ПРИНЦИП И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ WAMS В ЭНЕРГЕТИКЕ

В работе рассмотрена технология мониторинга переходных процессов WAMS. Описана концепция, актуальность и принцип данной технологии. Представлены достоинства и недостатки данной технологии. Также в работе обозначены требования для использования данной технологии и оценена возможность интегрирования в энергосистему Беларуси.

Технология WAMS (Wide area measurement system) - это система глобальных измерений, предназначенная для мониторинга динамики энергосистемы в режиме реального времени, выявления слабых мест, связанных со стабильностью системы, также помогает разрабатывать и реализовывать контрмеры по их устранению. Глобальная система измерений представляет собой многоуровневую распределенную автоматизированную систему сбора, обработки и хранения данных синхронизированных векторных измерений параметров переходных процессов и установившихся режимов [1]. Применяется на важных энергетических объектах, таких как: ТП, РУ, ТЭЦ, множествах генерирующих станций (ГРЭС, СЭС, АЭС, ГЭС, различных предприятий и т.д.

Принцип данной технологии заключается в применении хорошо изученного метода данных фазоров в различных географически удаленных сечениях линий электропередачи [2]. При соответствующей программной обработке, информация, поступающая от устройств измерения фазоров, позволяет: обеспечить диспетчерские центры данными о стабильности всей системы, обеспечить повышение надежности ведения режима энергосистем, получить экономический эффект за счет уменьшения или снятия ограничений по перетокам мощности в опасных сечениях в реальном времени, максимально использовать экономичные, конкурентоспособные электростанции, снизить объемы ограничений потребителей.

Рассмотрим применение технологии на примере энергосистемы Китая. Для анализа работы нагрузки энергосистемы и мониторинга переходных процессов используется технология WAMS, целями которой являются: мониторинг в режиме реального времени, анализ после аварии, адаптивная защита и восстановление энергосистемы. Основными компонентами WAMS являются векторный измерительный блок (PMU), векторный концентратор данных (PDC), глобальная система позиционирования (GPS для синхронизации времени векторов), канал связи (предпочтительно оптоволоконный кабель), инструменты визуализации и анализа, ситуационная осведомленность системы, обширная защита и контроль.

Основные преимущества системы WAMS [4]:

• Мониторинг и контроль энергосети в режиме реального времени;
• PMU могут обмениваться файлами даже внутри системы друг с другом;
• В постоянном доступе имеется информация о параметрах режима (значение токов, напряжений, фазовых углов, активной и реактивной мощности, мощность нагрузки);
• Возможность отслеживать динамику всей системы;
• Возможность предотвращать нежелательные нарушения в системе;
• Точнейшее измерение динамики энергосистемы (раз в 20 мс);
• каждая выборка данных снабжена отметкой всемирного координированного времени (UTC);
• Данные синхронизируются с минимальной точностью (1 мс);
• Синхронизация, обмен, сохранение и архивация данных;
• Малое потребление канала связи (30 кБ/с);
• Возможны различные режимы работы;
• Возможна многоадресная связь. Поддерживается в различных конфигурациях;
• Все данные доступны в одном месте;
• Возможность запуска и блокировки по заданным общепринятым протоколам;
• Функция обнаружения и защиты;
• Обнаружение низкочастотных колебаний;
• Визуализация данных.

Проблемы при внедрении PMU в энергосистему заключаются в следующем:

• Выбор подходящего места для размещения PMU;
• Интеграция технологии синхрофазора со SCADA;
• Задержки связи;
• Мониторинг низкочастотных колебаний;
• Искаженные формы сигналов энергосистемы затрудняют прогнозирование;
• Высокие вычислительные требования;
• Разработка инструментов для глубокого анализа.

В отношении WAMS все еще ведется много теоретических исследований, и их следует перенести на практическое применение контроля устойчивости на большой площади в большой взаимосвязанной системе. Проблемы, которые возникают при использовании WAMS [4]:

• Проблема взаимосвязи между локальными контроллерами и контроллерами глобальной сети;
• Проблема координации управления между несколькими широкозонными контроллерами демпфирования;
• Проблема выбора оптимального управляющего входа для нескольких широкополосных контроллеров демпфирования;
• Проблема проектирования и реализации для практического применения глобального мониторинга и управления в режиме онлайн.

Следует отметить ряд существенных требований для применения технологии WAMS на энергетических объектах и предприятиях. Для начала, сама система должна пройти предварительные испытания, опытную эксплуатацию, приемочные испытания. Для энергосистемы необходимо наличие: смонтированных и соединенных в соответствии с чертежами монтажа комплексов технических средств и подготовленных к эксплуатации с сервисным оборудованием и инструментами для обслуживания; эксплуатационной документации, содержащей все сведения о системе WAMS, необходимые для нормальной работы; программное обеспечение в виде программ и сопровождающей ее документации; техническую документацию для службы эксплуатации системы и перечень необходимых технических средств; ЗИП (запасные части, инструменты и принадлежности), приборы и устройства для проверки работоспособности и наладки технических средств; проектная документация, программы по проведению испытаний системы WAMS, согласованная с министерством энергетики; в подразделениях энергообъекта должны быть назначены специалисты, ответственные за внедрение и эксплуатацию системы [3].

Рассмотрим возможность интегрирования технологии на предприятиях РБ. Система энергетики Республики Беларусь развивается в очень быстром темпе. Строительство различных заводов, предприятий, фабрик и даже обычных жилых зданий увеличивает мощность энергосистемы страны. В 2021 году она превысила 10 тыс. мегаватт. Протяженность электрических сетей суммарно насчитывает более 280 тыс. км, протяженность тепловых - 7.5 тыс. км. В 2020 году была построена атомная станция в г. Островец, что сильно повлияло на энергетику республики. Идет планомерное внедрение новых технологий, за основу которых взята энергия, вырабатываемая на атомной станции. Нагрузка на энергосистему страны возросла, что требует определенных модификаций и внедрения новейших систем мониторинга переходных процессов.

Основной целью WAMS является мониторинг энергосистемы в режиме реального времени и оповещение системного оператора, если измеренные или рассчитанные значения превышают установленные значения. Система глобальных измерений и контроль большой площади обеспечивают надежное управление энергосистемой из удаленных мест, а также повышают стабильность и надежность энергосистемы. За изобретением новых технологий стоит множество преимуществ. Установка устройств PMU, используемой системой WAMS не требует особых требований. Они могут располагаться в существующих панелях или установленных шкафах. Питание всего оборудования системы WAMS осуществляется от цепей резервированного оперативного напряжения постоянного тока 220 В. Для питания каждого устройства (PMU, преобразователь интерфейса) устанавливается отдельный автоматический выключатель. Данные от каждого PMU передаются с помощью волоконно-оптических кабелей посредством TCP/IP – соединений на сетевые коммутаторы.

Технология WAMS оказывается очень полезным для постфактум-анализа событий, произошедших в системе. Благодаря различиям частоты и угла напряжения энергосистемы уже можно сделать большое количество выводов об энергосистеме в целом. Система обладает всеми необходимыми качествами и функциями для комфортной и безопасной работы системы энергетики не только предприятия, но и страны в целом.

Список литературы:

1. Система мониторинга переходных режимов // Parma [Электронный ресурс]. – 2022. – Режим доступа: https://parma.spb.ru/.– Дата доступа: 20.03.2022.
2. WAMS – технологическое развитие энергосистем / Иван Смольянинов // Энергетика и промышленность России. - №17(157). – 2010. – С. 17.
3. Система мониторинга переходных режимов // RTSoft [Электронный ресурс]. – 2022. – Режим доступа: https://www.rtsoft.ru/project-cards/iuse/sistemy-monitoringa-parametrov-elektricheskoy-seti/sistema-monitoringa-perekhodnykh-rezhimov-smpr.php. – Дата доступа: 22.03.2022.
4. Wide area power systems stability, protection, and security // Pierluigi Siano [Electronic resource]. – 2021. – Mode of access: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-030-54275-7. – Date of access: 22.03.2022.