Введение Автоматика Электрических Станций и Электроэнергетических Систем

Введение Автоматика Электрических Станций и Электроэнергетических Систем + Противоаварийная автоматика 1

2

3

Скорости протекания процессов в ЭЭС • Аварийные процессы, а также процессы нормального рабочего режима в энергосистемах настолько быстротечны, что оперативно-диспетчерское управление с участием человека-оператора оказывается неспособным вовремя отреагировать, и тем более справиться с возникающими при этом задачами, и поэтому должно дополняться управлением другого вида – автоматическим, т. е. с привлечением автоматических устройств. 4

5

Скорости протекания электромеханических и электромагнитных процессов в ЭЭС • Первоначально автоматические устройства применялись для защиты ЭЭС от действия сверхтоков. Рассматриваемые процессы – электромагнитные, устройства защиты – релейная защита (РЗ). • Далее начала развиваться т. н. линейная (сетевая) автоматика, предназначенная для увеличения скорости принятия решений оперативным персоналом: АПВ, АВР. • Позже начала широко развиваться автоматика, связанная с управлением электромеханическими переходными процессами, т. е. процессами длительной динамики. • Чтобы понять, почему РЗ, как правило, лишь ликвидирует возмущение, а большинство устройств автоматики управляет процессом, необходимо знать примерные скорости протекания электромагнитных и электромеханических ПП? 6

Классификация часто достаточно условна! 7

РЗ и Системная автоматика. Различия. • РЗ – электромагнитные ПП. Автоматика, как правило, электромеханические ПП. • Действие РЗ – локальный характер (одно или несколько близлежащих присоединений). Автоматика – более глобальный характер действия и влияния на ЭЭС, как правило, охватывается район ПАУ. Особенно характерно для централизованной системы АПНУ. 8

Автоматика нормального и аварийного режимов • АУ (автоматические устройства) управления нормальными режимами – как правило, достаточно медленная автоматика, предназначенная, в основном, для помощи оперативному персоналу. Её влияние на процессы при авариях в энергосистеме ограничено и сказывается главным образом на послеаварийном режиме. Процессы пуска, останова и включения на параллельную работу агрегатов, обеспечение качества ЭЭ, устранение перегрузок и т. д. • АУ управления аварийными режимами – существенно более быстрые устройства, действующие при авариях и приближающиеся по своему быстродействию к РЗ. 9

10

Курсы автоматика ЭС и ЭЭС и ПА 11

Итого. С чем имеем дело? • Как правило, длительные (электромеханические) переходные процессы. Исключение – линейная автоматика (АПВ и АВР). • Устройства с возможностью регулирования, для поддержания некоторых величин на неизменном уровне. Для анализа динамики потребуется теория автоматического управления (ТАУ). 12

Элементы теории автоматического управления • Для описания динамического поведения ЭЭС наиболее широкое применение нашли два основных подхода: • Метод пространства состояний – один из основных методов описания поведения динамической системы. Движение системы отражает изменение ее состояний. • Метод структурных схем – система представляется в виде схемы, содержащей основные функциональные звенья (апериодические, интегральные, пропорциональные и прочие блоки). Взаимодействия между звеньями осуществляется по принципу вход – выход. 13

Метод пространства состояний • Линейная или нелинейная динамическая система n-го порядка может быть описана в виде системы из n уравнений 1 -го порядка: 14

Метод пространства состояний. Модель движения маятника 15

Метод пространства состояний. Модель станция – шины бесконечной мощности (ШБМ) 16

Достоинства и недостатки метода пространства состояний • Интегрируя уравнения движения, записанные с использованием метода пространства состояний, можно анализировать динамическое поведение системы во времени. Однако подобная запись не дает наглядного представления о взаимодействии различных компонентов внутри системы. Для наглядного представления взаимодействия больше подходит метод структурных схем. 17

Метод структурных схем • Система представляется в виде схемы, содержащей основные функциональные звенья. Каждое звено описывается в терминах вход X, выход Y и передаточная функция W(s) 18

Метод структурных схем. Типовые звенья 19

Метод структурных схем • Структурная схема модели паровой турбины. Постарайтесь найти на данной модели все типовые звенья. • В КАЧЕСТВЕ УПРАЖНЕНИЯ. ПОПРОБУЙДЕ ПОЛУЧИТЬ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ЗВЕНА УРАВНЕНИЕ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ. 20

Подходы. Что, как и зачем считаем? • С некоторой долей условности можно сказать, что скорость реакции динамической системы на возмущение зависит от некоторой обобщенной постоянной времени, которая данная система может характеризоваться. • Чем меньше постоянная времени, тем быстрее реакция системы, и наоборот. Исходя из этого, принято разделять и не смешивать процессы, которые характеризуются существенно разными постоянными времени. • Основной причиной разделения курсов электромагнитных и электромеханических переходных процессов является тот факт, что электромагнитные переходные процессы протекают с гораздо большей скоростью. 21

Подходы. Что, как и зачем считаем? • Общепринятой практикой при исследовании электромеханических переходных процессов (ЭМПП) является разделение переменных, характеризующих динамику процесса на три вида: • Переменные , изменением которых можно пренебречь при расчете ЭМПП. Например переменные, описывающие поведение систем с большими постоянными времени. • Переменные , характер изменения которых определяет свойства переходного процесса. • Переменные , характеризующие процессы с малыми постоянными времени. В частности, при расчете электромеханического движения в большинстве случаев полагают мгновенный характер изменения переменных, описывающих электромагнитные процессы при коммутациях в сети. 22

Пример. Динамика движения скачущего мяча. • в промежутках между ударами о поверхность, движение мяча может быть описано с использованием дифференциальных уравнений пространства состояний. • в момент удара о поверхность происходит резкая смена направления движения, которая должна быть описана с использованием алгебраических, а не дифференциальных уравнений. 23

Описание электромеханического движения ЭЭС • Исходя из принятых обозначений, система уравнений, описывающих динамику ЭМПП, может быть представлена в следующем виде: • Вектор постоянных величин • Вектор переменных состояния (фазовых переменных метода пространства состояний) • Вектор алгебраических переменных 24

Описание электромеханического движения ЭЭС • Окончательно система дифференциальных уравнений может быть представлена в виде следующей системы дифференциальноалгебраических уравнений (ДАУ) • вектора переменных состояния и алгебраических переменных • вектора начальных значения переменных состояния и алгебраических переменных 25

На чем считаем? • В качестве среды для выполнения дальнейших расчетов, предлагается использовать среду R. В качестве графической оболочки предлагается использовать Rstudio. Оба дистрибутива распространяются бесплатно. • Ссылка для скачивания дистрибутива среды R: • http: //cran. rstudio. com/ • Ссылка для скачивания дистрибутива RStudio. • http: //www. rstudio. com/products/rstudio/download/ • Сначала ставим среду R, потом RStudio. Имеются дистрибутивы для Windows, Linux, Mac. OS. 26