Иерархичность управления. 
Энергетические режимы электрических станций и электроэнергетических систем

Принципы управления ЕЭС с использованием всей совокупности средств управления сложились в период СССР. Большая сложность системы требовала определенных решений по созданию систем и средств управления. Полученный опыт показал, что эти системы обеспечивают управляемость системы при любых ситуациях, особенно при авариях. Отдельные энергосистемы, станции, электроприемники потребителей при совместной работе в электрической системе связаны на электронном уровне, что существенно влияет на систему управления.

В 1991 г. началось реформирование энергетики и был создан рынок электроэнергии. Изменилась форма собственности. Объекты энергетики стали не государственными, а акционерными. Каждый собственник получил право влиять на управление по своему усмотрению. Конечно, это положение внесло определенные изменения в систему управления. Вместе с тем основные принципы управления сохранились. Системный принцип работы был и остается главным в электроснабжении потребителей.

При управлении энергетическими системами приходится решать много сложных задач, требующих большого объема информации и использования различных математических методов. Это и много других факторов приводят к необходимости создания многоуровневой схемы управления режимами. Схема организована по иерархическому принципу, при котором все решения по управлению верхнего уровня обязательны для нижнего. В энергетике применяется три иерархических принципа управления режимами. Иерархия в пространстве, во времени и ситуативная.

Иерархия в пространстве имеет четыре уровня управления. Этот вид иерархии позволяет управлять территориально распределенными объектами энергетики как единым целым.

• Первый уровень управления — наивысший уровень принятия решений по управлению режимами системы страны. Это органы управления единой энергосистемой страны — ЕЭС России. В настоящее время на уровне ЕЭС создан оптовый рынок электроэнергии и решаются отношения купли-продажи при взаимодействии региональных энергосистем, отдельных энергетических предприятий и отдельных крупных потребителей. Определяются продажа и покупка мощности и энергии между всеми субъектами рынка.

Поскольку управлять режимами всех зон электроснабжения страны с этого уровня очень сложно, созданы органы управления по крупным зонам электроснабжения, образующим объединенные энергосистемы (ОЭС).

• • Второй уровень управления — органы управления объединенными энергосистемами регионов страны — ОЭС России. На этом уровне решаются вопросы взаимодействия районных энергосистем соответствующего региона. Все решения по управлению режимами, принятые на уровне ЕЭС, обязательны для исполнения в ОЭС.
• • Третий уровень — управление режимами районной энергосистемы или отдельными предприятиями определенной административно-территориальной единицы. Это уже региональный рынок электроэнергии. На нем формируются отношения купли-продажи между энергоснабжающими организациями и потребителями. Определяются режимы станций системы, режим электрических сетей и все мероприятия по выполнению требований к энергоснабжению потребителей. Решения, принятые на уровне ОЭС, обязательны для районной энергосистемы АО Энерго и отдельных предприятий.
• • Четвертый уровень — электростанции, предприятия электрических и тепловых сетей, обеспечивающие энергоснабжение на уровне АО Энерго. Здесь определяется режим агрегатов с учетом тех заданий, которые установлены на уровне района энергоснабжения, например на уровне АО Энерго.

Отметим, что состав и функции энергетических предприятий могут отличаться от названных выше, но принципы пространственной иерархии сохраняются.

Все уровни взаимосвязаны. Для любого нижнего уровня нагрузка станций, перетоки по ЛЭП и другие параметры определяются с учетом условий, формируемых на более высоком уровне. На уровне ЕЭС ведется управление потоками обменной мощности и энергии в масштабе страны в соответствии с договорами по купле-продаже на оптовом электроэнергетическом рынке. На уровне ОЭС известны требования, заданные ЕЭС, и с их учетом ведется управление потоками обменной мощности и энергии в границах ОЭС на региональном рынке. На уровне районной ЭЭС определяются режимы ее объектов, участвующих в энергоснабжении.

На рис. 1.7 приведена схема оперативно-диспетчерского управления, в которой реализован принцип пространственной иерархии.

Иерархия во времени позволяет отдельно рассматривать задачи планирования режимов для различных периодов по времени. Цели планирования режимов, исходная информация и ее достоверность, состав задач зависят от периода планирования. Это позволяет декомпозировать задачу управления во времени на несколько частей. Иерархия во времени имеет в условиях эксплуатации три временных уровня решения задач управления режимами. Все уровни взаимосвязаны.

Первый уровень. Составление долгосрочных планов режима системы с заблаговременностью до года или нескольких лег. Поскольку с такими периодами упреждения известна не вся необходимая информация, многие детали при планировании опускаются. Цель такого планирования — определить те режимы, которые необходимы для планирования хозяйственной, технической и финансовой деятельности. Очень важен этот этап расчетов для решений о долговременных отношениях купли-продажи на рынке электрической энергии и мощности, которые в энергетике решаются с указанной заблаговременностью.

Второй уровень. Составление краткосрочных планов с заблаговременностью до месяца. Режимы планируются на каждые сутки месяца, но особенно важную роль играют планы с суточной заблаговременностью. На этом этапе уже известны все необходимые детали, определяющие режимы. Однако энергосистемы подвержены влиянию многих случайных факторов, и поэтому краткосрочные планы также требуют корректировки.

Третий уровень. На третьем уровне происходит управление режимами в темпе процессов, протекающих в энергетике. Здесь активно используются все средства и системы оперативно-диспетчерского и автоматического управления режимами. Цель этих расчетов — корректировать плановый режим на основе реальной информации, выполняя все требования к энергоснабжению.

Рис. 1.7. Структурная схема пространственной иерархии органов оперативно-диспетчерского управления.

Ситуативная иерархия устанавливает приоритеты решения различных режимных задач в зависимости от состояния системы. Наивысший приоритет имеют задачи, которые необходимо решать при авариях. За ними следуют задачи, возникающие в утяжеленных условиях, и, наконец, те, которые соответствуют нормальным условиям. Эта последовательность определяется требованиями надежности. При авариях экономичность режимов является второстепенным фактором, так как главное — не допустить развития аварии и вернуть систему к нормальному состоянию.

Декомпозиция задач управления режимами на основе иерархических принципов снимает многие трудности в их решении и позволяет иметь эффективную систему управления режимами.