные колебания могут вызвать серьезные проблемы в работе и надежности сети, например, повреждение оборудования или уменьшение границ допустимого перетока мощности. Диспетчеры должны иметь возможность наблюдать за широким диапазоном частот, чтобы управлять и смягчать те колебания, которые могут вызвать проблемы с оборудованием и работой сети. В противном случае сеть в ситуации присутствия в системе подозрительных колебаний/качаний будет вынуждена работать в более жестком режиме, с ограничениями нагрузки и генерации.
  • Повышение надежности системы (описанные ниже результаты применения СВИ повлияют на энергосистему Великобритании в плане снижения риска возникновения блэкаутов):
    • улучшение ситуационной осведомленности об обстановке во всей системе электропередачи Великобритании и визуализация динамических характеристик системы. Использование УСВИ обеспечивает высокую точность диаграмм, что позволяет следить за величиной напряжения, частоты системы и скорости ее изменения, активной и реактивной мощности, а также производить мониторинг запасов устойчивости системы, основанный на величине разности фазовых углов;
    • диспетчеры более не могут опираться на динамику эксплуатационных показателей в качестве данных для оценки поведения сети, ведь темпы генерации и потребления постоянно растут. Применение УСВИ поможет обеспечить выявление возникающих проблем прежде, чем они приведут к сбоям или серьезным неполадкам в энергосистеме;
    • вне диспетчерского центра использование УСВИ позволит сетевым компаниям управлять предельными ограничениями характеристик посредством лучшего понимания и проверки модели энергосистемы. Сетевые компании должны разрешить системным операторам расширить границы предельных значений параметров энергосистемы, поскольку это может повлиять на сохранность активов. Поэтому применение УСВИ будет иметь решающее значение для обеспечения надежности посредством мониторинга активов и улучшения проверки модели энергосистемы, для улучшения ее характеристик и для ее визуализации.
  • Сокращение затрат на ограничение характеристик с малым запасом устойчивости. По прогнозам, затраты на введение ограничений будут возрастать по мере перехода Великобритании к низкоуглеродному будущему, а прерывистый характер генерации и спроса будет приводить к динамическим условиям эксплуатации. Более совершенный мониторинг, обеспечиваемый с помощью СВИ, позволяет диспетчерам лучше оценивать границы динамической стабильности и безопасности и приближать систему к этим границам без риска разрушения системы. Это может в значительной степени уменьшить ограничения на критических границах энергосистемы.
  • Обеспечение гибкости планирования отключений. Нельзя управлять ветровой и солнечной генерацией так же, как традиционными электростанциями. Это бы вызвало трудности планирования плановых отключений. Ожидается, что ситуация станет более сложной в свете все более быстрого перехода к низкоуглеродному будущему, а применение УСВИ может обеспечить лучшее представление динамической устойчивости энергосистемы, что позволит диспетчерам изучать непредвиденные сценарии, проявлять большую гибкость при планировании отключений и в целом поддерживать стабильность системы в условиях отключения электроэнергии.
  • Добавление дополнительной линии обороны в случае серьезных перебоев в энергоснабжении. Дополнительно к указанным выше целям схемы защиты целостности системы на основе СВИ могут применяться для принятия соответствующих мер в экстремальных и непредвиденных ситуациях, таких как сценарии, не предусматривающие принятия мер для минимизации удара по потребителям при отключении электроэнергии.

* * *

Томас Либах
Siemens

Наиболее полезным применением векторных измерений я считаю мониторинг устойчивости энергосистемы с использованием концентратора векторных данных, интегрированного в диспетчерский пункт. Он дает возможность обнаружения:

  • качаний мощности для предотвращения нарушения энергоснабжения;
  • выделения части энергосистемы на изолированную работу;
  • короткого замыкания/потери энергоснабжения.

Судя по всему, следующим шагом будет развитие распределенных схем управления. Они могли бы включать в себя, к примеру, автоматическое включение шунтирующих реакторов в случае достижения предельной разности фазовых углов, а также автоматическую реконфигурацию системы. Распределенные схемы защиты будут основаны на более тесном взаимодействии устройств релейной защиты с оборудованием вне подстанции. Все это означает более точное определение критически важного оборудования, а также более высокую надежность резервирования системы.

Цифровая подстанция

(close)

 

Цифровая подстанция

(close)

Имя пользователя должно состоять по меньшей мере из 4 символов

Внимательно проверьте адрес электронной почты

Пароль должен состоять по меньшей мере из 6 символов

 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: