На пути достижения основных целей противоаварийным управлением должны решаться следующие задачи: предотвращение нарушения устойчивости параллельной работы энергосистемы; прекращение асинхронного хода, если предотвратить нарушение устойчивости не удалось; предотвращение выхода за допустимые границы частоты, напряжения и тока.
В ЕЭС и входящих в её состав энергосистемах система автоматического противоаварийного управления направлена прежде всего на решение первой из перечисленных задач. Не говоря уж об асинхронном ходе, недопустимые отклонения частоты, напряжения и тока в большинстве случаев возникают либо после нарушения устойчивости, либо в после аварийных условиях, близких к предельным по устойчивости. Поэтому сохранение устойчивости в большинстве случаев обеспечивает решение и других задач.
Решение задачи обеспечения устойчивости сводится к предотвращению перехода относительных углов между векторами ЭДС синхронных машин за некоторые предельно допустимые значения в течение всего аварийного процесса вплоть до установления нового стационарного режима.
Из общих физических соображений очевидно, что для решения этой задачи за счет противоаварийного управления должно быть обеспечено тормозящее воздействие по отношению к одной части генераторов и ускоряющее по отношению к другой, находящимся по разные стороны "опасного сечения". Однако простота этого решения лишь кажущаяся. В условиях современной энергосистемы решение задачи обеспечения устойчивости сопряжено с рядом весьма существенных трудностей, которые предопределяются следующими факторами:
- Сложность схемы энергосистемы и математического отображения ее нормальных и аварийных режимов. Известно, что современная энергосистема является одной из наиболее сложных искусственных систем, описываемых нелинейными дифференциальными уравнениями высокого порядка. Отсюда вытекают противоречивые требования к противоаварийному управлению: с одной стороны оно должно обеспечивать наиболее благоприятные воздействия на протекание аварийного процесса с учетом всей его сложности, а с другой - отвечать требованиям максимальной надежности самой системы управления и ее составляющих, что в свою очередь достигается упрощением устройств управления и минимизацией числа учитываемых параметров, по которым ведется управление.
- Многообразие схемно-режимных условий и аварийных возмущений, предопределяющее огромное количество аварийных ситуаций, т. е. начальных условий процессов, которые подлежит идентифицировать и для которых необходимо найти по возможности минимальные управляющие воздействия, обеспечивающие устойчивость.
- Большая протяженность энергосистемы и нелокальный характер реакции энергосистемы на возмущения режима. В соответствии с условием баланса токов в каждый момент времени в связанной энергосистеме любое возмущение режима в той или иной степени затрагивает всю энергосистему. При этом принципиально возможны такие аварийные ситуации, когда аварийное возмущение в одной части энергосистемы вызывает опасность нарушения устойчивости в другой ее части, отдаленной на сотни, а иногда и тысячи километров от места первоначального возмущения. Максимальный эффект системы противоаварийного управления может быть достигнут лишь при учете этих влияний, что в свою очередь сопряжено с трудностями передачи телеинформации на столь большие расстояния.
- Быстротечность протекания аварийных процессов в энергосистеме.
При наиболее распространенных аварийных ситуациях, требующих вмешательства системы противоаварийного управления, нарушение устойчивости может произойти в пределах первой секунды от момента возникновения аварийного возмущения. Отсюда исключительно жесткие требования предъявляются к быстродействию средств противоаварийного управления.
Задача прекращения асинхронного хода решается либо разделением энергосистемы по сечению, в котором возник асинхронный ход, либо ресинхронизацией, т. е. восстановлением синхронизма. Последнее применяется в основном по отношению к отдельным агрегатам или электростанциям. При этом для достижения ресинхронизации необходимо разгрузить агрегат (электростанцию). В большинстве случаев ввиду опасности развития аварии, т.е. последующих нарушений устойчивости, приходится делить энергосистему после двух-трех асинхронных проворотов. В некоторых особых случаях для предотвращения каскадного развития аварии деление должно осуществляться в пределах первого асинхронного проворота. Основные трудности обычно связаны с автоматическим определением сечения энергосистемы, по которому она разделяется на несинхронно работающие части с двумя различными частотами. Эти трудности, особенно в многосвязной системе, резко возрастают при каскадном развитии аварии.
Задачи предотвращения недопустимых отклонений напряжения и тока носят обычно локальный характер и решаются воздействием на изменение баланса реактивной мощности в узлах, либо разгрузку соответствующих узлов или элементов электрической сети. В некоторых случаях требуется достаточно высокое быстродействие в реализации этих воздействий, например, для предотвращения "опрокидывания" двигателей при снижении напряжения.
Задача предотвращения недопустимого отклонения частоты также может носить локальный характер (при отделении небольшого узла энергосистемы). Но существенное отклонение частоты во время аварийного процесса может иметь место и в значительной части энергосистемы после ее отделения от ЕЭС с большим небалансом мощности. Недопустимое снижение частоты во всей ЕЭС, требующее вмешательства автоматической системы противоаварийного управления может возникать лишь при уникальных аварийных отключениях генераторной мощности или в условиях работы ЕЭС с пониженным уровнем частоты в предаварийном режиме. Для предотвращения недопустимого отклонения частоты, очевидно, должен быть изменен баланс активных мощностей в соответствующей части энергосистемы, или в ЕЭС в целом.
