авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка алгоритмов управления перетоком мощности при асинхронном ходе по неоднородной межсистемной связи и исследование их эффективности

На правах рукописи

ЛЯНЗБЕРГ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕТОКОМ МОЩНОСТИ ПРИ АСИНХРОННОМ ХОДЕ ПО НЕОДНОРОДНОЙ МЕЖСИСТЕМНОЙ СВЯЗИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ Специальность 05.14.02 – «Электрические станции и электроэнергетические системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2013 г.

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические системы» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Зеленохат Николай Иосифович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шакарян Юрий Гевондович Научный руководитель ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» кандидат технических наук, доцент Арцишевский Ян Леонардович Зам. зав. кафедрой РЗиАЭ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»

Ведущая организация: ООО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ» 127490, г. Москва, ул. Мусоргского, дом

Защита диссертации состоится «28» июня 2013 года в 17 час. 00 мин. в аудитории Г–200 на заседании диссертационного совета Д 212.157. ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ», по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ».

Автореферат разослан « » 2013 г.

Председатель диссертационного совета Д 212.157. Жуков В.В. _

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При больших возмущениях в электроэнергетических системах (ЭЭС) может нарушаться динамическая устойчивость с возникновением асинхронного хода по межсистемным связям, причем асинхронный ход в ЭЭС возможен даже при современном высоком уровне автоматизации.

Длительное существование асинхронных режимов с асинхронным ходом недопустимо. Поэтому возникает необходимость в разработке мероприятий по предотвращению возникновения асинхронного хода и созданию необходимых условий для осуществления успешной ресинхронизации, хотя и имеются используемые на практике устройства управления, реализующие различные способы выявления и ликвидации асинхронного хода посредством деления ЭЭС на подсистемы с разными частотами. Проблема сохранения результирующей устойчивости и сокращения продолжительности асинхронного хода в ЭЭС становится особо актуальной после тяжелых аварий с возникновением асинхронного хода, которые имеют место в России, крупных энергообъединениях европейских стран, а также в США и Канаде. Возможность возникновения асинхронного хода возрастает в объединениях энергосистем и в связи с увеличением их мощности. Нарушение устойчивости с возникновением асинхронного хода происходит, как правило, по слабым межсистемным связям.

Асинхронный ход в энергосистеме может спровоцировать последующее развитие каскадных аварий, а также стать причиной механического повреждения генераторов и турбин. Поэтому асинхронные режимы должны ликвидироваться максимально быстро посредством ресинхронизации, а при её отсутствии действием автоматики на деление объединений.

Ресинхронизация является более предпочтительным мероприятием устранения асинхронного хода, чем разделение на несинхронные подсистемы, так как позволяет избежать массового отключения нагрузки потребителей. Поэтому, для уменьшения времени асинхронного хода в ЭЭС, становится целесообразным изменять характеристики линий электропередач (ЛЭП) межсистемных связей между подсистемами таким образом, чтобы по ним желаемым образом можно было управлять перетоком мощности при помощи устанавливаемых на линиях электропередачи устройств, обеспечивающих воздействия на пропускную способность межсистемных связей во всей ЭЭС. Одним из способов такого управления может служить воздействие на выключатели линии и кратковременное отключение нагрузки подсистем.

Рассмотрение и анализ в данной диссертационной работе исследований такого рода управления асинхронным ходом и методика выбора мест установки устройств управления перетоком мощности (УУПМ) на сложных межсистемных связях в многоподсистемных энергосистемах и их объединениях позволяют считать тему диссертационной работы актуальной.

Целью работы является разработка и исследование эффективности алгоритмов управления перетоками мощности при асинхронном ходе по неоднородной межсистемной связи путем воздействия на выключатели линий электропередачи и кратковременного отключения нагрузки в энергодефицитной подсистеме, а также составление методики выбора мест установки соответствующих устройств управления.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

проведение теоретических исследований в направлении поиска научной основы для разработки нового подхода к синтезу алгоритмов управления перетоком мощности по неоднородным межсистемным связям при асинхронном ходе и обеспечения выравнивания частот в подсистемах ЭЭС для успешной их ресинхронизации;

применение метода структурной аналогии, а также некоторых положений механики и теории переходных электромеханических процессов в энергосистеме для разработки метода синтеза алгоритмов управления перетоками мощности по межсистемной связи при асинхронном ходе;



формирование методики выбора мест установки устройств управления перетоком мощности на линиях электропередачи неоднородной межсистемной связи при асинхронном ходе;

формирование алгоритмов управления перетоками мощности при асинхронном ходе по неоднородной межсистемной связи с кратковременным отключением части нагрузки в энергодефицитной ЭЭС;

исследование эффективности алгоритмов управления перетоком мощности при асинхронном ходе по неоднородной межсистемной связи и кратковременным отключением части нагрузки в энергодефицитной подсистеме.

Научная новизна работы.

1. Разработан алгоритм управления перетоками мощности при асинхронном ходе по линии электропередачи межсистемной связи с применением метода структурной аналогии.

2. Разработана методика выбора мест установки устройств управления перетоком мощности на линиях электропередачи межсистемных связей при асинхронном ходе.

3. Разработан алгоритм совместного управления кратковременным отключением части нагрузки в энергодефицитной подсистеме и перетоком мощности при асинхронном ходе по межсистемной связи.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы основные положения теоретической механики, теории электромеханических переходных процессов, методы математического моделирования и анализа устойчивости, критерии оценки качества переходных процессов, а также принципы построения систем управления.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций и методик обеспечивается применением современных методов исследования режимных свойств ЭЭС при асинхронном ходе, использованием проверенных на практике математических и цифровых моделей ЭЭС и подтверждается результатами выполненных расчетов с использованием современной вычислительной техники, а также сопоставлением переходных процессов без учета и с учетом действия устройств управления, устанавливаемых в соответствии с разработанной методикой выбора мест их установки в энергосистеме.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Проведенными исследованиями с использованием разработанных алгоритмов управления подтверждена высокая эффективность управления перетоком мощности при асинхронном ходе по линиям электропередачи межсистемной связи с кратковременным отключением части нагрузки в энергодефицитной подсистеме.

Разработанные алгоритмы управления перетоками мощности при асинхронном ходе по неоднородной межсистемной связи технически реализуемы и могут найти применение наряду с устройствами автоматики ликвидации асинхронного режима (АЛАР) при установке их на неоднородных системообразующих и межсистемных связях в сложных ЭЭС и их энергообъединениях.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы российскими и международными научно-исследовательскими учреждениями, а также производственными организациями, занимающимися решением задач управления асинхронным ходом в ЭЭС и повышением эффективности управления их результирующей устойчивостью.

Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на Второй Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем – ЭНЕРГО-2012» (г. Москва, 4-6 июня 2012 г.), а также на XXI конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем» (г. Москва, 29 31 мая 2012 г.).

Вклад автора в проведенные исследования.

Автором разработаны: алгоритмы управления перетоками мощности при асинхронном ходе по линии электропередачи межсистемной связи с применением метода структурной аналогии;

методика выбора мест установки устройств управления перетоком мощности на линиях электропередачи межсистемных связей при асинхронном ходе;

алгоритм совместного управления при асинхронном ходе кратковременным отключением части нагрузки в энергодефицитной подсистеме и перетоком мощности по межсистемной связи;





расчетные схемы простой и сложной энергосистем и выполненные исследования, подтверждающие эффективность разработанных алгоритмов управления перетоками мощности по линиям электропередачи неоднородной межсистемной связи в сочетании с кратковременным отключением части нагрузки в энергодефицитной подсистеме. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат разработка методических и алгоритмических решений, анализ результатов и рекомендации по их применению.

Публикации. По результатам исследований опубликованы статьи в журналах «Энергетик» (г. Москва, №3 2013 г.) и «Новое в российской электроэнергетике» (г. Москва, №4 2013 г.), а также тезис одного доклада на Второй Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем – ЭНЕРГО-2012» (г. Москва, 2012 г.).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и семи приложений. Объем работы включает в себя 173 страницы, 92 рисунка, таблиц и 73 единицы использованных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована ее цель, приведены поставленные для решения основные задачи, а также охарактеризована научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе рассматривается общая характеристика проблемы нарушения динамической устойчивости энергосистем с возникновением асинхронного хода (АХ).

Приводится описание крупных системных аварий за последние годы, произошедших в нашей стране и за рубежом. Указывается, что негативные последствия асинхронного хода и увеличивающаяся по мере развития ЭЭС опасность лавинообразного характера нарушения устойчивости, приводят к необходимости использования дополнительных средств выявления момента перехода в асинхронный режим и принятию мер к его ликвидации, в частности, введение автоматики АЛАР, действующей, в основном, на деление электрической сети. В большинстве случаев разрыв связей приводит к усугублению последствий. Поэтому обеспечение успешной ресинхронизации ЭЭС после кратковременного АХ в результате реализации управляющих воздействий является более предпочтительным, чем разделение энергообъединения на несинхронно работающие части.

Рассматривается применение противоаварийной автоматики как средства повышения результирующей устойчивости. Предлагается использовать устройство управления перетоком мощности при недостаточном действии устройств автоматики предотвращения нарушения устойчивости и возникновении асинхронного хода по линиям. Обычно в случае отсутствия успешной ресинхронизации подсистем спустя установленное число циклов воздействия, предусматривается деление подсистем действием устройств АЛАР.

Приведен краткий обзор существующих средств выявления асинхронного хода. Рассматриваемые методики предполагают выявление асинхронного хода с последующим действием на деление энергосистемы на изолированные подсистемы или отключение части генераторов, синхронная работа которых нарушена, что в ряде случаев ведет к отключению части нагрузки в энергодефицитной подсистеме, т.е. к обесточиванию электропотребителей.

Во второй главе дается разработка алгоритмов управления перетоками мощности при асинхронном ходе по межсистемной связи. Для решения задач управления переходными режимами в ЭЭС находят, пока лишь в частных случаях, применение различные методы оптимального управления.

В большинстве случаев удается на уровне инженерных и интуитивных умозаключений разработать простые и все же достаточно эффективные алгоритмы управления.

В данной работе для решения задачи синтеза алгоритмов управления перетоком мощности при асинхронном ходе по межсистемной связи рассматривается применение так называемого метода структурной аналогии.

На рис. 1 приведена схема двухподсистемной ЭЭС, подсистемы (ПЭЭС) которой состоят из n1 и n2 генераторов и m1 и m2 нагрузок. Подсистемы связаны слабой межсистемной связью, по которой передается мощность Pл из энергоизбыточной ПЭЭС 1 в энергодефицитную ПЭЭС 2. Моментом нарушения устойчивости и начала асинхронного хода можно считать превышение критического значения углом 12 взаимного сдвига векторов роторов эквивалентных генераторов ПЭЭС 1 и ПЭЭС 2. Так как все генераторы каждой из ПЭЭС работают синхронно, можно определять начало асинхронного хода по углу сдвига 12 или по углу сдвига векторов напряжения и по концам межсистемной связи U1 U2, определяемым с помощью устройств векторного измерения (PMU или МИП).

При возникновении асинхронного хода по связи изменяются значения частоты в подсистемах, причем f1 f2.

Устойчивость внутри каждой из ПЭЭС 1 и ПЭЭС 2 обеспечивается действием АРВ, асинхронный ход возникает только между подсистемами.

Рис. 1 – Эквивалентная схема двухподсистемной энергосистемы Принимается, что напряжение в узлах 1 и 2 поддерживается постоянным по модулю, т.е. U1=const и U2=const, вследствие чего РН1=const и РН2=const. Принимается также, что активное сопротивление линии электропередач связи Rл=0.

Величину передаваемой по межсистемной связи активной мощности, для принятых условий можно определить по выражению:

(1) где: – реактивное сопротивление межсистемной связи,, – есть фазные углы векторов напряжений в точках 1 и 2.

С учетом (1) можно записать уравнение взаимного движения роторов эквивалентных генераторов ПЭЭС 1 и ПЭЭС 2 в виде:

(2) или после преобразований в виде:

(3) и использовать его для синтеза алгоритмов управления мощностью при асинхронном ходе по межсистемной связи.

В уравнениях (2) и (3) обозначено:

– эквивалентная электромагнитная мощность;

– эквивалентная мощность турбины;

– эквивалентная постоянная инерции.

– составляющая передаваемой по управляемой линии электропередачи мощности, не зависящая от управляющего воздействия в явном виде.

(4) – составляющая передаваемой по линии электропередачи мощности, зависящая в явном виде от управляющего воздействия, которое записывается в виде:

, причем – неизменное суммарное реактивное сопротивление линии электропередачи межсистемной связи (без учета ).

Для синтеза алгоритма управления перетоком мощности по линии связи применен метод, который можно назвать методом структурной аналогии. В нем использовано положение о том, что если движение генераторов системы устойчиво, то при введении диссипативных сил, зависящих от скорости движения, происходит затухание переходного процесса. В рассматриваемом случае это означает прекращение асинхронного хода по межсистемной связи. Следовательно решение поставленной задачи сводится к приведению членов уравнения (4) к виду (структуре) диссипативных сил, т.е. необходимо положить:

(5) Следовательно, при асинхронном ходе по линии связи подсистем и изменении знака Рл знак управляющего воздействия должен меняться в соответствии со знаком мощность Рл, так как при асинхронном ходе до момента ресинхронизации скорость :

= — sign sign (6) Анализируя выражения (5) и (6) можно сделать вывод, что при положительной угловой скорости взаимного движения векторов напряжения в точках 1 и 2 составляющая передаваемой по линии электропередачи мощности, зависящая от управляющего воздействия, должна изменяться по величине в зависимости от мощности, передаваемой по линии.

Мощность изменяется периодически (1) и на каждом полупериоде колебаний меняет свой знак. Это означает, что при положительном значении мощности необходимо включать последовательно в линию связи емкостное сопротивление а при отрицательном значении – индуктивное Можно ограничиться и циклами включения и отключения выключателя на линии связи, так как при отключении выключателя создается эффект включения реактора с сопротивлением.

При таком управлении происходит колебательное затухание переходного процесса в результате передачи энергии только в одном направлении из ПЭЭС 1 в ПЭЭС 2 вплоть до ресинхронизации.

Согласно полученному алгоритму устройство управления перетоком мощности устанавливается на линии связи со стороны энергоизбыточной ПЭЭС 1 и действует на отключение выключателя управляемой межсистемной связи по сигналу, формируемому при углах, близких к значению, когда мощность меняет свой знак с плюса на минус. Такое условие будет выполняться при:

(7) где: – уставка, близкая к нулю, что равнозначно смене знака ;

– ток по линии электропередач;

0 – уставка тока по линии.

Следующие включения после каждого отключения выключателя межсистемной связи должно осуществляться при углах, близких к значению Необходимо измерять углы по концам межсистемной связи, в точках 1 и 2. Такое измерение возможно при использовании устройств векторных измерений: МИП или PMU.

Анализ эффективности разработанного алгоритма управления мощностью по линии электропередачи межсистемной связи рассмотрен на примере схемы, приведенной на рис. 2. Расчеты проводились при помощи программного комплекса Mustang.

Рассматривается двухфазное КЗ на землю в узле нагрузки в подсистеме А (на шинах Г2-1). Отключение КЗ происходит вместе с отключением 30% нагрузки. Полученные результаты приведены в виде характеристик на рис. 3а.

Рис. 2 – Двухподсистемная ЭЭС с межсистемной связью 750 кВ ПЭЭС А при асинхронном ходе имеет избыток кинетической энергии, что влечет за собой повышение частоты в узлах её электрической сети.

Частота в узлах ПЭЭС В колеблется вблизи номинального значения.

Колебательные отклонения напряжения в начале воздушной линии (ВЛ) 750 кВ межсистемной связи и в конце менее глубокие, чем в середине линии электропередачи, где их амплитуды достигают значений, близких к нулю, что опасно для потребителей электроэнергии, если они подключаются в промежуточных узлах в виде отбора мощности вдоль ВЛ. Передаваемая по межсистемной связи активная мощность имеет характер колебаний.

Суммарная передаваемая мощность за период колебаний по межсистемной связи намного меньше мощности, передаваемой в исходном режиме, что не позволяет произвести ресинхронизацию подсистем, без дополнительных воздействий. Аналогичными колебаниями характеризуется и график изменения тока по линии межсистемной связи. Максимального значения ток достигает одновременно со сменой знака мощности, что и использовано для выбора настроечных параметров срабатывания устройства управления перетоком мощности.

На рис. 3б приведены характеристики изменения параметров режима при таком же возмущении, что и на рис. 3а, но с учетом действия УУПМ, установленного на межсистемной связи 750 кВ, действующего на отключение и включение выключателя ЛЭП межсистемной связи в соответствии с разработанным алгоритмом управления.

Подсистема В Подсистема А Подсистема В Подсистема А 52 51, f, Гц f, Гц 51, 50, 50, 49, время, с время, с 49, 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 Частота в узлах подсистем Частота в узлах подсистем шины подсистемы А шины подсистемы В середина ВЛ 750 кВ шины подсистемы А шины подсистемы В середина ВЛ 750 кВ U, кВ U, кВ время, с время, с 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 Напряжение по концам и в середине ВЛ связи 750 кВ Напряжение по концам и в середине ВЛ связи 750 кВ 5000 5000 Р, МВт Р, МВт 4000 3000 - - - - - - время, с - время, с - - 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 Активная мощность по межсистемной связи ВЛ 750 кВ Активная мощность по межсистемной связи ВЛ 750 кВ 6 I, кА I, кА 1 время, с время, с - 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 Ток по межсистемной связи ВЛ 750 кВ Ток по межсистемной связи ВЛ 750 кВ а) б) Рис. 3 - Изменение параметров переходного процесса при нарушении устойчивости с асинхронным ходом по межсистемной связи 750 кВ при отсутствии (а) и учете (б) работы УУПМ Выключатель, на который воздействует УУПМ, размыкает сеть спустя tоткл=0,1 с после сигнала на срабатывание, а операция включения занимает tоткл=0,12 с. Спустя 5,5 с величина отклонения частоты в ПЭЭС А снижается и становится равной частоте в ПЭЭС В, т.е. возникают условия для успешной ресинхронизации. Передача энергии по межсистемной связи осуществляется только в одном направлении от ПЭЭС А. Наличие всплесков в отрицательной области значений перетока мощности свидетельствует о запаздывании при отключении выключателя, которое можно устранить, если повышать его быстродействие. Спустя 6 с после возмущения мощность по управляемой линии электропередачи вновь становится равной нулю и изменяет свое направление, но не происходит срабатывания УУПМ, так как значение тока меньше уставки. В данном случае установка УУПМ на межсистемной связи позволяет произвести ресинхронизацию через 5,5 с, после трехкратного отключения линии электропередачи.

Показано, что уменьшение времени tоткл и tвкл выключателей линии электропередачи позволяет снизить число циклов работы УУПМ. При времени tоткл=0,05 с, tвкл=0,06 с число циклов отключения/включения снижется с трех до двух за счет передачи большего количества энергии на каждом цикле из ПЭЭС А в ПЭЭС В.

Успешная ресинхронизация подсистем наблюдается также при действии УУПМ и КЗ с успешным или неуспешным автоматическим повторным включением.

Во третьей главе разрабатывается методика определения мест установки устройств управления перетоком мощности при асинхронном ходе по межсистемной связи, исследуется эффективность разработанного алгоритма управления перетоком мощности в схеме с неоднородной межсистемной связью.

Так как объединенные энергосистемы могут представлять собой сложные многоподсистемные энергосистемы, то разработка алгоритмов системы управления возникающими в них переходными режимами и выбор мест установки устройств управления становится также сложной задачей.

В связи с этим разработана методика выбора мест установки устройств управления перетоком мощности по линиям электропередач межсистемных связей, в соответствии с которой для всех характерных режимов энергосистемы последовательно выполняются следующие операции:

осуществляется определение всех возможных возмущений, вызывающих нарушение динамической устойчивости с возникновением асинхронного хода по межсистемным связям;

выделяются линии электропередач, по которым возникает асинхронный ход при наиболее «тяжелых» возмущениях;

в соответствии с полученными расчетными характеристиками осуществляется выбор настроечных параметров УУПМ для каждой из линий электропередачи;

для наиболее «тяжелых» возмущений выполняется серия расчетов и определяются места установки УУПМ на линиях электропередачи межсистемных связей, причем рассматривается применение УУПМ отдельно на каждой из линий электропередачи неоднородной межсистемной связи. При недостаточной эффективности такого управления рассматривается попарное управление двумя линиями электропередачи одновременно и т.д., вплоть до управления всеми линиями сечения межсистемной связи;

осуществляется проверка эффективности работы УУПМ на выбранных линиях электропередач во всех режимах, в которых наблюдалось нарушение динамической устойчивости с возникновением асинхронного хода.

Первые два пункта разработанной методики являются аналогичными используемым в методике выбора мест установки устройств АЛАР, действующих на «деление», что может быть использовано для сокращения объемов вычислений при проектировании.

Для исследования эффективности разработанного алгоритма управления перетоком мощности в электрической сети с неоднородными межсистемными связями, а также методики выбора мест установки соответствующих устройств проведены расчеты динамической устойчивости и асинхронных режимов для сложной электроэнергетической системы с неоднородными межсистемными связями, представленной на рис. 4., где в соответствии с разработанной методикой осуществлялось определение мест установки устройств управления перетоком мощности.

Рис. 4 – Схема рассматриваемой сети с неоднородной межсистемной связью Анализ результатов расчетов показывает, что нарушение динамической устойчивости и возникновение устойчивого асинхронного хода возможно при коротких замыканиях на шинах ЭС-1 и ЭС-2. Причем КЗ на шинах ЭС-1 является более «тяжелым».

Анализ характеристик на рис. 5а показывает, что передача активной мощности до 2,7 с происходит из энергодефицитной подсистемы в энергоизбыточную. Это объясняется избытком кинетической энергии в ЭС- в начальный момент после КЗ из-за снижения нагрузки подсистемы.

Происходит увеличение скольжения энергодефицитной подсистемы.

Анализ характеристик переходного процесса (рис. 5а) показывает, что эффективность управления мощностью по линиям связи ПС2-ПС5 и ПС4-ПС3 существенно ниже, чем по двухцепным линиям электропередачи, так как возможная величина передаваемой энергии на каждом цикле асинхронного хода по рассматриваемым линиям существенно ниже, чем по двухцепным, что также подтверждается расчетами с учетом действия УУПМ на линии электропередачи между ПС5 и ПС2 (рис. 5б).

Анализ характеристики изменения скольжения генераторов системы позволяет заключить, что ресинхронизация в подсистеме не может осуществиться даже через 20 с после возмущения. Поэтому в соответствии с разработанной методикой выбора мест установки УУПМ рассматривается управление двухцепными линиями ПС5-ПС7 (1,2) и ПС7-ПС2 (1,2).

ЭС-1 ГЭС АЭС ЭС-2 ЭС-1 ГЭС АЭС ЭС- S, % S, % 2 - - - - - время, с время, с - - 0 5 10 15 0 5 10 15 Скольжение генераторов Скольжение генераторов ПС-7 - ПС-2 (1) ПС-7 - ПС-2 (2) ПС-3 - ПС- Р, МВт ПС-5 - ПС-2 ПС-5 - ПС-7 (2) ПС-5 - ПС-7 (1) Р, МВт 1000 - - - - время, с время, с - -3000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Активная мощность по линиям Активная мощность по линии с УУПМ а) б) Рис. 5 - Изменение параметров переходного процесса при КЗ на шинах ЭС- и отсутствии (а) или учете (б) работы УУПМ на ПС5 – ПС Установленное на двухцепной линии ПС5-ПС7 (1,2) УУПМ не обеспечивает ресинхронизацию в подсистемах. Однако УУПМ на двухцепной линии ПС7-ПС2 (1,2) обеспечивает успешную ресинхронизацию подсистем через три цикла действия УУПМ (рис. 6а).

Проверено действие УУПМ, установленного на двухцепной линии ПС7-ПС2 (1,2), при КЗ на шинах ЭС-2.

Результаты такого расчета представлены на рис. 6б. Асинхронный ход по межсистемной связи ликвидируется одной операцией отключения и включения выключателей линий электропередачи между ПС7 и ПС2, что является подтверждением эффективности разработанного алгоритма управления перетоком мощности и методики выбора мест установки соответствующих устройств в схемах с неоднородной межсистемной связью.

ЭС-1 ГЭС АЭС ЭС- ЭС-1 ГЭС АЭС ЭС- S, % S, % 2, 2, 1, 1, 0, 0, -0, -0, - - -1, время, с -1, время, с - - 0 5 10 15 0 5 10 15 Скольжение генераторов Скольжение генераторов ПС-7 - ПС-2 (1) ПС-7 - ПС-2 (2) ПС-7 - ПС-2 (1) ПС-7 - ПС-2 (2) 2500 2500 Р, МВт Р, МВт 2000 0 - - - - -2000 -1000 время, с время, с -2500 - 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 Активная мощность по линиям с УУПМ Активная мощность по линиям с УУПМ а) б) Рис. 6 - Изменение параметров переходного процесса при КЗ на шинах ЭС- (а) или шинах ЭС-2 (б) и учете работы УУПМ на ЛЭП ПС2 – ПС7 (1,2) В четвертой главе показывается, что для обеспечения условий успешной ресинхронизации несинхронно работающих подсистем может оказаться целесообразным кратковременное отключение части нагрузки в энергодефицитной ПЭЭС 2 (рис. 1) на время, пока увеличивается угол между ЭДС эквивалентных генераторов подсистем ПЭЭС 1 и ПЭЭС 2. Такое воздействие создает непродолжительный по времени избыток мощности на валах роторов генераторов в энергодефицитной ПЭЭС и условия для ускорения затормаживания роторов генераторов внутри такой подсистемы в их относительном движении.

В общем виде алгоритм управления перетоком мощности путем кратковременного отключения части нагрузки в энергодефицитной ПЭЭС можно записать в виде условий, определяющих моменты отключения и включения нагрузки.

При выполнении условия возникновения асинхронного хода (7) и условия ус (8) отключается часть электрической нагрузки в энергодефицитной ПЭЭС.

В дальнейшем, при последующем выполнении условия:

ус (9) электрическая нагрузка подключается к электрической сети. Необходимо предусмотреть выдержку времени для выполнения условия (9), чтобы избежать эффект «срыва синхронизма»:

t tвкл Н (10) На примере схемы, предоставленной на рис. 4, рассмотрена эффективность применения управления нагрузкой в случае, когда происходит преходящее трехфазное КЗ на шинах ЭС-1 (рис. 5а).

Для расчета заданы следующие уставки:

= 0,2 %, tвкл Н = 0,5 с.

= 0,2%, Осуществлялось отключение 10% нагрузки в узлах ЭС-1, ПС3 и АЭС.

Анализ характеристик на рис. 7а показывает, что ресинхронизация в подсистеме достигается через 8 с с момента КЗ. Об этом свидетельствует и прекращение расхождения колебаний скольжений генераторов в рассматриваемой энергосистеме. Причем из-за отключения части нагрузки на интервале времени 69 с происходит рост скольжения генераторов энергодефицитной подсистемы.

Анализируя изменение нагрузки, нетрудно увидеть, что сначала происходит резкий «провал» потребляемой мощности, после чего при выполнении условий (9) и (10), происходит обратное её включение. По характеристикам изменения активной мощности можно также судить об успешной ресинхронизации подсистем.

Рассмотрено совместное действие УУПМ и кратковременного отключения нагрузки. При КЗ на шинах ЭС-1 моделировалось управление в виде кратковременного отключения 2% нагрузки в узлах ЭС-1, ПС3 и АЭС и действия УУПМ на двухцепной линии ПС7-ПС2 (1,2). Через 8 с после КЗ разница в скольжениях генераторов устраняется (рис. 7б). Анализ графиков изменения мощности при работе УУПМ показывает, что для успешной ресинхронизации достаточно лишь одной операции отключения/включения выключателей управляемых линий связи.

Таким образом, совместное действие УУПМ и кратковременного отключения части нагрузки снижает количество циклов отключения/включения выключателей при управлении мощностью по межсистемной связи, что положительно влияет на ресурс работы коммутационной аппаратуры, а также позволяет производить работу УУПМ без замены и модернизации существующих выключателей на ЛЭП.

ЭС-1 ГЭС АЭС ЭС- ЭС-1 ГЭС АЭС ЭС- S, % S, % 2, 1, 0, - -0, -2 - время, с время, с -1, - 0 5 10 15 0 5 10 15 Скольжение генераторов Скольжение генераторов ПС-3 ПС-4 АЭС ЭС-2 ГЭС ЭС-1 ПС-3 ПС-4 АЭС ЭС-2 ГЭС ЭС- 18000 Pн, МВт Pн, МВт 16000 14000 12000 10000 8000 6000 время, с время, с 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Нагрузка в узлах схемы Нагрузка в узлах схемы ПС-7 - ПС-2 (2) ПС-7 - ПС-2 (1) ПС-7 - ПС-2 (1) ПС-7 - ПС-2 (2) ПС-3 - ПС- ПС-5 - ПС-2 ПС-5 - ПС-7 (2) ПС-5 - ПС-7 (1) Р, МВт Р, МВт - - - - - - - - время, с время, с - - 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Активная мощность по линиям Активная мощность по линиям с УУПМ а) б) Рис. 7 - Параметры переходного процесса при КЗ на шинах ЭС-1 и кратковременном отключении 10% нагрузки в узлах ЭС-1, ПС3 и АЭС (а) или кратковременном отключении 2% нагрузки в узлах ЭС-1, ПС3 и АЭС совместно с работой УУПМ на линии ПС2 – ПС7 (1,2) (б) ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Проведены теоретические исследования в направлении поиска научной основы для разработки нового подхода к синтезу алгоритмов управления перетоком мощности по неоднородным межсистемным связям при асинхронном ходе и обеспечения выравнивания частот в подсистемах ЭЭС для успешной их ресинхронизации.

2. На основе анализа режимных характеристик двухмашинной энергосистемы при асинхронном ходе по межсистемной связи установлены закономерности изменения параметров режима на разных этапах развития асинхронного хода вплоть до момента начала ресинхронизации и с использованием предлагаемого метода структурной аналогии разработан алгоритм управления перетоком мощности по межсистемной связи в целях сокращения его продолжительности и обеспечения успешной ресинхронизации.

3. Выполненными расчетами доказано, что управление перетоками мощности по линиям электропередачи в соответствии с разработанным алгоритмом создает благоприятные условия для ресинхронизации подсистем без деления энергосистемы на автономно работающие части (подсистемы).

4. На основе анализа режимных характеристик асинхронного хода при управлении перетоком мощности по межсистемной связи и технических параметров серийно изготавливаемых выключателей рассмотрена возможность применения элегазовых выключателей в устройствах управления перетоком мощности и показано влияние сокращения времени отключения и включения коммутационной аппаратуры на время ресинхронизации подсистем.

5. Разработана методика выбора мест установки устройств управления перетоком мощности по линиям электропередачи межсистемной связи, в соответствии с которой осуществляется расчет переходных процессов при наиболее тяжелых видах коротких замыканий в различных точках схемы энергосистемы и определяются линии электропередач, по которым возникает асинхронных ход. После этого осуществляется выбор мест установки УУПМ на тех линиях межсистемной связи, управление которыми производит необходимой эффект для успешной ресинхронизации.

6. Выполненными расчетами подтверждена эффективность дискретного управления перетоком мощности по неоднородной межсистемной связи и методики выбора мест установки устройств управления перетоком мощности в сложной многоагрегатной электроэнергетической системе.

7. В результате проведенных исследований выявлено, что использование кратковременного отключения части нагрузки в энергодефицитной подсистеме создает условия для успешной ресинхронизации подсистем. В связи с этим разработан алгоритм дискретного управления нагрузкой в энергодефицитной подсистеме для ускорения и обеспечения успешной ресинхронизации подсистем.

8. Анализ характеристик, полученных при расчете переходных процессов, показал, что применение кратковременного отключения части нагрузки в энергодефицитной подсистеме позволяет обеспечивать ресинхронизацию подсистем без воздействия на выключатели линий электропередачи. Однако, при этом, требуется отключать существенно большее количество электропотребителей, чем при совместном действии устройства управления перетоком мощности посредством отключения и включения выключателей и кратковременного отключения части нагрузки в энергодефицитной подсистеме.

9. Разработанные алгоритмы управления перетоком мощности и методика выбора мест установки УУПМ могут быть применены в различных схемах электроэнергетических систем, отличных от рассмотренных в работе, в том числе и в существующих реальных энергосистемах. Однако целесообразность применения такого управления на конкретных объектах ЕЭС России должна подтверждаться выполнением серии расчетом с учетом особенностей каждой из связываемых подсистем и структуры межсистемных связей. Для каждого такого случая необходимо оценивать влияние на успешную ресинхронизацию устройства управления перетоком мощности и характеристик установленного коммутационного оборудования. Изучение поведения различных типов нагрузки при управлении перетоками мощности, совершенствование и выбор оптимальных уставок алгоритма управления в виде кратковременного отключения нагрузки, а также усовершенствование характеристик коммутационной аппаратуры должны стать основными направлениями в дальнейших работах по реализации на практике разработанных алгоритмов управления.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Зеленохат Н.И., Лянзберг А.В., Федоров М.С. Дискретное управление нагрузкой и перетоком мощности при асинхронном ходе по межсистемной связи // Энергетик, Москва. 2013, №3. Стр. 33-35.

2. Зеленохат Н.И., Зеленохат О.Н., Лянзберг А.В. Выбор места установки устройств управления асинхронным ходом в энергообъединениях // Новое в российской электроэнергетике, Москва. 2013, №3. Стр. 21-37.

3. Зеленохат Н.И., Кузнецов О.Н., Лянзберг А.В, Матисон В.А., Наволочный А.А. Управление перетоками мощности при асинхронном ходе по межсистемной связи в сложной электроэнергетической системе // Труды «Энерго-2012». Москва, 2012. Стр. 55-59.

Подписано в печать Заказ Тир. Печ.л.

Полиграфический центр ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ» Красноказарменная ул., д.

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.