Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГРУППЫ НЕРЕГУЛИРУЕМЫХ ТУРБИН

Изобретение относится к специализированным устройствам вычислительной техники и может быть использовано для моделирования и исследования процессов изменения частоты в условиях скачкообразного изменения баланса мощности в энергосистеме с группой нерегулируемых турбин.

Предлагаемое техническое решение представляет собой специализированное устройство вычислительной техники, содержащее элементы (блоки) и связи между ними, находящиеся в функционально-конструктивном единстве и размещенные в ограниченном пространстве с возможностью выполнения в едином корпусе.

Известны технические решения, которые могут быть использованы при моделировании сложных систем на различных этапах их функционирования.

В частности, известно устройство для управления сложными системами [RU 149601 U1, G06F 21/00, G06N 7/00, 10.01.2015], содержащее базу данных требований к типовым элементам вычислительных сетей, блок моделирования типовых элементов вычислительных сетей, первый вход которого соединен с выходом базы данных требований к типовым элементам вычислительных сетей, блок моделирования нетиповых элементов вычислительных сетей, блок моделирования воздействий на элементы вычислительных сетей, выход которого соединен с первым входом блока моделирования нетиповых элементов вычислительных сетей и со вторым входом блока моделирования типовых элементов вычислительных сетей, блок моделирования воздействий на архитектуру вычислительных сетей, блок моделирования архитектур вычислительных сетей, первый вход которого соединен с выходом блока моделирования типовых элементов вычислительных сетей, второй вход соединен с выходом блока моделирования нетиповых элементов вычислительных сетей, а третий вход соединен с выходом блока моделирования воздействий на архитектуру вычислительных сетей, а также блок вычисления показателей безопасности вычислительных сетей, вход которого соединен с выходом блока моделирования архитектур вычислительных сетей.

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет использовать его для моделирования и исследования процессов изменения частоты в условиях скачкообразного изменения баланса мощности в энергосистеме с группой нерегулируемых турбин.

Известно также техническое решение [RU 141941 U1, G06Q 90/00, 20.06.2014], содержащее блок оценки вероятности и величины риска, выход которого связан с входом блока классификации риска, выход блока классификации риска связан с входом управляющего блока, выход управляющего блока связан с входом блока управления техобслуживанием и ремонтами, выход блока управления техобслуживанием и ремонтами связан с входом блока информационно-измерительных систем, выходы блока информационно-измерительных систем связаны с входами блоков хранения данных о сбоях и мониторинга основных средств, выходы блоков хранения данных о сбоях и мониторинга основных средств соединены с входом экспертного блока хранения данных, кроме того, выход блока информационно-измерительных систем связан с входом блока внешних систем управления, выход которого связан с входом управляющего блока, а также блок моделирования надежности, в котором производится подбор необходимой модели (моделей) оценки надежности программного обеспечения для конкретного состояния технических устройств из совокупности моделей, хранящихся в блоке, а его входы соединены с выходом из блока информационно-измерительных систем, управляющего блока, блока внешних систем управления и экспертного блока хранения данных, а выход блока моделирования надежности связан с входом блока оценки вероятности и величины риска.

Недостатком устройства также является относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет использовать его для моделирования и исследования процессов изменения частоты в условиях скачкообразного изменения баланса мощности в энергосистеме с группой нерегулируемых турбин.

Кроме того, известно устройство моделирования автоматизированных систем для электроэнергетики [RU 138003 U1, G06G 7/635, 27.02.2014], содержащее систему управления, источник сигналов задания, подсоединенный своим выходом к первому входу системы управления, первый блок памяти, подсоединенный своим входом к первому выходу системы управления, второй блок памяти, подсоединенный своим входом ко второму выходу системы управления, узел формирования вычисленных результатов и блок отображения информации, подсоединенный своим первым входом к выходу узла формирования вычисленных результатов и своим вторым входом - к третьему выходу системы управления, причем, выход первого блока памяти подсоединен к первому входу узла формирования вычисленных результатов, а выход второго блока памяти подсоединен ко второму входу узла формирования вычисленных результатов.

Этому устройству также присущ недостаток, заключающийся в относительно узких функциональных возможностях, что не позволяет использовать его для моделирования и исследования процессов изменения частоты в условиях скачкообразного изменения баланса мощности в энергосистеме с группой нерегулируемых турбин.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 30208, U1, G09B 23/00, 20.06.2003], содержащее, по меньшей мере, один блок моделирования виртуального регулятора обратной связи с изменяемыми характеристиками физической динамической системы, по меньшей мере, один блок моделирования реального регулятора обратной связи физической динамической системы и блок суммирования сигналов, входной и выходной сумматоры, блок математического моделирования физической динамической системы и, по меньшей мере, один блок моделирования виртуальной обратной связи с изменяемыми характеристиками, используемой в физической динамической системе, вход, по меньшей мере, одного блока моделирования виртуального регулятора обратной связи с изменяемыми характеристиками физической динамической системы и вход, по меньшей мере, одного блока моделирования реального регулятора обратной связи физической динамической системы связаны с первым входом выходного сумматора, при этом выходы, по меньшей мере, одного блока моделирования виртуального регулятора обратной связи физической динамической системы и, по меньшей мере, одного блока моделирования реального регулятора обратной связи физической динамической системы соединены с соответствующими входами блока суммирования сигналов, соединенного выходом с первым входом входного сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока моделирования виртуальной обратной связи с изменяемыми характеристиками, используемой в физической динамической системе, выход входного сумматора через блок математического моделирования физической динамической системы связан со входом блока моделирования виртуальной обратной связи с изменяемыми характеристиками, используемой в физической динамической системе, и вторым входом выходного сумматора.

Наиболее близкое техническое решение также обладает относительно узкими функциональными возможностями, поскольку, хотя оно и позволяет использовать его как устройство для исследования динамической компенсации воздействия на системы, но не позволяет обеспечить его работу для моделирования и исследования процессов изменения частоты в условиях скачкообразного изменения баланса мощности в энергосистеме с группой нерегулируемых турбин. Это сужает функциональные возможности известного устройства.

Задачей, которая решается в предложенном изобретении, является расширение функциональных возможностей.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем введения дополнительного арсенала технических средств, обеспечивающих моделирование и исследование процессов изменения частоты в условиях скачкообразного изменения баланса мощности в энергосистеме с группой нерегулируемых турбин.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее алгебраический сумматор, согласно изобретению введены последовательно соединенные блок задания функции изменения частоты, вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, блок задания функции регулирования частоты, ограничитель по величине резервов вторичного регулирования резервов на загрузку и на разгрузку, ограничитель максимально допустимой скорости вторичного регулирования на загрузку и на разгрузку и блок задания передаточной функции регулирования частоты и перетоков активной мощности, выход которого соединен с суммирующим входом алгебраического сумматора, вычитающий вход которого является входом задания сигнала изменения нагрузки, при этом блок задания функции изменения частоты имеет передаточную функцию

где где T_f - постоянная времени переходного процесса изменения частоты от Δf₁ до Δf₂;

а и b - коэффициенты, определяемые в результате аппроксимации переходного процесса изменения частоты.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что блок задания функции регулирования частоты имеет передаточную функцию

где k_ч - коэффициент статической частотной характеристики энергосистемы;

Т_АРЧМ - постоянная времени интегратора регулятора автоматического регулирования частоты.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что блок задания передаточной функции регулирования частоты и перетоков активной мощности имеет передаточную функцию

ε=ΔР_обм+kΔf;

где ε - системная ошибка;

ΔР_обм - отклонение суммарной обменной мощности энергосистемы от заданного значения;

k - коэффициент передачи регулятора по частоте, задаваемый численно равным крутизне характеристики соответствующей энергосистемы по частоте;

Δf - отклонение частоты от номинального значения.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что ограничители по величине резервов вторичного регулирования резервов на загрузку и на разгрузку и максимально допустимой скорости вторичного регулирования на загрузку и на разгрузку имеют линейно возрастающую передаточную характеристику между границами ограничений.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для моделирования процессов изменения частоты в энергосистеме.

Устройство для моделирования процессов изменения частоты в энергосистеме содержит алгебраический сумматор 1 и последовательно соединенные блок 2 задания функции изменения частоты, вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора 1, блок 3 задания функции регулирования частоты, ограничитель 4 по величине резервов вторичного регулирования резервов на загрузку и на разгрузку, ограничитель 5 максимально допустимой скорости вторичного регулирования на загрузку и на разгрузку и блок 6 задания передаточной функции регулирования частоты и перетоков активной мощности, выход которого соединен с суммирующим входом алгебраического сумматора 1, вычитающий вход которого является входом задания сигнала изменения нагрузки.

Устройство содержит элементы, охарактеризованные на функциональном уровне, и описываемая форма их реализации предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому ниже при описании работы устройства представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данного устройства функции, достаточных для их технической реализации, а также, при необходимости, соответствующие математические соотношения.

Работает устройство для моделирования процессов изменения частоты в энергосистеме следующим образом.

Энергоблоки и электростанции энергосистемы (ЭС), не привлекаемые к нормированному первичному и автоматическому вторичному регулированию частоты, можно условно представить одной эквивалентной группой нерегулируемых турбин. При скачкообразном изменении баланса мощности в энергосистеме, состоящей только из нерегулируемых турбин, в переходном процессе частота через несколько секунд (около 30 сек) стабилизируется на каком-то определенном уровне Δf₁, определяемом статическими характеристиками регуляторов частоты вращения и нагрузки, а затем по закону, близкому к экспоненциальному, продолжает медленно (в течение нескольких минут) изменяться в том же направлении и достигает значения Δf₂.

Такое протекание процесса и отношение определяется в основном реакцией на изменение частоты тепловых электростанций и прежде всего реакцией блочных агрегатов с высокими и сверхвысокими параметрами пара, причем эта реакция, в свою очередь, зависит от ряда факторов (наличие вращающихся резервов мощности, доля агрегатов, у которых режим работы котла не зависит от нагрузки генераторов, наличие на турбинах регуляторов давления пара "до себя"; доля агрегатов, работающих на скользящих параметрах пара, и т.д.). При наличии в ЭС автоматического регулирования частоты усложняет этот процесс, что требует проведения исследований с привлечением специальных моделей. На решение этой задачи направлено предложенное изобретение.

В предложенном устройстве на вычитающий вход алгебраического сумматора 1 подается сигнал изменения нагрузки ΔР_н, которое характеризует возмущение, вводимое в ЭС, в результате которого ее частота отклоняется от номинального значения на величину Δf, которая определяется передаточной функцией блока 2 задания функции изменения частоты, характерной для групп нерегулируемых турбин:

где где T_f - постоянная времени переходного процесса изменения частоты от Δf₁ до Δf₂;

а и b - коэффициенты, определяемые в результате аппроксимации переходного процесса изменения частоты.

Согласно этому отклонению блок 3, характеризующий действие системы автоматического регулирования частоты в ЭС, формирует управляющий сигнал ΔР_зад(p) в соответствии с передаточной функцией, задаваемой этим блоком

где k_ч - коэффициент статической частотной характеристики ЭС;

Т_АРЧМ - постоянная времени интегратора регулятора АРЧМ.

Сигнал ΔР_зад(p) с выхода блока 3 при необходимости ограничивается по величине резервов вторичного регулирования на загрузку µ_{загр. вт} и на разгрузку µ_{разг. вт} в ограничителе 4, а также по максимально допустимой скорости вторичного регулирования на загрузку ν_{загр. вт} и на разгрузку ν_{разгр. вт} в ограничителе 5. Ограничители по величине резервов вторичного регулирования резервов на загрузку 4 и на разгрузку и максимально допустимой скорости вторичного регулирования на загрузку и на разгрузку 5 в частном случае имеют линейно возрастающую передаточную характеристику между границами ограничений.

Откорректированный в ограничителях сигнал ΔР_зад(p) подается на регулирующие станции, которые моделируются блоком 6 задания передаточной функции регулирования частоты и перетоков активной мощности с передаточной функцией

ε=ΔР_обм+kΔf;

где ε - системная ошибка;

ΔР_обм - отклонение суммарной обменной мощности в энергосистеме от заданного значения;

k - коэффициент передачи регулятора по частоте, задаваемый численно равным крутизне характеристики соответствующей энергосистемы по частоте;

Δf - отклонение частоты от номинального значения.

На выходе блока 6 формируется сигнал изменения мощности ΔР_{рег. станции}(p), который подается на суммирующий вход алгебраического сумматора 1, и описанные выше процессы повторяются.

Изменяя параметры элементов устройства, обеспечивается возможность моделирования и исследования процессов изменения частоты в условиях скачкообразного изменения баланса мощности в энергосистеме, содержащей в своем составе группу нерегулируемых турбин.