авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< 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

Pages:   || 2 |

Разработка алгоритмов управления асинхронным ходом в многоподсистемной энергосистеме и исследование их эффективности

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СЕВОСТЬЯНОВ АНТОН ОЛЕГОВИЧ

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ХОДОМ В МНОГОПОДСИСТЕМНОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Специальность 05.14.02 – «Электростанции

и электроэнергетические системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2010 г.

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические системы» Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Зеленохат Николай Иосифович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шакарян Юрий Гевондович

кандидат технических наук

Жуков Андрей Васильевич

Ведущая организация: Филиал ОАО «СО ЕЭС» ОДУ Центра

Защита диссертации состоится «28» мая 2010 года в 16 час. 30 мин. в аудитории Г–200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при Московском энергетическом институте (техническом университете), 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 МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «27» апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.03

кандидат технических наук, доцент Бердник Е.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Проблемы сохранения устойчивости синхронной работы генераторов и отдельных подсистем сложных электроэнергетических систем (ЭЭС), а также обеспечения успешной ресинхронизации после возникновения асинхронного хода по линиям электропередачи особенно актуальны для ЕЭС России, учитывая перспективы ее развития.

При эксплуатации энергосистем и энергообъединений разных стран мира в 2002 – 2005 гг. имели место нарушения их устойчивой работы с возникновением двухчастотного и многочастотного асинхронного хода. В России в 2005 г. произошла крупная авария с выделением на изолированную работу Пермско-Закамского энергорайона, связанного несколькими линиями электропередачи 110-220 кВ с ОЭС Урала.

Одним из средств выявления и прекращения асинхронного хода по линиям электропередачи является автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР), действующая, в основном, на деление электрической сети на несинхронно работающие части. В большинстве случаев разрыв связей подсистем может приводить к усугублению аварии. Поэтому становятся актуальными исследования по обеспечению ресинхронизации энергосистем после кратковременного асинхронного хода под воздействием управляющих устройств, реализующих, например, снижение генерирующей мощности в избыточной подсистеме и отключение потребителей в дефицитной подсистеме ЭЭС.

В последние годы особое внимание уделяется такому мероприятию по повышению результирующей устойчивости энергосистем, как управляемые воздействия на их режим при асинхронном ходе. Целесообразно организованными воздействиями на перетоки активной мощности по межсистемным связям, содержащим высоковольтные линии электропередачи, обеспечивается ресинхронизация подсистем в ЭЭС без ее деления на несинхронно работающие части.



Исследованию именно такого рода управления асинхронным ходом по межсистемным связям в сложных многоподсистемных энергосистемах и их объединениях рассматривается в данной диссертационной работе, что позволяет считать ее тему актуальной.

Целью работы является разработка алгоритмов управления асинхронным ходом по межсистемным связям в сложной многоподсистемной энергосистеме и исследование эффективности таких алгоритмов при различных схемно-режимных условиях работы энергосистемы.

Для достижения поставленной цели определены для решения следующие задачи:

• теоретические исследования в направлении поиска научной основы для разработки нового подхода к синтезу алгоритмов управления асинхронным ходом в энергосистеме;

• применение положений теоретической механики и теории переходных электромеханических процессов в энергосистеме для разработки методики синтеза алгоритмов управления перетоками мощности по межсистемным связям с целью сокращения продолжительности асинхронного хода по ним;

• аналитические исследования и выполнение расчетов для обоснования возможности и целесообразности применения дискретного управления выключателями линий электропередачи межсистемных связей в целях управления перетоком мощности по ним при асинхронном ходе между подсистемами в энергосистеме;

• разработка методических рекомендаций для научно обоснованного определения величин уставок в алгоритмах управляющих устройств;

• исследование эффективности управления многочастотным асинхронным ходом с использованием разработанных алгоритмов управления применительно к эквивалентным трех- и четырехподсистемным энергосистемам.

Научная новизна работы.

1. На основе применения отдельных положений теоретической механики и теории ЭЭС разработана методика формирования алгоритмов управления асинхронным ходом по межсистемным связям в многоподсистемной энергосистеме.

2. Разработан метод синтеза алгоритмов управления перетоком активной мощности по межсистемной связи, исходя из условия убывания энергии ее колебаний при асинхронном ходе по связи.

3. Научно обоснована возможность и целесообразность применения дискретного управления асинхронным ходом по межсистемным связям с помощью их выключателей при использовании разработанных алгоритмов управления.

4. С использованием математической базы программного комплекса Mustang.win разработана математическая модель сложной много-подсистемной ЭЭС и выполнены расчеты, подтверждающие высокую эффективность управления асинхронным ходом по межсистемным связям в сложной энергосистеме при использовании сформированных алгоритмов управления.

5. На примере эквивалентной схемы сложной ЭЭС проведены комплексные исследования эффективности применения разработанных алгоритмов управления в различных схемно-режимных условиях работы энергосистемы.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы фундаментальные положения теоретической механики и теории ЭЭС, методы математического моделирования и анализа устойчивости, а также принципы построения систем противоаварийного управления.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций 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 разработанных алгоритмов управления перетоком мощности по межсистемным связям в многоподсистемной ЭЭС при возникновении многочастотного асинхронного хода.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные алгоритмы управления асинхронным ходом в энергосистемах технически реализуемы и могут найти применения в устройствах АЛАР при установке их на системообразующих и межсистемных связях в сложных ЭЭС и их энергообъединениях. Результаты диссертационной работы могут быть использованы научно-исследовательскими учреждениями и производствен-ными предприятиями, 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 XVI международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» в 2010 году (г. Москва), а также на заседании кафедры «Электроэнергетические системы» МЭИ (ТУ).

Публикации. По результатам исследований опубликованы две статьи в журналах «Вестник МЭИ» (г. Москва) и «Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики» (г. Казань), а также тезисы одного доклада на XVI международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» в 2010 году.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Объем работы включает в себя 277 страниц основного текста, 213 рисунков, 17 таблиц и 84 единицы списка литературы.

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 дана краткая характеристика причин возникновения и описываются последствия асинхронных режимов в ЭЭС. Приводится описание крупных системных аварий за последние годы, произошедших в нашей стране и за рубежом, которые подтверждают, что асинхронные режимы создают тяжелые последствия для ЭЭС и требуют своевременного выявления и ликвидации.

Во второй главе на примере простой ЭЭС, состоящей из двух подсистем, связанных межсистемной линией, проведен анализ изменения режимных параметров в цикле двухчастотного асинхронного хода: тока по линии, модуля и фазы вектора напряжения в промежуточной точке линии, взаимного скольжения векторов напряжений в промежуточных точках линии, кажущегося сопротивления в точках линии, активной и реактивной мощности по линии. Оценено влияние на характеристики этих параметров таких факторов, как положение электрического центра качаний по отношению к точке замера режимного параметра, положение и величина промежуточной нагрузки на линии электропередачи, а также соотношение активной и реактивной мощностей в составе этой нагрузки.

В третьей главе рассмотрены режимные характеристики многочастотного асинхронного хода по линиям связи в трехподсистемной ЭЭС. Наглядно показано, что формы кривых режимных параметров при многочастотном асинхронном ходе значительно разнообразнее, чем в случае двухчастотного асинхронного хода. Это обусловлено наличием большого числа гармонических составляющих, которые зависят не только от модулей напряжений эквивалентных генераторов и параметров сети, но и от соотношения взаимных частот эквивалентных генераторов.

Показано, что при многочастотном асинхронном ходе нет постоянного центра качаний. При этом возможно не только блуждание точки минимального напряжения, но и возникновение одновременно нескольких центров качаний на разных линиях. Это обстоятельство характеризует многочастотный асинхронный режим в сравнении с двухчастотным как более опасный режим, требующий скорейшей ликвидации.

Отмечено, что в случае возникновения в ЭЭС многочастотного асинхронного хода большинство существующих устройств АЛАР, предназначенных для выявления только двухчастотных асинхронных режимов, не сработает вообще, либо сработает некорректно, что может только усугубить ситуацию. В то же время существует ряд особенностей, связанных с характеристиками режимных параметров, общих как для двухчастотного, так и многочастотного асинхронного хода: например, близость моментов достижения максимумов тока и реактивной мощности в начале линии электропередачи и смены знака активной мощности по той же линии с «+» на «–». Эти общие закономерности можно использовать как критерии для выявления и ликвидации как двухчастотных, так и большинства многочастотных асинхронных режимов.

В четвертой главе дан анализ существующих способов выявления и ликвидации двухчастотных и многочастотных асинхронных режимов в ЭЭС. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Некоторые из них применяются на практике в следующих устройствах АЛАР: релейное устройство типа ЭПО с пуском по кажущемуся сопротивлению, микропроцессорное устройство АЛАР МКПА (Дальний Восток), селективная автоматика прекращения асинхронного хода (САПАХ), микропроцессорные устройства АЛАР-Ц и АЛАР-М.





В силу несовершенства рассмотренных способов особенно в условиях сложных многоподсистемных ЭЭС, а также негативных последствий деления электрической сети ЭЭС на несинхронно работающие части (наиболее распространенного управляющего воздействия устройств АЛАР) становится необходимой разработка новых алгоритмов выявления и ликвидации асинхронного хода в ЭЭС, в которых бы использовались параметры режима, замеряемые непосредственно в месте установки управляющего устройства автоматики, что позволило бы упростить систему сбора и передачи информации в ЭЭС.

В пятой глава дано обоснование возможности дискретного управления асинхронным ходом по межсистемным связям с помощью их выключателей в сложных ЭЭС. Рассматривается подход к управлению асинхронным ходом по линиям электропередачи межсистемных связей. Так как в асинхронном режиме активная мощность между подсистемами практически не передается, то для достижения ресинхронизации в ЭЭС становится целесообразным изменять характеристики линий связи между подсистемами таким образом, чтобы по ним в максимальном объеме передавалась активная мощность из энергоизбыточных подсистем в энергодефицитные. То есть на линиях связи должны быть установлены управляющие устройства (УУ), с помощью которых можно было бы управлять перетоками активной мощности по связям и, тем самым, целенаправленно воздействовать на асинхронный режим всей ЭЭС.

Рассматривается асинхронный режим в простой двухподсистемной ЭЭС, в которой по концам межсистемной связи поддерживаются постоянные по модулю напряжения, мощности турбин эквивалентных генераторов и нагрузка подсистем постоянны, активное сопротивление связи и асинхронная мощность по ней принимаются равными нулю. Математическая модель такой ЭЭС описывается следующим уравнением

(1)

где , причем  – постоянные инерции эквивалентных гене-раторов подсистем;

, причем  – углы роторов эквивалентных генераторов подсистем;

 при обозначениях 

– мощности турбин эквивалентных генераторов подсистем,

– мощности нагрузок подсистем, , ;

Хл – реактивное сопротивление линии связи;

U1, U2  – модули напряжения по концам линии связи;

, причем – фазы напряжений по концам линии связи.

Разработана математическая модель и методика синтеза алгоритмов управления асинхронным ходом в ЭЭС. В соответствии с ней реактивное сопротивление связи представляется как , где u – управляющее воздействие в виде дополнительного реактивного сопротивления. После преобразований с учетом введения управляющего воздействия уравнение (1) принимает вид:

(2)

где обозначения

– составляющая передаваемой по линии связи мощности Рл, не зависящая в явном виде от воздействия u;

– составляющая Рл, зависящая явно от u.

Для синтеза алгоритмов управления используется подход, основу которого составляет положение о том, что в диссипативной динамической системе, не содержащей неконсервативные силы, возникающие переходные процессы с течением времени затухают. Математически это означает, что производная по времени t от полной механической энергии системы V, определяемой как сумма кинетической энергии относительного движения ротора генератора и его потенциальной энергии, с течением времени убывает, то есть выполняется условие

. (3)

Совместное решение (2) и (3) дает

. (4)

Следовательно

. (5)

Составляющая есть дополнительная передаваемая по линии связи мощность, обусловленная действием УУ.

Анализ (5) показывает, что при положительном взаимном скольжении дополнительная мощность изменяется по величине в зависимости от мощности по линии связи Рл. Так как мощность Рл изменяется периодически, на полупериоде каждого колебания меняя свой знак, то при управлении согласно (6) при и Рл > 0 в рассечку связи должна включаться емкость u1 = – ХC, в этом случае характеристика мощности возрастает на величину , а при Рл < 0 должен включаться реактор u2 = ХР. В этом случае характеристика мощности уменьшается на величину . Таким образом обеспечивается непрерывное регулирование мощности по связи во время асинхронного хода.

Можно управлять только выключателями линии связи (дискретное управление): при Рл < 0 происходит отключение выключателей линии связи (), а при Рл > 0 включение этих выключателей ().

Анализ условия (5) показывает, что отключение и включение коммутационной аппаратурой линии связи должно осуществляться в моменты смены знака активной мощности по линии Рл: для отключения выключателя при это смена знака с «+» на «­–», для включения выключателя при – с «–» на «+», а при смены знаков должны быть обратными. Моменты отключения/включения выключателей в алгоритме дискретного управления определяются при выполнении следующих условий, которые сформированы на основе анализа режимных характеристик двухчастотного и многочастотного асинхронного хода:

• выключатель линии отключается при выполнении условия

, (5)

если срабатывание первое, то по факту

, (6а)

если срабатывание второе и последующие, то по факту

 (при ) или  (при ). (6б)

• выключатель линии включается по факту

 (при ) или (при ); (7)

в случае выполнения условия:

или . (8)

в течение всего времени, когда выключатель линии находится в отключенном состоянии, начиная с момента отключения выключателя до момента выполнения условия (7).



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.