В.Г. Наровлянский. Современные методы предотвращения АР ЭЭС

В.Г.  Наровлянский. Современные методы и средства предотвращения асинхронного  режима электроэнергетической системы, 2004
Современные методы и средства предотвращения асинхронного режима электроэнергетической системы
Автор:  В.Г. Наровлянский
Издательство: - М.: Энергоатомиздат, 2004






Рассмотрены особенности работы автоматики выявления асинхронного режима энергосистемы. Предложены адаптивные методы выявления и контроля асинхронного режима, основанные на идентификации параметров эквивалентных схем электроэнергетической системы, и намечены пути реализации этих методов в устройствах локальной противоаварийной автоматики. Рассмотрены перспективы применения новых технических решений, основанных на использовании сверхпроводниковых материалов, и предложены способы и средства для повышения пропускной способности линий передач и устойчивости электроэнергетической системы. Для инженеров-электроэнергетиков и студентов электроэнергетических специальностей вузов.
Повышение эффективности эксплуатации, надежности функционирования и дальнейшее развитие национальной электроэнергетической системы тесно связано с необходимостью решения комплекса задач, управления системой в предаварийных и аварийных режимах. Одной из таких проблем является выявление состояния, при котором возникает опасность перехода электроэнергетической системы (ЭЭС) в асинхронный режим (АР), принятие мер к предотвращению перехода к АР, выявление наличия асинхронного режима в случае, когда меры его предотвращения оказались неэффективными, и, наконец, ликвидация АР посредством технических мероприятий, вплоть до деления ЭЭС. Для решения этих задач в настоящее время используется ряд локальных устройств, объединенных под общим названием «автоматика ликвидации асинхронного режима» (АЛАР). Автоматика ликвидации асинхронного режима является частью противоаварийной автоматики и предназначена для устранения опасных явлений, возникающих в таких системах при нарушении синхронной работы частей объединенных энергосистем. Такая автоматика представляет собой устройства, расположенные вблизи потенциально опасных сечений ЭЭС и настроенные на те или иные измеряемые параметры режима ЭЭС, изменение которых позволяет выявить наличие перехода ЭЭС в асинхронный режим. Принципы действия АЛАР основываются на выявлении отличительных признаков АР при изменении состояния энергосистемы. В настоящее время устройства АЛАР настраивают на основе предварительного анализа совокупности характерных режимов работы ЭЭС. В результате анализа определяют области изменения рабочих параметров, характерные для устойчивого режима ЭЭС. Выход за пределы этой области служит признаком перехода ЭЭС в неустойчивый (асинхронный) режим и является основанием для выработки управляющих воздействий. Известным недостатком такого подхода является довольно высокая вероятность возникновения ошибок первого (несрабатывание устройства) и второго рода (ложное срабатывание устройства) в процессе работы автоматики.
Ошибки могут быть обусловлены ситуацией, в которой схема и режим ЭЭС в данный момент времени не соответствует предварительно рассчитанному набору характерных режимов, и, следовательно, уставки устройства оказываются неприменимыми к данному текущему процессу. Указанная проблема является непреодолимой для устройств АЛАР старого образца (релейные и электронные устройства).
Современные микропроцессорные устройства АЛАР могут снабжаться сменными наборами уставок. Поэтому при наличии сигнала от системы управления верхнего уровня или от смежного устройства автоматики локального уровня они могут изменить заданную область режимных параметров, чтобы подстроиться к фактическому изменению стационарного режима ЭЭС. При этом необходимо, чтобы такой сигнал поступил в устройство заведомо раньше начала аварийного процесса. Это возможно только при штатном изменении режима ЭЭС, например, при плановом изменении графика передачи мощности, при переходе к ремонтной схеме и т.п.
Определенный прогресс в этой области могут привнести развивающиеся в настоящее время системы управления высокого уровня, которые в режиме реального времени собирают и обрабатывают информацию в некоторой совокупности узлов региона, имеют быстродействующие каналы передачи информации к локальным устройствам, и, тем самым, могут в определенной степени подстраивать характеристики работы локальных устройств в соответствии с режимом региона. Однако такие системы пока не имеют достаточного развития, и, кроме того, для локального устройства необходимо обеспечить возможность надежного функционирования и в случае разрыва канала связи с системой управления высокого уровня.
В связи с этим важной проблемой является исследование и разработка адаптивных методов выявления асинхронного режима, базирующихся исключительно на величинах сигналов, доступных для наблюдения в месте установки локального устройства и не требующих предварительного анализа изменений схемы и режимов региона энергосистемы в целом.
Как правило, в качестве уставки срабатывания современных устройств АЛАР задается угол между эквивалентными ЭДС, превышение которого соответствует моменту нарушения устойчивости ЭЭС. Угол уставки обычно выбирается в диапазоне от 90° до критического угла в соответствии с фазовой характеристикой «угол - скольжение». При этом величина критического угла зависит от режима работы и структуры ЭЭС и относится к разряду информации, которая не может быть однозначно представлена постоянной уставкой, поскольку неизвестен режим работы ЭЭС в момент возникновения асинхронного режима.
Адаптивные способы выявления асинхронного режима электропередачи позволяют динамически определять величину критического угла и, тем самым, использовать его точное значение для выявления наступления асинхронного режима. Производя на основе периодического получения информации о текущем значении угла оценку знака производной скольжения можно по изменению знака производной скольжения во времени с учетом постоянства знака самой величины скольжения фиксировать наличие асинхронного режима в энергосистеме, что позволяет выявить наличие АР в момент его наступления с учетом характера текущего процесса динамического перехода.
В данной книге описывается ряд адаптивных методов идентификации режимных параметров энергосистемы на основе измерения напряжения и тока в одном узле. Рассмотренные методы могут быть использованы для эффективного анализа процессов аварий, связанных с существенным изменением положения углов генераторов. Они могут быть также положены в основу технологических алгоритмов работы локальных устройств автоматики предотвращения и ликвидации асинхронного режима.
Устойчивость работы электроэнергетической системы обеспечивается комплексом технических и организационных мероприятий, и динамический переход к асинхронному режиму возникает тогда, когда совокупность примененных средств оказывается неспособной предотвратить развитие аварии. При этом вынужденной мерой является разделение энергосистемы на две или более независимых подсистем, каждая со своей рабочей частотой. Разумеется, такая ситуация является нежелательной, а задача повышения устойчивости энергосистемы и сохранение синхронности работы частей энергосистемы постоянно является актуальной.
В настоящее время решение этой задачи базируется на использовании новейших достижений мировой науки, техники и технологии процессов генерации, транспорта и потребления электрической энергии, что позволяет разрабатывать новые технические решения и схемы использования разработанных образцов новой техники для повышения устойчивости ЭЭС. При этом используются как традиционные для электроэнергетических систем, так и новые технические средства.
К традиционным техническим средствам относится регулирование напряжения в сетях, в том числе с помощью синхронных компенсаторов, шунтовых реакторов и статических тиристорных компенсаторов.
К новым техническим средствам можно отнести гибкие линии электропередачи, включая: статические конденсаторные накопители энергии, статический компенсатор, тиристорно-управляемый последовательный компенсатор, объединенный регулятор потока мощности, сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии, вставки постоянного тока, а также адаптивные устройства управления потоками электромагнитной энергии, включая устройства защиты и противоаварийной автоматики.
В связи с развитием технологии сверхпроводниковых материалов значительное внимание в настоящее время уделяется также применению в электроэнергетических системах устройств и оборудования, связанного с использованием особых, присущих таким материалам свойств и возможностей.
В первой части книги (главы 1-3) рассмотрены общие представления об асинхронном режиме в энергосистеме, рассмотрены используемые средства выявления и контроля асинхронного режима.
В главе 1 изложены основные представления об асинхронном режиме в целом, методах моделирования и эквивалентирования ЭЭС применительно к асинхронному режиму, приведены основные сведения по современной автоматике ликвидации асинхронного режима, требования к устройствам АЛАР, их установке и настройке.
В главе 2 выполнен обзор используемых в настоящее время методов и средств контроля асинхронного режима и устройств на их основе. Предложена сводная аналитическая таблица связи косвенных и прямых методов выявления АР вместе с их функциональными возможностями и объемом предварительной информации, необходимой для реализации каждого метода.
В главе 3 подробно описано разработанное в ОАО «Институт «Энергосетьпроект» под руководством и при непосредственном участии автора современное устройство автоматики ликвидации асинхронного режима «АЛАР-М». Изложены основные принципы, особенности выполнения и работы устройства, рассмотрена методика выбора уставок. Автор надеется, что материал данного раздела будет полезен как при проектировании и эксплуатации устройств АЛАР-М, так и для облегчения понимания излагаемых в последующих разделах вопросов, связанных с разработкой и внедрением адаптивных алгоритмов контроля асинхронного режима.
Во второй части книги (главы 4-8) рассмотрены некоторые новые способы контроля асинхронного режима, которые могут быть реализованы в качестве методов и алгоритмов работы локальных микропроцессорных устройств автоматики ликвидации асинхронного режима.
В главе 4 рассмотрены особенности моделирования элементов энергосистемы при АР, предложена методика эквивалентирования генераторов, нагрузки и участков энергосистемы в случае двухчастотного асинхронного режима.
Глава 5 посвящена общим вопросам наблюдаемости, идентификации режимных параметров и особенностям эквивалентирования электроэнергетической системы, применительно к задаче выявления асинхронного режима. Рассмотрены вопросы, связанные с получением достоверных результатов в условиях случайных флуктуации входных сигналов. Выполнен обобщенный анализ предельно достижимой точности результатов идентификации параметров асинхронного режима в условиях, когда входной сигнал искажен случайными флуктуациями (шумами). Результаты анализа применимы к методам, изложенным в последующих разделах, и дают предельную оценку погрешности получаемых результатов. Изложены также некоторые частные вопросы, результаты рассмотрения которых полезны для общего понимания процессов при АР и использованы в последующих разделах данной работы.
В главе 6 представлен адаптивный метод выявления электрического центра качаний на контролируемом участке энергосистемы.
Изложенный метод использован в последней модификации устройства АЛАР-М.
В главе 7 рассмотрены методы идентификации параметров эквивалентной схемы асинхронного режима посредством анализа траекторий векторов напряжения, тока и производных от них величин в комплексной плоскости.
В главе 8 рассмотрены методы идентификации, основанные на расчете коэффициентов уравнений ветвей эквивалентной схемы. Эти методы используют решение переопределенной системы уравнений ветвей эквивалентной схемы в условиях нерегулярных флуктуации входных сигналов. В первом методе используются дифференциальные соотношения между наблюдаемыми сигналами напряжения и тока, во втором методе используются комплексно-сопряженные уравнения для перехода в область вещественных чисел. Для улучшения вычислительных свойств алгоритмов предложен метод «прореживания» выборки входных сигналов.
В третьей части книги (глава 9) рассмотрены перспективные технические средства повышения устойчивости энергосистемы на базе использования сверхпроводниковой технологии. Изложено современное состояние вопроса, подробно рассмотрены два перспективных устройства - токоограничитель с коммутацией магнитного потока и сверхпроводниковый накопитель электрической энергии.
В целях придания основному содержимому работы компактности и последовательности часть материала справочного характера, а также материала, связанного с выводом некоторых используемых соотношений, вынесена в приложения.
В настоящую монографию включены как ранее опубликованные материалы исследований, так и новые результаты, полученные автором в последнее время и требующие обобщения. Таким обобщением и является настоящая монография.
Автор глубоко признателен д.т.н., проф. М.Ш. Мисриханову, непосредственно повлиявшему на решение взяться за написание этой книги, всемерно способствовавшему тому, чтобы книга была написана и взявшего на себя большой труд по её научному редактированию, в процессе которого полезные обсуждения, рекомендации и критика существенно способствовали улучшению содержания этой работы.
Автор благодарен д.т.н., проф. [И.В. Якимцу] за постоянное внимание и поддержку в разработке вопросов, которые нашли отражение в этой книге.
Большое спасибо сотрудникам ОАО «Институт «Энергосетьпроект» А.Б. Ваганову за помощь в разработке и апробировании устройства АЛАР-М и адаптивных вычислительных алгоритмов, А.А. Налевину, принимавшему участие в разработке методов идентификации параметров траекторий наблюдаемых сигналов, Г.А. Дмитриевой, внесшей большой вклад в анализ вопросов использования СПИН для повышения устойчивости ЭЭС, Д.Р. Любарскому и И.А. Иванову, без которых было бы невозможным создание устройства АЛАР-М, сотрудникам ОДУ Северо-Запада П.Я. Кацу и А.А Лисицину за полезные обсуждения практических аспектов использования автоматики ликвидации асинхронного режима, сотрудникам НИИПТ М.А. Эдяину и его группе за большую работу по испытаниям и апробации устройства АЛАР-М на электродинамической модели НИИПТ.

Содержание

Введение
Глава 1. Асинхронный режим энергосистемы
1.1. Устойчивость энергосистемы
1.2. Моделирование и эквивалентирование энергосистемы
L3. Базовая модель асинхронного режима энергосистемы
1.4. Выводы
Глава 2. Методы и средства контроля асинхронного режима
2.1. Автоматика ликвидации асинхронного режима
2.1.1. Требования к устройствам АЛАР
2.1.2. Требования к размещению и настройке устройств АЛАР
2.2. Косвенные признаки асинхронного режима и устройства на их основе
2.2.1. Общие положения
2.2.2. Релейные устройства типа ЭПО
2.3. Прямые признаки асинхронного режима и устройства на их основе
2.3.1. Общие положения
2.3.2. Электронное устройство САПАХ
2.3.3. Микропроцессорное устройство АЛАР-М
2.3.4. Микропроцессорное устройство АЛАР-Ц
2.4. Сводная таблица технологических алгоритмов
2.5. Выводы.
Глава 3. Устройство выявления и ликвидации асинхронного режима «АЛАР-М»
3.1. Краткое описание устройства
3.2. Принцип работы устройства
3.3. Методика выбора уставок устройства
3.3.1. Выбор уставок без учёта эквивалентов примыкающих энергосистем
3.3.2. Выбор уставок по табличным зависимостям угла между напряжением на концах контролируемой линии
3.3.3. Выбор уставок по эквивалентной схеме контролируемого участка
3.4. Селективный режим работы устройства
3.5. Учёт изменения схемы и режима работы энергосистемы
3.6. Частные случаи использования устройства
3.6.1. Работа устройства при попадании ЭЦК в точку установки устройства
3.6.2. Работа устройства с одной контролируемой линией
3.6.3. Работа устройства в узле с переменной нагрузкой
3.7. Модификация и дополнительные блоки технологического алгоритма
3.7.1. Модификация алгоритма
3.7.2. Ограничение диапазона задания уставок углов
3.7.3. Дополнительный блок контроля изменения эквивалентного угла
3.7.4. Дополнительный блок контроля по признаку качания тока
3.8. Выводы
Глава 4. Особенности моделирования элементов энергосистемы при двухчастотном асинхронном режиме
4.1. Моделирование синхронных генераторов
4.2. Моделирование асинхронной нагрузки
4.3. Моделирование энергосистемы
4.4. Выводы
Глава 5. Наблюдаемость и идентификация параметров энергосистемы
5.1. Исходная информация, доступная локальным устройствам противоаварийной автоматики
5.2. Эквивалентирование энергосистемы для анализа асинхронного режима
5.3. Измерения и задача идентификации параметров энергосистемы
5.4. Отображение исходного сигнала в комплексную плоскость
5.5. Траектории векторов наблюдаемых величин
5.5.1. Векторы напряжения и тока
5.5.2. Вектор сопротивления
5.5.3. Вектор мощности
5.4. Оценка достижимой точности определения параметров эквивалентной схемы
5.4.1. Относительная погрешность вектора
5.4.2. Погрешность определения эквивалентного сопротивления
5.4.3. Погрешность определения эквивалентной ЭДС
5.5. Выводы
Глава 6. Контроль электрического центра качаний
6.1. Математическая модель контролируемого участка
6.2. Способ выявления наличия ЭЦК на контролируемом участке
6.3. Выводы
Глава 7. Идентификация параметров эквивалентной схемы по траекториям векторов наблюдаемых величин
7.1. Эквивалентная схема «генератор - шины бесконечной мощности»
7.1.1. Определение угла ЭДС
7.1.2. Идентификация параметров
7.2. Двухмашинная эквивалентная схема
7.2.1. Вектор мощности в узле эквивалентной схемы
7.2.2. Определение характеристик траектории вектора мощности
7.2.3. Идентификация параметров
7.3. Выводы
Глава 8. Идентификация параметров эквивалентной схемы по уравнениям электрической цепи
8.1. Использование дифференциальных соотношений
8.1.1. Метод расчёта
8.1.2. Результаты расчета на математической модели
8.2. Использование комплексно-сопряженных уравнений
8.2.1. Метод расчёта
8.2.2. Результаты испытаний метода расчета
8.3. Повышение точности и скорости определения параметров
8.4. Выводы
Глава 9. Перспективные технические средства повышения устойчивости энергосистемы на базе сверхпроводниковых технологий
9.1. Современное состояние вопроса
9.1.1. Актуальные проблемы устойчивости транспорта электроэнергии
9.1.2. Критерии оценки целесообразности использования
устройств на базе сверхпроводниковых технологий
9.1.3. Сверхпроводниковые материалы
9.2. Токоограничивающие устройства с коммутацией магнитного потока
9.2.1. Управление магнитным потоком с использованием сверхпроводниковых экранов
9.2.2. Принцип работы токоограничивающего устройства
9.2.3. Динамические характеристики устройства
9.3. Сверхпроводниковые индуктивные накопители для электроэнергетических систем
9.3.1. Энергетические характеристики накопителей
9.3.2. Использование накопителей для повышения
устойчивости электроэнергетических систем
9.4. Выводы
Приложения
К главе 3. Устройство выявления и ликвидации асинхронного режима «АЛАР-М»
П.3.1. Основные технические характеристики устройства
П.3.2. Системы координат в комплексной плоскости
П.3.3. Основные результаты испытания технологических алгоритмов
П.3.4. Работа устройства АЛАР-М в сети 330 кВ
К главе 5. Наблюдаемость и идентификация параметров энергосистемы
П.5.1. Характеристическая функция
П.5.2. Флуктуации напряжения и относительная погрешность модуля и угла сопротивления
П.5.3. Флуктуации тока и относительная погрешность модуля и угла ЭДС
К главе 7. Идентификация параметров эквивалентной схемы
по траекториям векторов наблюдаемых величин
П.7.1. Расчет эквивалента для схемы электропередачи с узлом отбора мощности
П.7.2. Результаты проверки метода идентификации параметров эквивалента «генератор-шины»
П.7.3. Результаты проверки метода идентификации параметров двухмашинного эквивалента
К главе 9. Перспективные технические средства повышения устойчивости энергосистемы на базе сверхпроводниковых технологий
П.9.1. Характеристики экранов для токоограничивающих устройств
П.9.2. Макетный образец токоограничивающего устройства
П.9.3. Эскизный проект токоограничивающего устройства 450 МВ-А
П.9.4. Расчет СПИН с цилиндрической обмоткой
П.9.5. Расчет СПИН с тороидальной обмоткой
Список литературы

Метки: АЛАРПА
Файл
Детали
  • Просмотров
  • 189
  • Загрузок
  • 21
  • Версия файла
  • DjVu+OCR
  • Размер файла
  • 8.08 Mb
Рейтинг

В этом разделе

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Для продолжения необходимо авторизоваться

Забыли пароль?

Регистрация