Сборник докладов - Электроэнергетика глазами молодежи 2010

Подождите немного. Документ загружается.

2.1.5. Задание объемов и настройки АЧР, объемов графиков аварийного ограничения

режима потребления, контроль реализации.

2.1.6. Разработка технических решений, расчет уставок и обеспечение координации

настройки РЗА в энергосистеме.

2.1.7. Подготовка обоснований по реконструкции существующих и сооружению но-

вых объектов электроэнергетики с определением приоритетов в реализации про-

ектов на основе разработки перспективной математической

модели энергосис-

темы и анализа перспективных ограничений.

2.2. Электромагнитные процессы при анализе следующих ситуаций (неполный перечень):

2.2.1. Несинхронные включения генераторов.

2.2.2. Короткие замыкания различных видов и замыкания проводов на землю.

2.2.3. Обрыв проводов.

2.2.4. Однофазные отключения и повторные включения отдельных фаз.

2.2.5. Включение электродвигательной нагрузки.

2.2.6. Случаи резонансных и феррорезонансных

явлений.

2.2.7. Движение и отражение волн напряжения.

3. Идентификация возмущений и опасных состояний в энергосистеме:

3.1. Мониторинг поведения следующих ПЭР в темпе реального времени в контрольных

точках энергосистемы:

3.1.1. Частота (величина отклонения от 

ном

, «слом» частоты, скорость изменения

(∆ ∆

⁄

), низкочастотные колебания).

3.1.2. Напряжение фазные и линейные (величина отклонения от 

ном

, «слом» траекто-

рии напряжения, скорость изменения (∆ ∆

⁄

), низкочастотные колебания).

3.1.3. Углы векторов напряжения (величина, «слом» траектории относительного угла,

скорость изменения (∆δ ∆

⁄

), низкочастотные колебания).

3.1.4. Токи фазные.

3.1.5. Активные и реактивные мощности перетоков.

3.1.6. Нерегулярных составляющих перечисленных параметров электрического режи-

ма.

3.1.7. Идентификация вероятных причины и места возникновения возмущения по

данным мониторинга.

4. Мониторинг поведения параметров оборудования и свойств энергосистемы:

4.1. Линии электропередачи переменного (пофазно) и постоянного тока, вставки постоянно-

го тока.

4.2. Силовые автотрансформаторы и трансформаторы, их коэффициенты трансформации.

4.3. Реакторы (шунтирующие, продольные статические и регулируемые).

4.4. Батареи статических конденсаторов.

4.5. Другие активные элементы системы для управления электрическими режимами.

4.6.

Нерегулярные составляющие параметров оборудования.

4.7. Мониторинг эффективности работы систем регулирования на объектах:

4.7.1. АРС и АРВ на электростанциях.

4.7.2. АРПН на подстанциях.

4.7.3. Соответствия характеристик регулирования активных элементов энергосисте-

мы заданным.

4.8. Диагностика эксплуатационного состояния оборудования.

4.8.1. На объектах энергосистемы.

4.8.2. Централизованно.

4.9. Определение статических и динамических характеристик:

4.9.1. Генерирующих

мощностей.

4.9.2. Потребления, нагрузки крупных потребителей.

4.9.3. Частотные эффекты по линиям электропередачи и сечениям.

5. Оперативный прогноз (с упреждением 30–60 минут) значений параметров электрического режи-

ма, основного оборудования и статических характеристик с анализом степени тяжести режима (и

формированием мер по предотвращению выхода режима из области допустимых значений).

МАСТЕР-КЛАСС «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МОДЕЛИ РЕЖИМОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ»

П.М. Ерохин, В.В. Давыдов

ОАО «СО ЕЭС»

Электроэнергетические системы (ЭС) являются большими искусственными систе-

мами и без применения математического аппарата невозможен их анализ, планирование

режимов и управление ими. Развитие компьютерных, информационных и телекоммуника-

ционных технологий дало мощный толчок широкому использованию методов математи-

ческого моделирования в управлении режимами ЭС, что требует соответствующей подго-

товки выпускников высшей школы. Преемственность поколений определяет консерватив-

ность образования, поэтому процесс его адаптации к новым реалиям занимает значитель-

ное время. На сегодняшний день вычислительные модели режимов ЭС изучаются либо на

элементарном уровне, либо на уровне, позволяющем получить лишь расплывчатое пред-

ставление о высоконаучных и технически очень сложных материях. Как следствие, суще-

ствующий уровень подготовки выпускников высшей школы по направлению «Электро-

энергетика» не в полной мере отвечает требованиям Системного оператора (СО), и, как

правило, молодые специалисты первые 2–3 года работы в СО фактически должны полу-

чать дополнительную подготовку [1].

Мастер-класс «Вычислительные модели режимов ЭС» призван сократить сроки

дополнительной профессиональной подготовки молодых специалистов в СО, оказать под-

держку студентам и аспирантам электроэнергетических специальностей в развитии навы-

ков математического моделирования и анализа режимов ЭС и управления ими, осознанно-

го оперирования всем спектром вычислительных моделей режимов ЭС.

Для того чтобы конструктивно оперировать математическими моделями режимов

ЭС, требуются основательные знания теории режимов ЭС и современного математическо-

го аппарата. Специалист высшей квалификации в области электроэнергетики является,

прежде всего, технологом, поэтому продуктивное владение математическим аппаратом

предполагает использование этого инструментария органически совмещенным с понятий-

ным аппаратом инженера-электрика. А это возможно только в случае, когда каждому эле-

менту математического моделирования будут соответствовать адекватно представленные

инженером-электриком физические процессы. Синтез теории режимов с математикой, как

орудием познания внешнего мира, позволяет конструктивно овладеть современной теори-

ей вычислительных моделей режимов ЭС. Применение физической инженерной интер-

претации, с одной стороны, помогает математическим моделям стать осязаемыми и вос-

принимаемыми, а с другой, способствует созданию и развитию новых математических

моделей, совершенствованию инженерных технологий.

В качестве методологической базы мастер-класса используется монография «Вы-

числительные модели потокораспределения в электрических системах» [2]. Вычислитель-

ные модели установившихся режимов (УР) ЭС являются основой методов расчета, анали-

за, синтеза режимов ЭС и управления ими, будь то оптимизация режимов, их статическая

или динамическая устойчивость, оценка состояния и т.д. Каждый метод расчета потоко-

распределения, по сути, представляет определенную математическую модель установив-

шихся режимов ЭС, является источником дополнительных знаний об электрических ре-

жимах. Теоретические и практические аспекты расчетов УР являются фундаментом сис-

тематизированного, глубокого и осмысленного овладения методами расчета, анализа,

планирования режимов и управления ими.

Предметом мастер-класса является построение целостной структурированной тео-

рии вычислительных моделей расчета и анализа УР, что помогает критически исследовать

и сопоставить современные методы расчета установившихся режимов, получить и развить

новые подходы к формированию вычислительных моделей потокораспределения ЭС. Ра-

бота в мастер-классе позволит студентам-электрикам самостоятельно разрабатывать и

создавать программы расчета УР, освоить основы построения более сложных вычисли-

тельных моделей режимов ЭС. Без навыков реализации вычислительных моделей воз-

можны только поверхностные и расплывчатые представления. Для формирования струк-

турированных знаний в мастер-классе предусмотрены задания самостоятельной числен-

ной реализации на MathCAD методов, подходов и алгоритмов, охватывающих фундамен-

тальные методологические аспекты вычислительных моделей УР. Структура заданий по-

строена так, что слушатель с обычной вузовской математической подготовкой сможет

осознано оперировать математическими моделями, последовательно переходя на более

высокий уровень абстракции, овладевая современным математическим аппаратом расчета

и анализа установившихся режимов ЭС. Ниже представлен пример задания:

Уравнения узловых напряжений

1. Изучить теоретический материал §§ 1.1–1.6 [1].

2. Для заданного варианта сети построить схему замещения и рассчитать ее параметры.

3. Для схемы замещения п. 2 выполнить расчет режима с помощью программы RASTR

4. Повторить вывод уравнений узловых напряжений (УУН) § 1.6 для случая, когда в ка-

честве положительного направления принят ток генерации (а не ток нагрузки, как в

§ 1.6.). Представив УУН в виде

∑

















, 1, …,  1, получить выраже-

ния для 



и 



5. Выражения для вычисления 



и 



можно получить другим способом, если в

УУН

∑

















, 1, …,  1 задать единичное напряжение в узле 

(1, …,  1), и нулевое во всех других узлах схемы. В этом случае 







. Ис-

пользуя это соотношение, получить выражение собственных и взаимных проводимо-

стей для схемы замещения рис. 1.11. Вывод выражений проиллюстрировать соответ-

ствующими схемами.

6. УУН § 1.6. представлены в комплексном виде. Получить УУН в прямоугольной сис-

теме координат в вещественном виде

7. Записать УУН для однофазной сети, когда в качестве заданных параметров использу-

ются мощности узлов. На основе полученного выражения рассмотреть трехфазную

симметричную сеть и записать УУН при использовании а) фазных и б) линейных на-

пряжений узлов

8. Для схемы замещения п. 2 записать УУН в комплексном и вещественном виде.

9. Для схемы замещения п. 2 вычислить значения собственных и взаимных проводимо-

стей УУН, а также компоненты правой части уравнений

п. 7, б.

10. Используя результаты п. 9 записать УУН в комплексном и вещественном виде

11. Записать УУН п. 8 в матричном виде.

12. Записать УУН п. 10 в матричном виде.

Самостоятельная численная реализация какого-либо метода является квинтэссен-

цией знаний, используемых в работе. Чтобы продуктивно работать с материалом заданий,

В качестве балансирующего принять узел 4.

Использовать 



, 



, . Привести подобные члены и записать раздельно дей-

ствительные и мнимые части уравнений.

3 





, 



√

3

При вычислении правой части использовать результаты расчетов п. 3 для комплексов напряжений узлов и

реактивных мощностей генераторов.

Ток в 4 узле представить в виде переменной 



необходима определенная подготовка слушателей. А это дается только приобретением

навыков и знаний в процессе их выполнения. Для разрешения вопросов в мастер-классе

предусмотрена поддержка диалога между слушателями и наставниками.

Процесс обучения не является односторонним. Существует байка о молодом пре-

подавателе, который так раскрыл материал, что, наконец, сам понял его содержание. Био-

графии крупных ученых и практиков, работающих в области энергетики, свидетельствуют

о том, что многие из них прошли через увлечение методами расчета УР, пытаясь развить

существующие или предложить новые. К настоящему времени по расчетам УР ЭС опуб-

ликованы сотни научных статей, предложены десятки методов, накоплен значительный

научный опыт. Ряд исследователей считает, что в области расчета УР ими (или их колле-

гами) решены все проблемы, и нельзя получить что-то новое и интересное, но это далеко

не так. Современная математика пока не дала исчерпывающей теории численных методов

решения систем нелинейных уравнений, реализуемых при расчете УР. Так, не в полном

объеме решены вопросы

существования и единственности решения уравнений УР, не по-

лучены необходимые и достаточные условия сходимости методов расчета, полезные для

практического применения, отсутствует метод расчета УР, удовлетворяющий всем требо-

ваниям практики. Теория вычислительных моделей УР на ЭВМ де-факто существует, но

не является идеально законченной. Каждый новый взгляд позволяет по иному оценить

за-

дачу, а это, в конечном итоге, дает дополнительные знания об исследуемом объекте.

Опытным педагогам хорошо известно, что процесс обучения позитивно влияет как

на слушателя, так и на его наставника. Важно развивать критический подход к получае-

мой информации. В науке нет «абсолютных» авторитетов, все относительно. Следует кон-

структивно воспринимать как новые знания, так и устоявшиеся и поэтому кажущиеся

«неизменными» привычные понятия и положения.

Возьмем, к примеру, решение систем линейных уравнений методом Гаусса, кото-

рый реализуется во всех современных программах расчета УР. В 1947 году Нейман и

Гольдстайн показали, что можно ожидать увеличение ошибок в 10

и даже большее число

раз при решении скромной, скажем 2020, системы линейных уравнений методом исклю-

чения Гаусса. Казалось бы, безнадежно решать многие линейные системы такого или

большего порядка. Однако отдельные исследователи игнорировали этот факт и пытались

решать большие системы. Оказалось, что, если позволяют затраты времени, можно с дос-

таточной точностью решать системы из 100, 200 и даже 400 уравнений [4]. Это открытие

привело к попыткам лучше понять метод Гаусса, что к концу 1960-х годов дало результа-

ты, позволившие реализовать современные расчетные блоки.

Заключение. Мастер-класс «Вычислительные модели режимов ЭС» призван ока-

зать поддержку студентам и аспиратам электроэнергетических специальностей в развитии

навыков математического моделирования, анализа и управления режимами ЭС для подго-

товки их к работе в структуре Системного оператора.

Список использованных источников

1. Шульгинов Н.Г., Дьячков В.А., Будовский В.П. Подготовка молодых специалистов для

Системного оператора – организация, деловые процессы и предварительные результа-

ты // Статья в настоящем сборнике.

2. Вычислительные модели потокораспределения в электрических системах: монография

/Б.И. Аюев, В.В. Давыдов, П.М. Ерохин, В.Г. Неуймин; под ред. П.И. Бартоломея. М.:

Флинта: Наука, 2008. 256 с.

3. Крумм Л.А. Методы приведенного градиента при управлении электроэнергетическими

системами. Новосибирск, Наука, 1977. 368 с.

4. Райс Дж. Матричные вычисления и математическое обеспечение. М.: Мир, 1984. 264 с.

МОНИТОРИНГ ЗАПАСОВ УСТОЙЧИВОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

ПО ДАННЫМ СМПР С ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

СОБСТВЕННЫХ И ВЗАИМНЫХ ПРОВОДИМОСТЕЙ

ЭДС ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

А.Г. Фишов

НГТУ

Актуальность и новые требования. Надежность функционирования электроэнер-

гетических систем (ЭЭС), прежде всего, определяется их устойчивоспособностью. Основ-

ными средствами ее обеспечения являются достаточные запасы устойчивости в нормаль-

ных и послеаварийных режимах, а также использование систем автоматического режим-

ного и противоаварийного управления. Чрезмерные запасы устойчивости и избыточное

воздействие систем режимного и противоаварийного управлений снижают эффективность

ЭЭС, поэтому их развитие сопровождается постоянным усилением требований к умень-

шению запасов устойчивости и избыточности воздействий режимной и противоаварийной

автоматики. Основной резерв снижения системных ограничений на режимы ЭЭС и повы-

шения эффективности систем технологического и противоаварийного управления лежит в

переходе от концепции заблаговременного определения этих ограничений и управляющих

воздействий автоматики (режим ДО) к их определению в темпе процесса (режим ПОСЛЕ).

Возможности такого перехода во многом определены внедрением систем синхронизиро-

ванных измерений, в том числе создаваемой в ЕЭС России системы мониторинга пере-

ходных режимов (СМПР).

В данной работе рассматривается возможность контроля запасов статической апе-

риодической устойчивости нормальных и послеаварийных режимов ЭЭС в режиме реаль-

ного времени на основе матрицы собственных и взаимных проводимостей ЭДС эквива-

лентных генераторов, получаемой в результате ее идентификации (расчета) по синхрони-

зированным регистрограммам переходных процессов на шинах электростанций.

Критический анализ. Современная технология учета ограничений по статической

апериодической устойчивости режима энергосистемы при планировании, оперативном и

автоматическом

противоаварийном управлении построена на модели установившегося

режима ЭЭС, представленной классическими уравнениями установившегося режима:





, , , 



0, (1)

где  – вектор небалансов мощности в узлах сети;



, 



– вектора независимых и зависи-

мых параметров режима;  – граф электрической сети (топология коммутационного со-

стояния схемы сети);  – параметры элементов.

При

управлении режимами ЭЭС режимные параметры контролируются системами

телеметрии, топология – системами телесигнализации, а параметры элементов принима-

ются из эксплуатационных баз данных. Следует отметить, что большой объем данных,

ошибки и погрешности их сбора замедляют процессы контроля запасов устойчивости и

вносят значительные погрешности в результаты.

Идея. СМПР предоставляет синхронизированные регистрации переходных процес-

сов в узлах генерации, которые позволяют определить модель энергосистемы для контро-

ля устойчивости без данных о параметрах и топологии сети, нагрузки в ее узлах. Такой

моделью, в частности, является модель взаимодействия генераторов в виде угловых ха-

рактеристик их мощностей [1]:





эл



, , 



0, (2)

где  – вектор небалансов мощности на валах эквивалентных генераторов; 

– вектор

мощностей турбин; 

эл

– вектор мощностей генераторов;  – вектор ЭДС генераторов;  –

вектор углов ЭДС генераторов;  – матрица комплексных собственных и взаимных про-

водимостей ЭДС генераторов, размерностью ,  – число эквивалентных генераторов

в модели ЭЭС.

Имея регистрограммы переходных процессов на шинах основных электростанций

ЭЭС для ряда точек переходного процесса в послеаварийном режиме, можно определить

вектора ,  эквивалентных генераторов и, решая приведенную систему уравнений отно-

сительно матрицы , получить компактную модель энергосистемы для учета ограничений

по статической апериодической устойчивости.

Особенности получения и использования матрицы . Особенности определения

матрицы  из уравнений (2) задаются условиями существования их решения. Для много-

машинной ЭЭС система уравнений является вырожденной,

если между эквивалентными

генераторами отсутствует взаимное движение их роторов. Это условие выполняется в ус-

тановившемся режиме, в переходном режиме при наличии синфазно движущихся роторов

генераторов, а также на определенных интервалах переходного процесса, где взаимное

движение приостанавливается. Это условие определяет как структуру эквивалента ЭЭС,

так и способы «сглаживания» результатов идентификации матрицы 

. Интервалом иден-

тификации является переходный электромеханический процесс в послеаварийном состоя-

нии схемы, который обычно имеет продолжительность 1–3 с, при этом в нем необходимо

выделить синфазнодвижущиеся генераторы и заместить их эквивалентом. Вынужденное

эквивалентирование синфазнодвижущихся генераторов имеет позитивные последствия,

так как снижает размерность модели ЭЭС и при этом выделяет именно те генераторы, в

отношении устойчивости которых имеется угроза ее нарушения.

Достоинства, недостатки, перспектива. В таблице 1 приведено сопоставление

традиционной модели режима ЭЭС, используемой для расчета ограничений в режиме ДО,

и модели, основанной на угловых характеристиках мощности ЭДС эквивалентных генера-

торов, идентифицируемых в режиме ПОСЛЕ, используемой в режиме ПОСЛЕ.

Возможность получения в темпе процесса модели ЭЭС, позволяющей контролиро-

вать как ограничения по устойчивости параллельной работы генераторов, так и ограниче-

ния на режимные параметры, позволяет более детально представить стадии процесса для

организации противоаварийного управления. Так, наряду с послеаварийным режимом

(ПАР), возникающим после завершения работы технологической и противоаварийной ав-

томатики, имеет смысл ввести промежуточную стадию – квазиустановившийся послеава-

рийный режим в ЭЭС после затухания электромеханического переходного процесса. Этот

режим, как правило, возникает спустя несколько секунд после воздействия возмущения,

однако процессы автоматического регулирования режима еще не завершены. Для квазиу-

становившегося послеаварийного режима, в силу его кратковременности, значимы огра-

ничения по статической устойчивости, а для собственно послеаварийного – как по стати-

ческой устойчивости, так и по допустимости режимных параметров.

Обобщенный алгоритм мониторинга запасов устойчивости и допустимости пара-

метров режима ЭЭС для послеаварийного режима представлен на рисунке 1.

Цели и задачи и пути их достижения. Конечной целью исследований и разработок

в данном направлении является создание технологии мониторинга допустимости послеа-

варийных режимов и корректировки управляющих воздействий технологической и проти-

воаварийной автоматики для снижения избыточности управляющих воздействий при пе-

реходе к ним.

Таблица 1 – Сравнение моделей режима ЭЭС, используемых для определения

системных ограничений

Свойство Традиционная модель

Модель с угловыми характеристиками ЭДС

эквивалентных генераторов

1. Порядок модели

(количество генера-

торов, узлов, связей,

нагрузок)

Ограничен здравым смыслом,

возможностями получения досто-

верных данных и вычислитель-

ными ресурсами

Ограничен количеством значимых электро-

станций в ЭЭС и наличием взаимных дви-

жений в переходном процессе при возму-

щении режима

2. Исходные данные Параметры генераторов, сетевых

элементов, топология сети, мощ-

ности и характеристики нагрузки,

загрузка генераторов

Параметры генераторов, осциллограммы

переходных процессов на шинах электро-

станций

3. Способ учета огра-

ничений по устойчи-

вости

Использование связи сходимости

решения УУР и прохождения че-

рез 0 свободного члена характе-

ристического уравнения

Использование связи сходимости решения

УУР эквивалентных генераторов и прохо-

ждения через 0 свободного члена характе-

ристического уравнения

4. Способ учета огра-

ничений по допус-

тимости режимных

параметров

Контроль параметров в процессе

утяжеления режима по результа-

там решения УУР

Контроль в процессе утяжеления режима с

определением параметров с помощью мат-

риц коэффициентов связи параметров с

ЭДС генераторов, идентифицируемых по

регистрограммам переходного процесса

5. Возможность исполь-

зования в режиме ре-

ального времени

Определяется быстродействием сис

тем телеизмерения, телесигнализа

ции, вычислительными ресурсами

Определяется развитостью и производи-

тельностью СМПР

6. Источники данных Базы данных по оборудованию

электростанций, электрических

сетей, телемеханика

Базы данных по оборудованию электро-

станций, СМПР

7. Трудности формиро-

вания модели для

решения задачи в

режиме реального

времени

Ошибки телеизмерений, телесиг-

нализации, недостоверность баз

данных

Зависимость структуры идентифицируемой

модели и погрешности от взаимных движе-

ний роторов генераторов. Необходимость в

дополнительных моделях для контроля

режимных параметров.

Рисунок 1 – Алгоритм мониторинга запасов устойчивости ПАР ЭЭС по данным СМПР

Научными задачами на пути достижения этой цели являются:

1. Исследование потенциала использования моделей системных ограничений на

режимы ЭЭС, получаемых по данным СМПР, для мониторинга допустимости квазиуста-

новившихся и установившихся послеаварийных режимов, корректировки управляющих

воздействий технологической и противоаварийной автоматики.

2. Исследование процессов идентификации моделей системных ограничений и

разработка эффективных методов ее осуществления.

3. Постановка и решение задачи наблюдаемости применительно к системе монито-

ринга допустимости ПАР.

4. Разработка методов решения задач мониторинга допустимости ПАР.

5. Разработка методических рекомендаций по устойчивости энергосистем, учитываю-

щих наличие системы мониторинга допустимости ПАР и корректировки управляющих воз-

действий технологической и противоаварийной автоматики в контуре управления режимами.

Технологическими задачами являются:

1. Разработка технологического программного обеспечения системы мониторинга

допустимости ПАР.

2. Развитие СМПР в соответствии с условиями наблюдаемости системных ограни-

чений. Предварительно можно указать на необходимость размещения синхронизирован-

ных регистраторов процессов на всех системно значимых электростанциях.

Характеристика выполненных работ и

полученных результатов

1. Исследованы возможность и особенности идентификации матрицы собственных

и взаимных проводимостей (СВП) ЭДС генераторов. В качестве регистрограмм переход-

ных процессов использованы результаты расчетов по программным комплексам, а также

реальные регистрограммы переходных процессов, полученные на электродинамических

моделях НГТУ и НИИПТ. Выявлено существование временного «окна» идентификации,

позволяющего получать стабильные и достоверные

значения элементов матрицы.

2. Исследованы модели ограничений по статической апериодической устойчивости

на базе матрицы СВП ЭДС генераторов для квазиустановившегося и установившегося по-

слеаварийных режимов, включая сопоставление получаемых ограничений с результатами,

определенными по традиционной технологии.

3. Исследованы возможности учета ограничений на режимные параметры сети пу-

тем идентификации матриц коэффициентов связи значений этих параметров с ЭДС гене-

раторов. Доказана как сама возможность идентификации, так и приемлемость погрешно-

сти получаемых результатов.

4. Проверена работоспособность основных элементов общего алгоритма монито-

ринга допустимости послеаварийных режимов и всего алгоритма в целом.

Заключение

1. Синхронизированные регистрации переходных процессов позволяют осуществ-

лять идентификацию обобщенных моделей системных ограничений по допустимости ПАР,

не нуждающиеся в контроле топологии электрической сети и параметров ее элементов.

2. Обусловленность систем уравнений, используемых при идентификации матриц

СВП ЭДС генераторов, коэффициентов связи значений контролируемых режимных пара-

метров с ЭДС генераторов существенно зависит от выбора расчетных точек при формиро-

вании систем уравнений. Достоверность значений обеспечивается фильтрацией выбросов

и сглаживанием результатов.

3. Необходимым условием наблюдаемости системных ограничений по исследо-

ванным моделям является размещение регистраторов на всех системно значимых электро-

станциях в контролируемых элементах сети.

4. Полученные результаты исследований можно признать обнадеживающими в от-

ношении построения системы мониторинга допустимости ПАР и корректировки управ-

ляющих воздействий технологической и противоаварийной автоматики.

Список использованных источников

1. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. М.: Энергия, 1979. 456 с.

2. Фишов А.Г., Дехтерев А.И. Мониторинг запасов устойчивости на основе системы мониторинга

переходных процессов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009.

Спец. выпуск №1. С. 102–106.

О ФОРМИРОВАНИИ УРАЛЬСКОЙ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ

В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

П.И. Бартоломей, А.В. Паздерин

УрФУ

Поскольку настоящая конференция проводится в преддверии 80-летия кафедры

Автоматизированные электрические системы УГТУ-УПИ (ныне УрФУ), считаем целе-

сообразным в историческом аспекте осветить основные научные достижения кафедры.

Доклад подготовлен на основании материала (авторы Бартоломей П.И., Бердин А.С., Бо-

гатырев Л.Л., Кокин С.Е., Мызин А.Л., Обоскалов В.П., Паздерин А.В.), изложенного в

книге «80 лет кафедре АЭС. Трансформация в будущее, 2010».

Введение. В конце 60-х годов сформировалась Уральская научная школа инжене-

ров-электриков, главным научным направлением которой стала разработка основ и мето-

дов оптимального управления функционированием и развитием электроэнергетических

систем.

Становление уральской научной школы в области электроэнергетики связано с

именами выдающихся ученых – Дмитрия Александровича Арзамасцева (1916–1993),

заведующего кафедрой АЭС с 1954 по 1989 гг., декана энергофака с 1957 по 1961 гг.,

профессора, доктора технических наук, Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, и

Валентина Ефимовича Полякова (1921–1996), декана ЭТФ с 1968 по 1971 гг., профес-

сора, доктора технических наук, Почетного энергетика СССР, Заслуженного изобретателя

СССР.

Д.А. Арзамасцев подготовил 60 кандидатов технических наук. Среди его учеников

5 докторов технических наук. Он возглавил два основных научных направления:

 моделирование электроэнергетических систем в задачах управления режи-

мами;

 развитие электроэнергетических систем.

Вместе со своими многочисленными учениками он внес фундаментальный вклад в

науку о функционировании и развитии энергосистем.

В.Е. Поляков подготовил

на кафедре АЭС 35 кандидатов технических наук, пятеро

из них стали докторами технических наук, он автор 550 опубликованных научных работ,

90 изобретений и патентов, 6 из которых нашли признание в США, ФРГ, Франции и др.

странах. Он возглавил научное направление

 синтез систем релейной защиты и автоматики ЭЭС.

Список трудов этих выдающихся ученых составляет

более 900 наименований.

К началу активной творческой деятельности Д.А. Арзамасцева и В.Е. Полякова ка-

федра ЭССС (Электрические станции, сети и системы) имела достаточно крепкий базис в

научных исследованиях, которые были, главным образом, связаны с передачей энергии

постоянным током и линиями переменного тока высокого напряжения и большой протя-

женности, с проблемами управления напряжением и оптимизацией реактивной мощности

и некоторыми другими вопросами. Большой вклад в этом направлении внесли профессор,

д.т.н. В.М. Синьков (заведовал кафедрой с 1940 по 1950 гг.) и доцент, к.т.н. Д.Е. Трофи-

менко (заведовал кафедрой с 1950 по 1954 гг.).

Начиная с 60-х годов, основные вопросы научных исследований были связаны со

следующими направлениями.

1. Моделирование электроэнергетических систем в задачах управления режи-

мами. Сложность и многомерность задач управления режимами ЭЭС заставляла исследо-

вателей искать способы моделирования, облегчающие получение решения и достаточно

адекватно отражающие состояние изучаемого объекта. До появления цифровых вычисли-

тельных машин (ЦВМ) основными были физическое и аналоговое моделирование. Как и

многие другие кафедры и научно-исследовательские институты страны, кафедра ЭССС

шла по традиционным направлениям моделирования и в конце 50-х годов под руково-

дством Д.А. Арзамасцева приступила к созданию физической (электродинамической) мо-

дели электрической системы, которая в полном объеме была введена в эксплуатацию в

1967 г. Это была одна из первых моделей на Урале и в Сибири. В лаборатории были вы-

полнены уникальные эксперименты по снятию частотных характеристик ОЭС Урала и

ЕЭС СССР, электродинамическому торможению гидрогенераторов и др. Лаборатория

широко использовалась в учебных целях для изучения переходных электромагнитных и

электромеханических процессов в электрической системе, свойств и режимов длинных

линий электропередачи, систем управления и многих других вопросов.

Параллельно с моделированием на аналоговых вычислительных машинах началось

математическое моделирование на ЦВМ (позже общепринятым обозначением стало ЭВМ).

В УПИ первая ЭВМ Урал-1 была пущена в 1959/60 учебном году и уже в 1960 г. сотруд-

ники кафедры стали активно использовать ЭВМ в своей научной деятельности. Именно

тогда Д.А. Арзамасцев инициировал работы своих учеников по моделированию устано-

вившихся и оптимальных режимов, решению задач проектирования и развития энергосис-

тем, анализа статической и динамической устойчивости больших ЭЭС на ЭВМ.

Если на начальном этапе большой интерес был проявлен к методам, основанным на

использовании контурных уравнений, то постепенно внимание переключилось на уравне-

ния узловых напряжений. Здесь стали выкристаллизовываться два пути, которые основы-

вались на методе Ньютона, но в одном случае линеаризованная система уравнений реша-

лась разработанными итерационными методами двойного параболического интерполиро-

вания и центров эллипсов с быстрой сходимостью, во втором – методом Гаусса и его мо-

дификациями с разложением матрицы коэффициентов на треугольные сомножители. В

конечном итоге первое направление завершилось созданием программ КУРС-1000 и

СЕТЬ-3000 для ЕС-ЭВМ (совместная разработка УПИ, ЦДУ ЕЭС СССР и ИЭД АН Ук-

раины, в авторский коллектив вошли П.И. Бартоломей, П.М. Ерохин, С.К. Окуловский)

соответственно для расчетов режимов ЭЭС, содержащих 1000 и 3000 узлов. Второе на-

правление привело к появлению программы RASTR, наиболее распространенной в на-

стоящее время в России и СНГ (автор В.Г. Неуймин; в разработке алгоритма ведущая роль

принадлежит А.В. Липесу, в работе принимали активное участие его аспиранты И.Л. Кир-

пикова, А.А. Герасименко, А.И. Кулешов, В.А. Ухалов, В.В. Давыдов).

Важнейшей задачей планирования и оперативного управления

была и остается оп-

тимизация режима ЭЭС. Наибольшие успехи были связаны с разработкой методов второ-

го порядка, в частности на базе обобщенного метода Ньютона и аппроксимирующего про-

граммирования. В ОДУ Урала успешно используется программа оптимизации режима

ЛИНКОР, разработанная на кафедре и основанная на методах второго порядка (разработ-

чик Н.И.

Грудинин, руководитель П.И. Бартоломей).

Впервые в стране в 1974 г. был поставлен курс лекций «АСУ и оптимизация режи-

мов ЭЭС», а в 1983 году издательство Высшая школа (Москва) выпустило учебное посо-

бие с одноименным названием (авторы Д.А. Арзамасцев, П.И. Бартоломей, А.М. Холян).

2. Развитие электроэнергетических систем. До начала 1960-х годов математиче-

ские методы моделирования для решения задач развития ЭЭС практически отсутствовали.

Появление и внедрение ЭВМ дало толчок этому процессу. Без преувеличения можно ска-