История электротехники - Коллектив авторов

В совершенствующихся АПНУ и АЛАР все шире применяются современные ПЭВМ. Их разработки ведутся в ВЭИ (В.Д. Ковалев), институте «Энергосетьпроект» и ВНИИР.

5.5.3. АВТОМАТИКА УПРАВЛЕНИЯ

Соответственно развивались и технические средства автоматического управления нормальными режимами работы. Прежде всего автоматизировалась такая ответственная и кропотливая операция, как включение синхронного генератора на параллельную работу методом точной синхронизации.

Современный микросхемный автоматический синхронизатор представляет собой специализированную аналоговую ЭВМ, вычисляющую угол опережения и допустимую по условию устойчивости синхронизации частоту скольжения генератора, учитывая и ускорение вращения генератора в процессе его синхронизации. По соответствующему алгоритму функционируют и программные микропроцессорные автоматические синхронизаторы.

Технические средства собственно автоматического управления нормальными режимами работы электрических станций и подстанций — это непрерывно действующие автоматические регуляторы напряжения и реактивной мощности, частоты вращения и активной мощности синхронных генераторов, автоматические регуляторы реактивной мощности синхронных компенсаторов и непрерывно управляемых статических ее источников, а также автоматические регуляторы коэффициентов трансформации трансформаторов с УРПН и реактивной мощности конденсаторных батарей.

В начальный период становления электроэнергетики автоматическое управление частотой промышленного тока и активной мощностью синхронных генераторов удовлетворительно производилось автоматическими регуляторами частоты вращения паровых и гидротурбин.

Поэтому первыми появились автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) синхронных генераторов и компенсаторов, необходимые для автоматического управления напряжением на шинах электрических станций и подстанций и реактивной мощностью. Это были электромеханические аналоги зарубежных медленно действующих автоматических устройств, примером которых являлся электромеханический АРВ типа СН-91. В 1937 г. в ВЭИ был разработан и выпущен большой партией электронно-ионный АРВ. Однако в связи с низкой надежностью электронных ламп он вскоре уступил место высоконадежным электромагнитным (на магнитных усилителях и первых твердотельных выпрямителях) АРВ, разработанным под руководством В.Л. Иносова и Л.В. Цукерника. Это были комбинированные автоматические устройства, состоявшие, по существу, из двух регуляторов, функционирующих по главным возмущающим напряжение синхронной машины воздействиям: току нагрузки и cosφ — устройства токового и фазового компаундирования, и по остаточному (после воздействия на возбудитель устройства компаундирования) отклонению напряжения — электромагнитные корректоры напряжения. Это были АРВ пропорционального действия.

Во время сооружения первых мощных ГЭС Волжского каскада и первых протяженных и сильно нагруженных линий электропередачи СВН возникла необходимость разработки более совершенных АРВ, обеспечивающих повышение пропускной способности электропередач. В ВЭИ под руководством Г.Р Герценберга были разработаны сначала электронно-ионный, а затем электромагнитный автоматические регуляторы возбуждения пропорционально-дифференциального («сильного») действия (АРВ СД).

Быстрое и интенсивное воздействие на возбудитель синхронного генератора АРВ СД, обеспечиваемое использованием сигналов, формируемых по производным напряжения и угла электропередачи, существенно повысило статическую и динамическую устойчивость функционирования ЭЭС, связанных протяженными и до предела нагруженными линиями СВН.

С появлением интегральных микросхем был разработан аналоговый АРВ СДП, измерительная часть которого формирует сигналы по новым принципам, заметно повышающим эффективность его функционирования. Он успешно эксплуатируется на современных мощных синхронных генераторах и компенсаторах.

Внедрение в технику автоматического управления производством и передачей электроэнергии цифровой вычислительной техники, естественно привело к созданию в ВЭИ (А.В. Фадеев, М.А. Лотков и др.) микропроцессорного АРВ СД, соответствующего последним научно-техническим достижениям в области автоматического управления.

Наиболее актуальная и сложная проблема автоматического управления нормальными режимами — автоматическое регулирование активной мощности и связанной с ней частоты промышленного тока. Сложность ее технической реализации определяется противоречивостью требований к автоматическим регуляторам, определяемых условиями жесткой стабилизации частоты и гибкого оптимального по технико-экономическим показателям распределения нагрузки между синхронными генераторами.

Как указывалось, в начальный период создания ЭЭС, когда мощности одной частоторегулирующей гидроэлектростанции было достаточно для покрытия непрогнозируемой (случайно изменяющейся) части графика нагрузки ЭЭС, поддержание частоты практически на неизменном уровне обеспечивалось астатическими автоматическими регуляторами частоты вращения (АРЧВ) гидротурбин, а распределение прогнозируемой части нагрузки достигалось за счет статизма АРЧВ турбин тепловых электростанций и не принимающих участия в регулировании частоты турбин гидростанций.

Первое электромеханическое устройство автоматического регулирования частоты и активной мощности — регулятор П.П. Острого появился в середине 30-х годов. Особенно интенсивно велась их разработка в 40-х годах, когда несколькими научно-исследовательскими организациями были разработаны различные по принципам действия измерительной части автоматические регуляторы частоты и активной мощности.

К началу 50-х годов определились два направления — электронное и электромагнитное — их исполнения, различающиеся способами распределения нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами. Электронный регулятор предназначался для обычно однотипных гидрогенераторов с равномерным распределением нагрузки гидростанции между ними. Впоследствии его функции стали выполняться новыми и непрерывно совершенствовавшимися как по принципам действия, так и по техническому исполнению электрогидравлическими АРЧВ гидротурбин (ЭГР) с устройствами уравнивания нагрузки гидрогенераторов. Последняя разработка на интегральных микросхемах (ЭГР-2И) применяется на современных мощных гидроэлектростанциях.

Электромагнитный автоматический регулятор содержал устройство принудительного гибкого, соответствующего оптимальному по технико-экономическим показателям распределения активной нагрузки (УРАН) между разнотипными турбогенераторами тепловых электростанций. Так называемый мнимостатический закон (алгоритм) его функционирования оказался наиболее целесообразным и получил дальнейшее развитие при разработках микропроцессорных с использованием ПЭВМ автоматизированных систем управления режимами работы электрических станций. Дополненный критерием интегрального отклонения частоты, он стал основой решения задач общесистемного автоматического регулирования частоты и мощности.

Именно в соответствии с формированием регулирующих воздействий до полного устранения отклонений частоты и достижения равенства предписанной и истинной мощности частоторегулирующей электростанции и функционируют современные цифровые централизованные автоматические системы регулирования частоты и мощности (АСРЧиМ) в ОЭС и ЕЭС.

Взаимодействующий комплекс автоматических управляющих устройств и систем — основа будущей полностью автоматической (без непосредственного участия человека) системы управления ЕЭС.

Управление режимами работы энергосистем осуществляется автоматизированными системами диспетчерского управления (АСДУ). Они функционируют на основе сбора и переработки информации о свойствах управляемых электроэнергетических объектов, их состояниях и режимах работы и о складывающихся ситуациях в ЭЭС в результате возмущающих воздействий. Информация в виде различных электрических сигналов в цифровом виде поставляется автоматическими информационными устройствами по каналам высокочастотной связи, технически реализованным по проводам линий электропередачи. Взаимодействующая их совокупность образует автоматическую систему информационного обеспечения АСДУ.

5.5.4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И КОМПЛЕКСЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Работы по созданию автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) электроэнергетических объектов были начаты с появлением первых управляющих вычислительных машин (УВМ). Первая в нашей стране АСУ ТП была создана для Боткинской ГЭС на УВМ типа УМ-ШХ (1973–1975 гг.) по инициативе и проектным разработкам Ленгидропроекта. В дальнейшем в качестве технической базы при создании АСУ ТП ГЭС (Красноярская, Саяно-Шушенская, Чиркейская ГЭС, Загорская ГАЭС) использовались средства управляющей вычислительной техники на базе ЭВМ (М-6000, М-7000, СМ-1, СМ-2, ТВСО и др.). Наибольший вклад в становление и развитие работ по АСУ ТП ГЭС внесли М.Н. Розанов, В.А. Карпов, Н.Б. Гущина (ВЭИ), В.В. Семенов (ВНИИэлектромаш), В.И. Фельдман (Ленгидропроект), Г.Р. Носова (Гидропроект), Л.В. Росман (Энергосетьпроект).