Контрольная работа: Автоматические системы управления в энергетике

Контрольная работа: Автоматические системы управления в энергетике

1. Основы построения АСУ ТП электростанций

АСУ называется человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и переработку информации, необходимой для оптимального управления в различных сферах человеческой деятельности.

Из этого определения следуют характерные признаки АСУ:

-  в состав АСУ входит ЭВМ;

-  в состав АСУ входят люди в качестве диспетчеров и операторов, которые осуществляют контроль и управление соответствующим объектом;

-  переработка информации осуществляется на ЭВМ;

-  как правило сбор информации для её переработки на ЭВМ осуществляется с помощью тех. устройств без участия человека;

-  в результате переработки информации на ЭВМ должно формироваться оптимальное управление.

Система – это множество элементов, каждый из которых прямо или косвенно связан с каждым другим элементом а 2 любых подмножества этого множества не могут быть независимыми.

Любая система функционирует в некоторой окружающей (внешней) среде. Любая среда воздействует на систему и направлена на уничтожение системы. Любая система имеет защитные механизмы (необходимые для её существования). Защитные механизмы называются регуляторами.

В естественных системах (чел.) регуляторы присутствуют всегда. Для искусственных систем надо разрабатывать регуляторы.

Автоматизированная подразумевает участие человека (не путать с автоматической).

Управление – это:

1)  навязывание обусловленного поведения;

2)  целенаправленное воздействие одной системы на вторую с целью установить желаемое состояние системы, на которую воздействуют.

Состояние системы – это совокупность существенных, наиболее важных для системы характеристик, которыми она обладает в данный момент времени.Состояние характеризуется численными характеристиками. Их набор называется переменными состояния системы и обозначается .

.

В теории управления система на которою воздействуют называется объектом управления (ОУ). Система которая формирует управление – управляющая система (устройство управления).

Совокупность ОУ и УС называется системой управления (СУ). УС + ОУ = СУ.

Оптимальное управление – это такое управление при котором обеспечивается max или min некоторого показателя качества (F) режима работы ОУ.

АСУ относятся, как правило, к большим системам (системы с большим кол-вом элементов, ОУ). В АСУ имеются как автоматизированное так автоматическое управление.

Классификация АСУ:

Всё множество АСУ можно разделить на 2 большие группы:

1)  автом. системы управления производством (предприятием) АСУ П.

2)  АСУ ТП (технологическим процессом).

АСУ П осн. х-ки, призанки:

1)  Объектом управления есть организованные совокупности людей, возможно оснащённых техникой. Управление армией,…

2)  Сбор информации в таких системах осуществляется в основномлюдьми с помщью какой-то техники;

3)  реализация управляющих воздействий осуществляется также людьми.

АСУ ТП (характерные особенности):

1)  объектом управления есть некоторый технологический процесс или некоторое технологическое оборудование;

2)  сбор информации осуществляется тех. устройствами автоматически;

3)  реализация управлений может осуществляться через человека так и автоматически.

АСУ в энергосистемах имеют название АС диспетчерского управления (АСДУ).

Составные части АСУ ТП.

1)  Функциональна часть АСУ ТП.

Представляет совокупность всех функций, которые выполняет данная система. Эти функции ещё называют законами АСУ и они включают в себя перечень всех функций управления, формулировку каждой функции, цель, мат. аппарат и алгоритм каждой функции.

2)  Техническая (комплекс технических средств АСУ ТП).

Это совокупность всех компьютерных средств, всех устройств, обеспечивающих сбор информации, измерение, передачу информации и реализацию управляющих сигналов.

3)  Программная (математическая – в л-ре может встретится).

Это совокупность системных и функциональных программ (р-щие функции АСУ).

4)  Информационная.

Совокупность всей информации, циркулирующей в системе, и программ, обеспечивающих хранение, обновление и коррекцию информации, а также доступ к ней.

Тема 2. Функциональная часть АСУ ТП. Общая характеристика

Измерение всех режимных переменных состояния. Преобраз. – преобр. измеренных сигналов в форму, удобную для обработки на компьютере (цифровую и кодированную).

ВС – вычислительная система (не 1 комп.). В результате обработки данных получают:

1)  совокупность обработанной, измеренной информации (без помех, ошибок);

2)  управляющие сигналы;

3)  расчётные режимные величины.

Обработка данных ведётся по заранее разработанным алгоритмам и программам.

4)  хранение с обновлением, коррекцией, удалением устаревшей информации.

I – 1-ый автоматический контур АСУ (без людей). Есть АСУ только с первым контуром.

II – автоматизированное управление.

Тема 3. Техническая часть АСУ ТП

Датчики – технические устройства, которые обеспечивают измерение информации (но это не измерительные приборы (стрелочные амперметры, вольтметры и т.д.)).

УВИ – устройства ввода информации (преобразование в код для ЭВМ);

УВК – управляющий вычислительный комплекс (комплекс компьютерной техники);

АРМО – автоматизированное рабочее место оператора. Есть АРМО турбин, АРМО СГ;

УВУС – устройства вывода управляющих сигналов (з кода компьютера в аналоговый сигналы).

ИОто – исполнительные органы технологических объектов (эл. маг. выключателя, например);

САУ – системы автоматического управления. Если установлены на отдельных, конкретных технологических объектах то локальные САУ (ЛСАУ) (регулирование возб. СГ).

Датчики – это устройства, обеспечивающие измерение режимных параметров и преобразование этих измерений в эл. сигнал тока или напряжения, пропорциональный измеряемой величине (ИТТ, ИТН). Датчики делятся на 2 группы: - аналоговые; - дискретные.

Аналоговые – датчики, на выходе которых есть непрерывный во времени сигнал (аналоговый сигнал).

Дискретные – датчики на выходе которых имеется дискретный по уровню или во времени сигнал. Дискретный по уровню сигнал – это сигнал в котором текущее значение непрерывного во времени сигнала заменяется конечным числом уровней этого сигнала. От 0 до  непрерывный сигнал заменяется на . На участке  непрерывный сигнал заменяется уровнем .  → ;  → ;  →  и т.д.

Обычно эти уровни на одинаковом расстоянии . Принцип измерения: пока сигнал не изменится на  датчик фиксирует предыдущее значение уровня. Величина  зависит от конструкции датчика (схемы датчика).  определяет точность измерений.  также зависит от погрешности измерения. Разновидность: бинарный датчик (на его выходе сигнал двух уровней).

Датчик типа "да", "нет". Определяет состояние коммутационной аппаратуры. В качестве бинарного датчика используются контакты различных контрольных реле.

Дискретный во времени – датчик, который текущее значение измеряемой величины заменяет конечным числом мгновенных значений, фиксирующих измерения через равны промежутки времени.

. Есть ещё подвид дискретного во времени датчика, который широко применяется в АСУ эл. эн. Это число-ипульсные датчики. Они на выходе генерируют различные количества импульсных сигналов в зависимости от измеряемой величины.

Измерением является кол-во импульсов N за промежуток времени . N в пересчёте даёт значение измеряемой величины. Таким датчиком снабжаются все счётчики эл. эн., которые используются в АСУ. Для таких датчиков установлен весовой коэффициент (цена импульса). По ним пересчёт. Например, .

Устройства ввода информации (УВвИ).

Они обеспечивают съём сигналов датчиков, передачу этих сигналов на расстояние и преобразование в машинные коды ЭВМ.

Обычно к первому УВвИ подключается 8 – 32 датчиков. Канал связи с ЭВМ может быть в виде двухпроводной линии либо многопроводной (многоразовой) линии. В первом случае сигналы измерения датчиков предаются последовательно (сначала с , затем с ,…). Измеренная величина каждого датчика в виде машинного кода также передаётся последовательно во времени побитно. машинные коды измерений формируемые УВвИ имеют 8 – 32 разряда .

В случае многоразрядного канала связи сигналы передаются параллельно, каждый разряд по своей.

Самые распространённые аналоговые датчики. Выход этих датчиков в УВвИ преобразуется в цифровой сигнал. УВвИ имеет при этом АЦП. УВвИ иногда называют просто АЦП. Если величина изменяется от 0 до 10 В 4 разрядный АЦП . "Цена деления"  (В). УВвИ обязательно содержит фильтры для подавления измеренных шумов.

Они обеспечивают преобразование управляющих сигналов, расчитаных на управляющем вычислительном комплексе, из машинных кодов в аналоговые или дискретные сигналы тока или напряжения. УВУС содержит ЦАП.

Исполнительные органы технологического оборудования.

Это различные приводы, задвижки, контакты, реле. Это те органы которые непосредственно обеспечивают реализацию сигнала управления, отходящего от ЭВМ.

ЛСАУ.

Это системы авт. упр.установленные непосредственно на эл. ст. АРВ СГ, главный регулятор котла, регулятор напряжения трансформатора с РПН, регулятор частоты вращения турбины.

УВК.

Обеспечивает обработку данных всей АСУ и функционирование всех технических средств АСУ.

Структура современного УВК

Это примерная структура УВК, которая принимается в современных АСУ ТП эл. ст. Эта структура двухуровневая. Каждый уровень определяется наличием коммуникационной шины КШ на которых реализуется локальная вычислительная сеть. КШ ещё называют информационными шинами. К КШ подключаются различные вычислительные устройства и КШ обеспечивает обмен информацией и управление между отдельными вычислительными устройствами. Есть и одноуровневые системы (1 КШ) – их сейчас не строят. Есть 3-уровневые (хим. промышленность). На каждой шине своя локальная вычислительная сеть, но меж ними есть протоколы обмена.

ТС – терминал связи (для обмена информацией данным ВК и внешними (другими) ВК, например связь АСУ ТП эл. ст. с АСДУ (автоматизированная система диспетчерского управления) эн. системы);  – канал связи.

Канал связи – выделенный телефонный канал (зарубежом – радиоканалы). ПКА – персональные компьютеры администрации.

СУПр – станции управления персоналом. Реализуются также на ПК, но имеет связь с КШ1 и КШ2. Назначение СУПр: управление частями технологического процесса на эл. ст. Например, станция управления турбинами, станция управления котлами, станция управления эл. частью станции. Разбивка на эл-ты разна (в завис. от мощности ст.).

АРМО – автоматизированные рабочие места операторов.

Осн. функции СУПр:

1)  отображение информации об оборудовании на экране монитора в виде схем, диаграмм с указанием измерений текущих режимных параметров;

2)  возможность вмешательства операторов в ход технологического процесса через контроллеры (вмешательство только в свою часть (котёл, СГ));

3)  расчёт и анализ режимных ситуаций (нормальных и ав.) с последующим изображении на мониторе. Например, расчёт ТКЗ в точке;

4)  построение графиков режимных параметров за определенный период времени.

С – сервер. Обеспечивает обработку данных в данном УВК, обмен информации меж различными устройствами, подключение к КШ и обмен информации.

ИС – инженерная станция (тоже ПК (перс. комп.)).

Настройка ВК:

·  прикладное программирование;

·  поиск ошибки в системе;

·  защита данных;

·  тестирование устройств ВК.

ГЩУ главный щит управления эл. ст. (Для удобства оператив. обслуживания приборы и аппараты с-мы управления сосред-ют на щитах управления (ЩУ). ЩУ представляют собой уст-во что содерж. тех. средства (приборы, аппараты, ключи, сигнал. лампочки…) предназнач. для управления работой отдельных агрегатов, группы агрегатов, участка или всей эл. установки (управ. ген-ми, т-ми, КЛ, ВЛ, междушинными связями). Команды на операции управления или рег-ния подаются вручную или автоматикой. На ГЩУ находится начал. см. ст. (ДИС). На ГЩУ устанавливают приборы контроля за осн. тепловыми показателями ст. и предусматривается 2-сторон. связь начальника смены с оперативным персоналом и с диспетчером системы.).

СЩУ – сервер щита управления (обеспечивает вывод информации на ЩУ).

К – контроллеры – программируемые микропроцессорные устройства, выполняющие функции устройств ввода информации, устройств вывода управляющих сигналов и функции ЛСАУ (локальных систем управления).

Д – датчки.

ИСК – инженерная станция контроллеров – ноутбук для настройки и программирования контроллеров.

Информационная и программная часть АСУ ТП.

АСУ разбиваются на:

·  функциональную часть;

·  техническую часть

·  информационную часть;

·  программную часть.

Информационная часть АСУ ТП представляет собой упорядоченную совокупность всей информации, циркулирующей в АСУ а также способы кодирования этой информации, хранения, доступа к ней и представления этой информации опреаторам.

Упорядочивают информацию в след. больших группах:

1)  оперативная информация;

2)  нормативно-справочная информация.

1) Получается в рез-те измерения режимных параметров с помощью Д. Способы упорядочивания различают: по признаку принадлежности к тому или иному оборудованию (параметры котла, СГ…).

2) Это паспортные данные на оборудование, справочные данные и нормативные значения режимных параметров (ном. уровни напряжения, ном. частота).

1) и 2) вместе называют входной информацией.

Результаты расчётов управляющих сигналов или результаты расчётов режимных параметров – выходная информация. Обработка всей информации, циркулирующей в АСУ, основывается на так называемых компьютерных банках данных.

Структура банка данных

СУБД – система управления БД – совокупность программ. Позволяет обратится к БД со стороны операторов (О), администрации (Адм.) со стороны програм. расчёта управляющих сигналов и режимных параметров.

Программное обеспечение делят на 2 части:

1)  общее п.о.;

2)  специальное п.о.;

К общему п.о. относят:

1)  ОС (представляет собой набор программ, предназначенных для управления компьютером, хранения информации и организации работы всех подключенных к нему устройств);

2)  драйверы устройств ввода-вывода (программы которые обеспечивают ввод и вывод информации меж различными устройствами);

3)  трансляторы и компиляторы;

4)  программы самодиагностики (тестируют работу всего оборудования);

5)  стандартные библиотеки программ;

6)  программы управления банками данных.

Общее п.о,. как правило, оставляется изготовителем УВК.

Спец. п.о. – совокупность прикладных программ реализующих функции АСУ относительно конкретных технологических объектов.

Всё п.о. можно представить в виде оболочек вложенных друг в друга:

1)  ОС (UNIX, MS DOS);

2)  Служебные программы (все общие п.о., кроме ОС и программ управления БД-ных);

3)  Комплекс программ управления БД;

4)  Все прикладные пограммы.

2. Основы построения АСУ ТП в эл. энергетике

Структура управления эл. энергетикой страны

Основой эл. энергетики Украины есть объединенная энергетическая система Украины, которая осуществляет технологический процесс производства эл. энергии, транспорта и распределения.

Энергетическое предприятие "Энергорынок". Киевэнерго содержит генерирующие мощности. Основной аспект управления – оперативное управление режимами работы (оперативное – текущее). Основная задача – надёжность снабжения.

Оперативное управление осуществляется диспетчерскими центрами управления. Эти центры есть в НЭК "УЭ" и в восьми региональных энергосистемах системах.

Структура диспетчерского управления в энергетике страны.

ЦДП – центральный диспетчерский пункт;

РДЦ – региональные диспетчерские центры эл. эн. систем (8 центров);

ДПУ ОЭ – диспетчерские пункты управления обл. энерго;

ПУ эл. ст. – пункты управления эл. ст.;

ПУ п/ст. 220 – 750 кВ -- пункты управления подстанций сети 220 – 750 кВ;

ДПУ -- диспетчерские пункты управления районов эл. сетей;

РЭС – 10 – 0.4 кВ – сети.

Главные задачи диспетчерского управления в нормальных режимах эн. системы:

1)  обеспечение баланса производства и потребления эл. энергии в целом по объединённой эн. системе страны и по отдельным регионам;

2)  обеспечение надёжного и качественного эл. снабжения.

Тема. Краткая характеристика обеспечения баланса производства и потребления эл. энергии.

Потребление эл. энергии в энергосистемах изменяется постоянно течении минут… По этому производство эл. эн. должно приспосабливаться к этим изменениям к этим изменениям, а это требует следующего:

1)  надо планировать строительство новых энергоблоков, эл. станций, эл. сетей на несколько лет вперёд (обычно на 5 лет). Для планирования надо прогнозировать графики потребления на 10 – 15 лет;

2)  надо распределять нагрузку меж различными эл. станциями для различных периодов времени: год, неделя, день. Цель распределения нагрузки – ↓ общих затрат на производство эл. энергии;

3)  разработка и применение методов и средств управления, которые будут противостоять случайным отклонениям производства и потребления эл. энергии. Эти отклонения связаны с ав. ситуациями. Что б противостоять случайным отклонениям должен быть резерв. Этот резерв мобильный: манёвренные ГЭС, ГТУ, ГАЭС.

Поддержание качества поставки эл. энергии.

Под надёжностью эл. снабжения понимается бесперебойность работы. Поддержание баланса имеет смысл если всем потребителям поставляется эл. эн. необходимого качества. Качество эл. эн. характеризуется 2-мя основными параметрами: f и U.

Частота переменного тока – общее системный параметр, значение которого одинаковы во всех точках энергосистемы. Согласно стандартам в уст. режиме. Отклонение частоты – нарушение баланса мощности. Осн. причины нарушения баланса:

1)  отклонение реальной нагрузки от запланрованной;

2)  отсутствие (недостаток) резерва по генерируемой мощности.

Для поддержания баланса надо регулировать мощность эл. станций в соответствии с изменением нагрузки. ; суммарные потери мощности. В случае отсутствия регулирующего диапазона на эл. станциях приходится отключать нагрузку в эл. эн. системах. При значительных отклонениях баланса (ав. откл. СГ, ЛЭП) могут возникнуть нарушения устойчивой параллельной работы СГ эл. ст. (вплоть до выпадения из синхронизма).

Второй параметр, характеризующий качество эл. эн., – напряжение. Напряжение различно в различных точках системы. Надо обеспечить поддержание напряжения на зажимах эл. приёмников на уровнях номинальных значений при нормированных, допустимых отклонениях. Для большинства эл. приёмников: , для эл. двигателей  (более широкий диапазон).

ЦК – централизованная координация;

РС – распределительная сеть;

ЭП – эл. приёмники;

ЛСАУН – локальные системы автоматического управления напряжением;

ЦП – центры питания:

- Трансформаторы с РПН снабжены автоматическим управлением;

- СК – синхронны компенсаторы (с АРВ СК);

- реакторы;

- КБ (конденсаторные батареи)

В двигателях 6 кВ есть системы автоматического регулирования возбуждения (на газоперекачивающих станциях). Работу ЛСАУН-ием надо постоянно корректировать поскольку их функционирование не зависит друг от друга, а участки эл. сети которыми они управляют взаимосвязаны и изменение режимных параметров на одном участке не сказывается на изменение на втором участке. Надо ЦК (централизованная координация). , .

Последовательность управлений во времени.

1. Уровень нескольких секунд.

Управление мгновенным равновесием энергосистемы. согласно этому временному уровню мощность генерирующего оборудования должна точно следовать и мгновенно реагировать на изменение нагрузки. Такую задачу обеспечивает т.н. первичное регулирование скорости вращения генераторов. Первичное регулирование обеспечивается ЛСАУ, которые устанавливаются на турбинах эл. станций и называются автом. регуляторами частоты вращения турбин АРЧВ (АРС – автом. регуляторы скорости). Кроме первичного на этом временном уровне используется вторичное регулирование, которое обеспечивает изменение мощности генераторов. Первичное и вторичное регулирования должны быть быстродействующими и поэтому реализуются полностью АСУ. Устанав. эти системы на эн. блоках эл. станций.

2. Уровень нескольких минут.

На этом уровне управление состоит в нахождении наиболее экономичного распределения нагрузок меж работающими энергоблоками при чёте потерь в эл. сети.

Суточный график нагрузки. Распределение нагрузки по графику.

Страницы: 1, 2