РАЗДЕЛ 2
ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ АСУ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (ИАСУ ТЭС)
2.1. Электростанция как объект управления в объединенной энергосистеме
Несмотря на сравнительно простую структуру практически с единственным видом продукции и относительно малой номенклатурой потребляемого сырья и материалов, современная электростанция (ЭС) является сложным объектом управления с многочисленными внешними и внутренними связями. Особенности энергетики, которые отличают ее от других отраслей промышленности, позволяют выделить в типовой структуре управления ЭС контуры оперативно-диспетчерского (ОДУ) и производственно-хозяйственного (ПХУ) управления [6, 43, 78]. В каждый из этих контуров входят технологическое оборудование, коллективы людей, средства управления, материальные ресурсы и другие компоненты производственного процесса. Хотя эти контуры тесно взаимосвязаны и работают согласовано в общей системе управления ЭС, цели и задачи у них разные.
Целью ОДУ является обеспечение запланированного объема производства электрической и тепловой энергии с допустимым качеством в заданные сроки. Цель ПХУ - реализация задач производства с минимальными затратами, а также материальное и социальное обеспечение производства.
Обеспечение эффективной работы таких сложных объектов как современные ЭС невозможно без соответствующих автоматизированных систем управления (АСУ ЭС).
При создании АСУ ЭС необходимо учитывать сложный комплекс задач ОДУ и ПХУ, а также различные связи с высшими (энергосистемами) и низшими (энергоблоки и другое оборудование) уровнями иерархической системы управления для возможности обмена необходимой информацией [6, 77].
Структура АСУ ЭС состоит из нескольких уровней, причем верхние решают общие задачи, относящиеся к производственной деятельности предприятия в целом, а низшие предназначены для решения отдельных задач управления. Для оптимального выбора уровней иерархии в АСУ ЭС и разделения общей задачи управления по этим уровням необходимо располагать полной математической моделью ЭС как объекта управления. Поскольку такая модель к настоящему времени еще не разработана (см. §1.2), приходится производить декомпозицию задач АСУ ЭС по принципу наименьших взаимосвязей на ряд функциональных подсистем, которые образуют самостоятельные комплексы [6, 77]. Состав основных задач АСУ для ТЭС приведен на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Основные функциональные подсистемы АСУ ТЭС
В подсистемах АСУ ТП ТЭС реализуется комплекс задач технологического управления, которые решаются в темпе производственного процесса. Помимо решения своих задач подсистемы АСУ ТП ЭС производят обмен информацией с подсистемами АСУ П ЭС. Кроме того, в составе АСУ ТП ЭС могут быть выделены два основных уровня иерархии: АСУ энергоблоками и другими общестанционными объектами и АСУ общестанционными технологическими процессами. На более высокой ступени иерархии в энергосистеме находится АСУ общесистемными технологическими процессами.
Отмеченные выше уровни управления АСУ ТЭС, а также их взаимосвязь схематически показаны на рис. 2.2.
АСУ современной ЭС является интегрированной автоматизированной системой управления (ИАСУ), так как охватывает не только управление собственно технологическими процессами, но и производственно-технической и производственно-хозяйственной деятельностью электростанции. В рамках этой единой системы взаимно увязываются комплексы функций и задач различных контуров управления, а также алгоритмические, технические и организационные решения, построенные на единой методологической основе. Интеграция придает АСУ ЭС новое качество, повышая ее потенциальные возможности и эффективность.
Особенности системы управления в энергетической отрасли производства предопределяют создание эффективных систем управления ЭС на основе использования современных методов кибернетики:
- наличие цели или алгоритма управления, а также необходимость обеспечения условий оптимального действия системы;
- взаимодействие элементов системы с внешней средой, которая является источником случайных возмущений;
- регулирование процессов на основе применения принципов обратной связи;
- управление системой на основе приема и переработки информации для последующего использования.
Задачи и функции основных подсистем АСУ ЭС подробно рассмотрены в [6, 33, 43, 105].
Одной из первоочередных задач при создании АСУ ЭС является формулирование критериев оптимального управления с позиций общесистемного подхода к управлению электростанцией. Рассмотрим эти критерии применительно к задачам оперативного управления энергоблоком, как основным структурным элементом ЭС. По признакам стабильности нагрузки в заданном интервале времени и состоянию энергооборудования в работе энергоблока могут быть выделены три характерных режима: нестационарный (пуск, остановка, большие возмущения), нормальный и аварийный. В общем случае после первичной обработки исходной информации (перевод в цифровую форму, фильтрация, отбраковка, сжатие и т.п.) вычисляется критерий оптимальности, а затем по алгоритму оптимального управления вырабатываются управляющие воздействия (рис 2.3).
Экономически выгодным режимом работы энергоблока на электростанции является такой режим, который удовлетворяет наиболее выгодному режиму работы энергосистемы в целом.
Из общего определения критерия можно выделить две составляющие: внешнюю (с точки зрения потребителя) - требование выдавать необходимую электроэнергию допустимого качества и внутреннюю (с точки зрения производителя) - требование наименьших затрат на ее производство. Эти составляющие можно рассматривать отдельно, так как они входят в критерий аддитивно [6].
Переходя к анализу внешней составляющей общего критерия, необходимо выделить группу управляющих воздействий, которые по технологическому процессу относятся ко всей станции в целом (например, распределение электрической нагрузки и выбор состава оборудования). Оптимизация этих управлений должна решаться по об