Автоматизированная система управления

 

 
Содержание:

 
1.Вступление…………………………………………………………….....2

 
2.Цели создания АСДУ……………………………………………………2

 

3.Принцыпы построения  АСДУ…………………………………………..3

 

4. Требования к аппаратным и программным средствам АСДУ.............4

 

5.Задачи и функции АСДУ..........................................................................4

 

6.Возмущение автоматики...........................................................................5 
 
7.Задачи АСДУ..............................................................................................8 

8.Заключение ...............................................................................................10 
 
9.Список литературы ..................................................................................11 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступление

 
  Автоматизированная система управления или АСУ — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчеркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации.

 

Цели создания АСДУ

  Автоматизированная система диспетчерского и технологического управления (АСДУ) представляет собой многоуровневый программно–технический комплекс, включающий средства сбора информации, каналы связи, ПЭВМ и программы обработки. АСДУ позволяет:

– обеспечить диспетчерский и режимный персонал, энергоснаб, энергонадзор, руководство энергосистемы и предприятий сетей оперативной информацией о текущих прогнозных и ретроспективных режимах;

– организовать эффективный контроль за ведением текущего режима энергосистемы;

– повысить обоснованность принимаемых  диспетчером решений;

– повысить качество и надёжность электроснабжения потребителей;

– осуществлять оперативный и ежесуточный  контроль баланса мощности и электроэнергии и улучшить планирование внутрисуточных и текущих режимов;

– получить максимальную прибыль  за счет оптимального ведения режимов, экономии топлива и электроэнергии;

– внедрить в кратчайший срок в  промышленную эксплуатацию самые современные  средства вычислительной техники, а  также прикладное программное обеспечение.

 

 

 

 

 Принципы построения  АСДУ

  АСДУ разрабатывается на основе следующих принципов:

– функциональная полнота – система  должна обеспечивать выполнение всех функций, необходимых для автоматизации  объектов управления;

– гибкость структуры – возможность  достаточно быстрой настройки при  изменяющихся условиях эксплуатации объекта  управления;

– открытость – должна обеспечивать возможность присоединения к  системе новых функций;

– живучесть – способность сохранять  работоспособность системы при  отказе её отдельных элементов;

– унификация – максимальное использование  стандартного системотехнического  программного обеспечения и совместимость  системы с международными стандартами  с целью его дальнейшего развития и включения в межуровневую региональную вычислительную сеть;

– распределённость обработки информации в неоднородной вычислительной сети;

– отработка типовых решений  на "пилотных" проектах с последующим  их применением на других объектах;

– преемственность по отношению  к эксплуатируемым в настоящеё время системам АСДУ энергосистемой, предусматривающая возможность совместной эксплуатации существующих устройств управления на энергообъектах (телемеханики, релейной защиты и автоматики) и внедряемых микропроцессорных систем, с последующей заменой устаревших устройств;

– информационная совместимость на разных уровнях управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

Требования к аппаратным и программным средствам АСДУ

 

АСДУ должна удовлетворять следующим  требованиям:

– использования современных микропроцессорных  терминалов и контроллеров с требуемой  реакцией: электрические процессы –  не болеё 1–5 мс, тепломеханические процессы – не болеё 250 мс;

– возможности передачи данных от контроллеров и устройств телемеханики с меткой времени (для расчётов баланса  энергии и мощности и регистрации  аварийных процессов);

– повышения скорости передачи данных по телемеханическим каналам;

– возможности использования стандартных  промышленных контроллерных сетей  и применение в этих сетях контроллеров;

– использования стандартов Международной  электротехнической комиссии (МЭК) и  российских ГОСТов;

– использования стандартных, локальных  вычислительных сетей (ЛВС);

– использования стандартных операционных систем, стандартной структуры реляционных  баз данных;

– обеспечения требуемой точности и реакции на события в нормальных и аварийных ситуациях.

  АСДУ должна иметь открытую сетевую архитектуру, как в отношении конфигурации её оборудования, так и в отношении универсальности функциональных пакетов программ, чем обеспечивается высокая степень гибкости. Она строится на базе многопроцессорных систем управления, объединённых в локальные (ЛВС) и региональные (РВС) вычислительные сети, имеет в своем составе мощные ЭВМ.

 

Задачи  и функции АСДУ

 
  Технологический процесс производства, распределения и передачи электрической энергии определяется большим числом регулируемых параметров и зависит от внешних возмущающих воздействий. Характер реакции системы и ее поведение зависят как от значения возмущения, так и от скорости его изменения. Принципиально следует различать два вида возмущений — большие и малые. От них зависит реакция системы и ее дальнейшее поведение.  

 
Возмущение и  автоматика.  
 
  1. Большие возмущения приводят к резким и существенным изменениям режима электрической системы. Примерами таких возмущений являются короткие замыкания, аварийные отключения элементов системы (генераторов, трансформаторов, ЛЭП и др.), включение и отключение крупных нагрузок, отключение линий межсистемной связи и т. д.  
 
  Скорость протекания переходного процесса при больших возмущениях и необходимость сохранения динамической устойчивости системы предопределяют автоматическое управление, так как человек не в состоянии принимать какие-либо решения или вмешиваться в соответствующие динамические процессы. В связи с этим существует совокупность систем автоматического управления (САУ) и регулирования (САР), действующих при аварийных возмущениях и способствующих быстрой ликвидации аварии, ограничению ее последствий, предотвращению ее развития и тем самым повышению надежности и обеспечению бесперебойного электроснабжения потребителей. Перечислим наиболее важные автоматические устройства и их назначение.  
 
 Релейная защита элементов электрической системы действует на сигнал или на отключение элементов системы (ЛЭП, трансформаторы, генераторы и т. д.) в случае их повреждения или ненормальной работы. Информация о состоянии защищаемого объекта непрерывно поступает в защитное устройство, которое обрабатывает ее и в случае нарушения нормального режима работы устанавливает место и вид повреждения.  
 
Автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) синхронных машин поддерживают возбуждение на необходимом уровне и, в случае необходимости, форсируют возбуждение, тем самым обеспечивая повышение устойчивости электрической системы.  
 
Автоматическое включение резерва (АВР) осуществляет ввод резервного оборудования при аварийном отключении основного.  
 
Автоматическое повторное включение (АПВ) повышает надежность электроснабжения потребителей за счет повторного включения ЛЭП после ее автоматического отключения.  
 
Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) энергосистем обеспечивает сохранение баланса мощности при тяжелой аварии, если она сопровождается потерей большой генераторной мощности и снижением частоты в системе. АЧР отключает ряд менее ответственных потребителей энергосистемы, что предотвращает глубокое снижение частоты и напряжений, а следовательно, сохраняет статическую устойчивость всей системы.  
 
 Автоматический частотный пуск (АЧП) агрегатов ГЭС осуществляется при снижении частоты в системе и потере большой генераторной мощности.  
 
  Автоматическое регулирование частоты и активной мощности (АРЧМ) поддерживает неизменными баланс активной мощности и частоту с учетом возможностей межсистемных связей по пропускной способности.  
 
  Часть автоматики имеет локальный характер (реакция на несколько местных параметров: ток линии, напряжение узла, мощность передачи и т. д.), а часть автоматики реагирует на общесистемные параметры (баланс мощности и частота энергосистемы). Большая часть локальных регуляторов выполняет функции стабилизаторов для поддержания на неизменном уровне таких параметров, как мощность генератора, поток мощности передачи, напряжение узла системы и т. д. К общесистемной автоматике относятся АЧР, АЧП и АРЧМ. Весь комплекс противоаварийной автоматики предназначен для обеспечения устойчивости параллельной работы энергосистем, предотвращения общесистемных аварий с нарушением межсистемных связей и разделением системы на части, устранения в отдельных режимах опасных дефицитов мощности.  
 
  В результате действия автоматики после переходного процесса устанавливается послеаварийный режим, как правило, связанный с изменениями в нормальной эксплуатационной электрической схеме системы и ухудшением технико-экономических характеристик по сравнению с предыдущим нормальным режимом. В связи с этим возникает задача оперативного управления системой с целью быстрейшего перехода от послеаварийного режима к режиму с лучшими технико экономическими показателями.  
 
  Совершенствование автоматического управления переходными процессами в дальнейшем должно идти по пути построения комплексов автоматики, в которых управляющая вычислительная машина (УВМ), получая информацию о состоянии электрической системы и текущих возмущениях, на основании решения соответствующих систем уравнений (в том числе и дифференциальных), моделирующих поведение системы, отыскивает необходимые изменения в регулируемых параметрах для оптимального воздействия на устройства, определяющие поведение системы. Безусловно, выполнение такой задачи возможно лишь в том случае, если скорость работы УВМ и соответствующие алгоритмы позволяют решать системы уравнений (моделировать процесс) быстрее реального процесса, с тем чтобы можно было успеть внести изменения в переходный режим. Поэтому наряду с совершенствованием вычислительных средств необходимы исследования по разработке алгоритмов и программ определения оптимальных управляющих воздействий для повышения устойчивости энергосистем и надежности их работы.  
 
  Большие возмущения (кроме плановых переключений, сбросов и набросов нагрузки) имеют случайный характер и поэтому детерминировано прогнозировать их распределение во времени невозможно. Вследствие этого вся автоматика постоянно находится наготове («дежурит») и непрерывно анализирует текущую информацию о системе. В случае резкого отклонения параметров от заданных значений начинается автоматическое воздействие на часть из них и регулирование по тем или иным критериям.  
 
  2. Малые возмущения не приводят к существенному изменению режима, но сказываются на таких, параметрах, как напряжение, частота, давление и температура пара и воды и т. д., характеризующих качество энергоснабжения потребителей. Наиболее типичный пример малых возмущений — изменение нагрузки энергопотребления в соответствии с суточным графиком. В отличие от больших возмущений, не имеющих явно выраженного закона распределения во времени, основная часть малых возмущений, имея также случайную природу, в совокупности подчиняется определенной закономерности. Суммарное поведение множества потребителей благодаря цикличности в жизни человека и его производственной деятельности, связанной со сменой суток, недель, сезонов и годов, описывается суточными, недельными и т. д. графиками нагрузки электрической системы.  
 
  Общесистемные и локальные устройства автоматики реагируют на малые возмущения и поддерживают в допустимых пределах качественные характеристики электроэнергии и параметры режима, такие, как частота, напряжение, температура и давление пара в котлах и т. д. Однако если не изменять во времени уставки автоматики, то постепенно накапливающиеся малые возмущения приведут к исчерпанию регулировочных возможностей автоматики и существенному отклонению от оптимального режима энергосистемы. Таким образом, возникает задача управления уставками локальных регуляторов и системной автоматики для сохранения их необходимого регулировочного диапазона и обеспечения оптимальности в режимах работы энергосистемы.  
 
  Краткое рассмотрение реакции системы на большие и малые возмущения позволяет сформулировать задачу диспетчерского управления как координацию работы всех элементов системы и видов автоматики с целью обеспечения критерия оптимальности (минимума издержек — приведенных затрат — на выработку, передачу и распределение электроэнергии), определение комплекса мероприятий по улучшению технико-экономических показателей послеаварийных режимов и переходу к нормальным (оптимальным) режимам. Естественно, на современном уровне развития энергосистем и их объединений такое управление связано с переработкой больших потоков информации, а поэтому должно быть автоматизировано. Автоматизация управления привела к появлению автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) энергосистемами.  
 

Задачи АСДУ

 

 

 Назовем три основные задачи АСДУ в порядке их последовательного решения: 
 
  1. Прогнозирование суточного графика изменения нагрузки. Решение этой задачи возможно, так как поведение нагрузки имеет определенные закономерности и тенденции. Прогнозирование основывается на изучении и анализе статистической информации о предшествующих режимах энергосистемы. Чем точнее составлен прогноз, тем точнее будет решена следующая задача.  
 
  2. Планирование суточных графиков работы электростанций. Оно заключается в задании станциям таких графиков, следуя которым обеспечивается минимальный расход топлива в энергосистеме при надлежащем качестве электроэнергии и надежности электроснабжения.  

Следует различать краткосрочное и долгосрочное прогнозирование и планирование. Долгосрочное прогнозирование и планирование — это задачи общего управления энергосистемой; они не входят в непосредственные функции АСДУ. Примерами таких задач являются прогнозирование и распределение во времени гидроэнергоресурсов, планирование капитальных ремонтов основного энергооборудования и др., а в еще более крупном и отдаленном плане — планирование развития энергосистемы. Хотя эти задачи и связаны в какой-то мере с краткосрочным планированием в суточном разрезе, однако они не решаются как оперативные задачи и результаты их решения рассматриваются как исходная информация для текущих задач управления.  
 
Планирование диспетчерских графиков работы электростанций состоит из следующих основных этапов:  

•  
  планирование режимов ГЭС с заданными гидроресурсами; 
•  
  выбор и планирование на сутки оптимального состава оборудования электростанций с учетом заявок на текущий ремонт; 
•  
  экономичное распределение нагрузки между агрегатами при заданном составе оборудования на каждый час. 

 
В строгой постановке задачи оптимизации  указанные этапы не должны рассматриваться  раздельно и их решение следует  выполнять совместно. Однако трудности  указанной задачи (большая размерность, разнородность параметров, невыпуклый функционал цели) чаще всего заставляют выделять эти этапы в самостоятельные. 

 
  3. Оперативная коррекция режимов. Вследствие недостаточной точности учета случайных возмущений фактическое поведение нагрузки отличается от прогнозируемого. Поэтому для поддержания нормальной частоты возникающие небалансы мощности должны восприниматься одной или несколькими станциями. Происходит непрерывное регулирование частоты, однако чем сильнее отклонение нагрузки от прогнозируемой, тем существеннее отклонение от оптимального режима. При больших отклонениях необходима оперативная коррекция ранее запланированных графиков нагрузки станций для их дооптимизации и приближения режима к экономичному. В некоторых случаях коррекция связана не только с перераспределением нагрузки, но и с уточнением прогнозируемой на оставшуюся часть суток и внесением изменений в оптимальный состав включенного оборудования. Оперативная коррекция осуществляется на основании текущей телеинформации о нагрузке и параметрах энергосистемы.

 
  Трудность задачи оценивания состоит в неполноте и несогласованности телеинформации. Во-первых, информация является неполной и отражает только наиболее существенные параметры электрической системы; во-вторых, информация о различных параметрах является не одновременной и содержит погрешность телеизмерения (собственную погрешность датчиков, погрешность кодирования и декодирования, погрешности каналов связи и др.). Следовательно, математическое обеспечение АСДУ наряду с программами прогнозирования, планирования, оптимизации и расчета нормальных режимов должно иметь программы восполнения недостающей информации и определения параметров математической модели энергосистемы, используемой для расчетов нормальных и оптимальных режимов (так называемые программы оценивания состояний и идентификации параметров, использующие алгоритмы обработки исходной информации с целью ее обобщения и повышения достоверности).  
 
  Кроме перечисленных основных задач, решается и ряд других, таких, как оперативная оценка правильности настройки устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики, ввод режима в допустимую область, информационно-справочные задачи. К последним относятся: статистическая обработка информации и выдача сведений в удобном для диспетчера виде; ежечасная регистрация основных параметров электрической системы и нормирование массивов информации для прогнозирования нагрузки и отображения режима и др.  
 
  Комплекс программ для решения задач управления образует специальное математическое обеспечение (СМО) АСДУ. Оно является нестабильным, постоянно пополняется новыми программами в связи с расширением функций АСДУ, совершенствованием алгоритмов, внедрением новых ЭВМ и расширением сети каналов телеинформации. 

Заключение

 
  Будущее промышленного производства связано с необходимостью жесткого контроля над энергоресурсами, ограничением и снижением их доли в себестоимости продукции. Решение этих задач необходимо связывать с энергосбережением и внедрением новых технологий управления предприятиями. Решительный шаг в этом направлении – это разработка и внедрение интегрированных автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ), которые включают в себя обеспечение жизнеобеспечения всего промышленного предприятия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 
1. Фишов, А. Г. Состояние и направления развития автоматизированного диспетчерского управления электроэнергетическими системами. Аsuelectro.ru. [В Интернете] Октябрь 2003 г. [Цитировано: 23 Декабрь 2010 г.] http://asuelectro.ru/48-sostoyanie-i-napravleniya-razvitiya.html. 
 
2. Совалов, С. А. Автоматизация управления энергообъединениями. М. : Энергия, 1979. 
 
3. Создание Центрального диспетчерского управления ЕЭС России. Raexpert.ru. [В Интернете] http://www.raexpert.ru/researches/energy/electroenerg_1999/part_16_1/. 
 
4. Д. А. Арзамасцев, П. И. Бартоломей, А. М. Холян. АСУ и оптимизация режимов энергосистем. М. : Высшая школа, 1983. 
 
5. В. А. Богданов, В. А. Веников, Я. Н. Лугинский, Г. А. Черня. Электрические системы: Автоматизированные системы управления режимами энергосистем. М. : Высшая школа, 1979. 
 
6. Веников, В. А. Электрические системы: Кибернетика электрических систем. М. : Высшая школа, 1979.