Со сборных шин подстанции электроэнергия распределяется по различным электроприемникам: электродвигателям, источникам света, нагревательным приборам и т. д.
Производство электрической энергии и ее потребление -- процессы непрерывные и единые во времени. Электрическую энергию нельзя накапливать в больших количествах, не передавая потребителям, т. е. в каждый момент времени ее выработка должна соответствовать потреблению. Отдельные электростанции не могут обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии потребителям, поэтому по мере развития энергетики их объединяют в системы, в которых они работают параллельно на общую нагрузку.
Объединение электростанций в энергосистемы имеет большое значение для обеспечения согласованной работы станций различных типов, особенно тепловых и гидростанций.
Мощность гидроагрегатов ГЭС в период паводка и в зимнее время различна, поэтому весной основную нагрузку в энергосистеме несут гидростанции, на тепловых же станциях в это время часть агрегатов основного назначения останавливают, что обеспечивает экономию топлива и проведение плановых ремонтных работ. В зимнее время роли тепловых и гидростанций меняются.
Таким образом, появляется возможность создания экономически мы годных режимов работы разных типов электростанций. Создание энергосистем повышает надежность электроснабжения и улучшает качество электроэнергии, обеспечивает постоянство напряжения и частоты вырабатываемого тока, поскольку колебания потребления воспринимаются одновременно многими электрическими станциями.
2. Понятие энергосистемы
Энергетическая система (энергосистема) представляет собой совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процессов производства и распределения электрической и тепловой энергии.
Электрическая система является частью энергосистемы и состоит из
Генераторов,
Распределительных устройств,
Электрических сетей (подстанций и линий электропередачи различных напряжений)
Электроприемников.
В состав энергосистем (электросистем) входят также:
Производственные предприятия и мастерские,
Лаборатории и подъемно-транспортные средства, необходимые для выполнения работ, связанных с эксплуатацией всех элементов этих систем.
Эксплуатация энергосистемы осуществляется инженерами, техниками, мастерами и рабочими соответствующих квалификаций.
3. Оперативное управление энергосистемой
Оперативное управление энергосистемой (электросистемой) обеспечивают диспетчеры, обслуживают оборудование электростанций и подстанций -- дежурным персонал, а линии электропередачи -- линейный персонал.
Ежедневно на сутки вперед планируется работа всей энергетики страны.
Прогнозы электропотребления. Для этого прогнозируется предстоящее электропотребление. Прогнозирование потребления в условиях, когда работают тысячи и десятки тысяч независимых и зависимых друг от друга потребителей энергии и тепла, представляет сложную задачу. Для ее решения применяются современные и очень быстродействующие вычислительные машины. При прогнозе учитывается много влияющих факторов. Учитывается день недели (потребление в разные дни недели разное, больше в рабочие дни и меньше в субботу и воскресенье), учитывается для какого числа составляется прогноз -- потребление в рабочие дни в начале месяца обычно меньше, чем в конце месяца, еще сказывается неритмичность работы, раскачка в начале, «авралы» для выполнения плана в конце месяца. По этой же причине потребление в рабочий день первого месяца квартала оказывается меньше, чем в аналогичных условиях для последнего месяца квартала. Особенно растет электропотребление в конце года.
Но при прогнозировании приходится учитывать и ряд других факторов, таких, как предполагаемые (а значит, тоже прогнозируемые) погодные условия на завтра, некоторые сезонные факторы и др. Схема прогнозирования довольно сложна. Само прогнозирование, хотя и основывается на современных приемах математической статистики, в значительной мере сводится к тому, что в основу прогноза кладется некоторый реальный или наблюденный график нагрузки, который был «в похожих условиях». Этот прототип корректируется по основным влияющим факторам.
Нужен архив данных о графиках за прошлые дни. Для того чтобы выбрать подходящий прототип графика нагрузки энергосистемы, у инженера-режимщика, планирующего режим потребления, должен быть достаточный по объему архив наблюденных графиков нагрузки. Создание архива графиков нагрузки обычно возлагается на ЭВМ. Она готовит графики для хранения, уплотняет информацию по мере старения графиков и хранит информацию или во внешней памяти ЭВМ, или вне ЭВМ на машинных носителях информации.
Современные методы краткосрочного прогнозирования графиков нагрузки достигли высокого качества. Ошибка прогноза редко превышает 1,5--2%.
Регулирование и лимитирование нагрузки потребителей. Итак, нагрузка на предстоящие сутки запрогнозирована. Но прогноз по ряду причин восторга у энергетиков не вызывает. Например, предстоящее энергопотребление или будет слишком велико, или очень неравномерно с большим пиком нагрузки к вечеру и с большим провалом нагрузки ночью.
Производится корректировка графика потребления или, как это называлось выше, регулирование графика потребления. Составляются рекомендации по предстоящему режиму электропотребления и вводятся необходимые коррективы. Скорректированный график и будет планом электропотребления на предстоящие сутки.
Подведем теперь некоторые итоги. Итак, чтобы управлять режимом энергосистемы и чтобы этот режим был максимально экономичным (например, давать самую низкую себестоимость энергии), у нас есть два способа: 1) перераспределять нагрузку между работающими агрегатами, нагружая наиболее экономичные в данный момент агрегаты и разгружая менее экономичные;
2) изменять состав включенных и остановленных агрегатов, отключая при снижении нагрузки наименее экономичные в данный момент агрегаты и включая их (например, в обратной последовательности) при росте нагрузки энергосистемы. Кроме агрегатов, можно менять состав включенных линий электропередачи, включать (или отключать) трансформаторы.
Первый способ -- перераспределение нагрузки, второй способ -- управление составом агрегатов. Эти два способа находятся в руках у диспетчера, управляющего энергосистемой. Первый способ сегодня хорошо отработан и теоретически, и в прикладном плане. А вот строгого решения задача о выборе оптимального состава работающих агрегатов еще не найдено. Но сегодня в распоряжении диспетчера есть способы, дающие достаточно качественные приближенные решения. Для нормальной и эффективной работы диспетчера необходим план работы на предстоящие сутки. Такой план разрабатывается для каждого объединения энергосистемы, для каждой районной энергосистемы и для каждой крупной электростанции. План должен быть наиболее выгодным или оптимальным.
Диспетчер должен следить за выполнением этого плана. Но при его существенном отклонении от реального хода электропотребления в этот план на оставшиеся часы должны быть внесены необходимые коррективы.
В управлении энергосистемами различают управление нормальными и аварийными режимами энергосистем. Управление нормальными режимами включает реализацию заранее запланированных режимов работы (запланированных графиков нагрузки каждой электростанции). Кроме этого, в управление нормальными режимами входит регулирование частоты с одновременным выполнением баланса мощности в системе, регулирование напряжения и поддержание качества электроэнергии.
Управляет нормальными режимами диспетчер с помощью специальных автоматических устройств.
Управление аварийными режимами включает мероприятия по скорейшей ликвидации аварий. Пораженный участок должен быть как можно быстрее отключен от сети. Должны быть приняты меры по восстановлению питания отключенных потребителей (например, организовано энергоснабжение потребителей от резервного источника или от резервной линии), диспетчер должен организовать восстановительные работы.
Послеаварийный режим -- тяжелый режим работы энергосистемы. После аварии в энергосистеме, как правило, нарушается баланс мощности и наступает послеаварийный режим. Этот режим характеризуется понижением частоты и напряжения, т. е. снижением качества энергии и значительным возрастанием нагрузок в отдельных элементах системы энергоснабжения. Задача диспетчера -- как можно скорее перейти от послеаварийного режима снова к нормальному режиму работы.
При управлении аварийными режимами широко используются разнообразные устройства. Аварийные режимы протекают часто очень быстро. Человек не может прореагировать на них. Без автоматики управлять нормальными и аварийными режимами было бы крайне сложно.
Но и этого количества ЭВМ недостаточно для надежного управления энергосистемой. Дело в том, что при оперативном управлении нужно прогнозировать и планировать, нужно решать отдельные инженерные задачи, требующие больших затрат времени. Для решения плановых задач требуются ЭВМ достаточно высокой производительности. Поэтому на диспетчерских пунктах устанавливают еще две ЭВМ средней или большой мощности. Они образуют так называемый вычислительный комплекс.
Для повышения надежности и облегчения работы персонала все ЭВМ соединяются между собой через специальные устройства. Это позволяет передавать из одной машины в другую информацию (чисЛа) и коМанды управления.
Образуется связанный четырехмашинный (микро ЭВМ не считают) комплекс технических средств, находящийся в распоряжении диспетчера.
К этому комплексу подключается большое количество дисплеев, позволяющих руководству и технологам различных служб и отделов проверять качество работы энергосистемы и принимать участие в планировании работы.
Такая четырехмашинная схема считается сегодня типовой для управления энергосистемой.
Диспетчер оснащен вычислительными машинами. Это уже упомянутые микро-ЭВМ, собирающие информацию и проводящие ее в предварительную обработку. Кроме них, на диспетчерской пункте используются машины средней мощности или мини-ЭВМ. Они проводят Вторичную обработку информации, собирая и обобщая информацию по всему объекту. Они решают (по запросу диспетчера) отдельные нужные ему задачи и выдают обработанную информацию на главный щит управления или, как говорят, управляют главным щитом, выдают информацию на дисплеи диспетчеру и его помощнику.
Совокупность машин и сбора и представления информации диспетчеру получила название оперативно-информационный комплекс технических средств диспетчерского управления. В нашем случае это две микро-ЭВМ, дисплеи и вспомогательное оборудование плюс система телемеханики.
4. Автоматизированная система диспетчерского управления режимом энергосистемы
Общие сведения
Технологический процесс производства, передачи и распределения энергии определяется большим числом независимых и регулируемых параметров, значения которых зависят от внешних возмущений.
Для обеспечения нормального функционирования энергосистема оснащается разнообразными устройствами релейной защиты и автоматики. Действие этих устройств приводит к изменению структуры энергосистемы и к переходу от нормальных режимов к послеаварийным.
Задачей диспетчерского управления является координация работы всех элементов системы, в том числе и автоматики, для обеспечения экономичности режимов, качества и надежности электроснабжения в условиях изменения нагрузок и структуры системы. Диспетчерское управление требует оперативной переработки больших объемов информации и должно быть максимально автоматизированным. С этой целью в энергосистемах и объединениях созданы службы автоматизированных систем диспетчерского управления ( АСДУ), основные задачи которых:
1. Прогнозирование графиков нагрузки на ближайшую перспективу;
2. Планирование суточных графиков работы энергосистемы, т. е. определение
Выработки на электростанциях и перетоков, которые обеспечивают потребности при минимальных затратах;
3. Оперативная корректировка режимов при отклонении фактических нагрузок от прогнозируемых и изменениях состава включенного оборудования.
Основой АСДУ является оперативно-информационный комплекс (ОИК), включающий мощный набор технических средств, предназначенных для сбора и передачи на диспетчерский пункт информации о состоянии основного оборудования системы и параметрах режима ее, переработки информации, отображения и документирования информации.
В комплекс технических средств входят первичные датчики, измерительные преобразователи, устройства телемеханики, каналы связи, ЭВМ и разнообразные средства отображения, включающие дисплеи, телеэкраны, щиты управления, сигнальные табло и т. п.
ОИК работает в реальном времени, с определенной цикличностью опрашивая датчики телесигнализации (ТС) и телеизмерений (ТИ) с помощью устройств контролируемых пунктов (КП) телемеханики и передачи сигналов по линиям связи в приемные устройства (ПУ) телемеханики, установленные на диспетчерских пунктах. Здесь сигналы вводятся в ЭВМ, обрабатываются и используются при решении различных диспетчерских задач.