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 | 3 | 4 | 5 |

Совершенствование методов и средств управления режимами электроэнергетических систем на основе элементов гибких электропередач (facts)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СИТНИКОВ ВЛАДИМИР ФЕДОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЭЛЕМЕНТОВ ГИБКИХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ (FACTS)

Специальность 05.14.02 – Электрические станции
и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук

Иваново 2009

Работа выполнена в «Проектно-изыскательском и научно-исследовательском институте по проектированию энергетических систем и электрических сетей» ОАО «Институт «Энергосетьпроект» и на кафедре «Автоматическое управление электроэнергетическими системами» ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина».

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, Николай Иванович Воропай
доктор технических наук,
профессор
Лев Ананьевич Кощеев
доктор технических наук,
профессор
Андрей Вячеславович Шунтов
Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Системный оператор Единой энергетической системы»

Защита состоится « 20 » ноября 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: 150003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корпус Б, ауд. 237.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу: 150003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, Ученый совет ИГЭУ.

Тел.: (4932) 38-57-12, факс: (4932)38-57-01

E-mail: uch_sovet@ispu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного энергетического университета.

Автореферат разослан « » 200 г.

Ученый секретарь
диссертационного Совета Д 212.064.01
доктор технических наук, профессор А.В. Мошкарин

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Анализ актуальных проблем функционирования ЕЭС России и транспорта электроэнергии позволили выявить ряд «узких мест», которыми, в частности, являются: ограниченные возможности параллельной работы ОЭС Сибири с Европейской частью ЕЭС, а также получения и выдачи мощности из Тюменской энергосистемы; недостаточная пропускная способность ряда сечений между ОЭС Центра и энергосистемами Северного Кавказа и стран Закавказья; отсутствие возможности осуществления параллельной работы ОЭС Сибири и ОЭС Востока и др. В ближайшей перспективе возможны ограничения в сечениях ОЭС Центра, ОЭС Средней Волги и ОЭС Урала, в ОЭС Северо-Запада; имеются также ограничения по выдаче «запертых» мощностей ряда электростанций (Печорской ГРЭС, Кольской АЭС и др.).



Многие из указанных проблем могут быть эффективно решены путем совершенствования методов и средств управления потоками мощности в электрических сетях высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжения как при нормальных, так и в переходных режимах функционирования электроэнергетических систем (ЭЭС) на основе применения технологии управляемых гибких электропередач переменного тока или, или, в соответствии с терминологией IEEE, Flexible AC Transmission Systems (FACTS).

Основная задача технологии FACTS заключается в повышении эффективности управления потоками мощности, регулирования напряжения, обеспечения статической или динамической устойчивости. Такая возможность обеспечивается благодаря способности элементов FACTS управлять взаимосвязанными параметрами, определяющими функционирование магистральных линий электропередачи, такими, как полное сопротивление, ток, напряжение, угол фазового сдвига между напряжениями по концам линии, затухание колебаний на различных частотах и т.д.

Большой вклад в решение проблем управляемых гибких электропередач переменного тока и электропередач постоянного тока внесли отечественные и зарубежные ученые Александров Г.Н., Астахов Ю.Н., Ботвинник М.М., Баринов В. А., Брянцев А.М., Веников В.А., Воропай Н.И., Глинтерник С.Р., Гринштейн Б.И., Жданов П.С., Идельчик В.И., Ивакин В.Н., Ковалев В.А., Кощеев Л.А., Ледянкин Д.П., Лабунцов В.А., Литкенс И.В., Либкинд М.С., Лутидзе Ш.И., Мамиконянц Л.Г., Маркович И.М., Мисриханов М.Ш., Нейман Л.Д., Кочкин В.И., Поссе А.В., Розанов Ю.К., Руденко Ю.Н., Рыжов Ю.П., Строев В.А., Совалов С.А., Соколов Н.И., Тиходеев Н.Н., Хвощинская З.Г., Худяков В.В., Чебан В.М., Шакарян Ю.Г., Якимец И.В., Acha E., Akagi H., Andersson G., Hingorani N. и др.

Для решения задач управления режимами работы ЭЭС и потоками мощности как в существующих, так и в новых или модернизируемых линиях электропередачи в целях обеспечения надежности и устойчивости функционирования отдельных и объединенных энергосистем, а также ЕЭС России в целом широко используются современные программно-технические средства и высокоскоростные каналы связи (оптико-волоконные, спутниковые и др.). Однако даже при их использовании эффективность управления во многих случаях ограничивает недостаточное быстродействие широко применяемых в современных ЭЭС силовых управляющих схем с механически переключаемыми устройствами. Другая связанная с этим сторона проблемы заключается в том, что команды управления для таких устройств нельзя формировать с высокой частотой, поскольку механические устройства имеют меньшую износостойкость по сравнению со статическими устройствами.

Поэтому возможности эффективного применения технологии FACTS в значительной мере связаны с развитием и совершенствованием бесконтактных электрических аппаратов, элементов силовой электроники и их систем управления. В частности, применение современных высокоскоростных преобразовательных и исполнительных устройств в регуляторах FACTS позволит последним эффективно выполнять следующие функции: управления реактивной мощностью; регулирования напряжения, изменения направления и величины перетоков мощности; функции активных или гибридных фильтров и др.

Для исследования и оценки эффективности нового поколения регуляторов FACTS необходимо модернизировать значительную часть инструментов расчета и анализа перетоков мощности, используемых при планировании режимов и в процессе функционирования ЭЭС. В настоящее время одним из основных методов решения задачи расчетов потоков мощности, в том числе, и при наличии элементов FACTS, является метод Ньютона-Рафсона. Однако при последовательном поиске решений этим методом в конце каждой итерации возникает подзадача переопределения переменных состояния управляемых силовых устройств, и в результате таких переопределений итерационный процесс теряет свойство квадратической сходимости. Поэтому совершенствование и развитие методов и инструментов расчета режимов с учетом взаимодействия различных устройств FACTS также является актуальной задачей.

Современные методы синтеза устройств FACTS в большой мере связаны с выполняемыми этими устройствами функциями. Для минимизации нежелательного взаимодействия (взаимовлияния) устройств FACTS используемые для их синтеза методы и процедуры должны учитывать факт такого взаимодействия. Нелинейность моделей энергосистем, их параметрическая неопределенность и непредсказуемые в аварийных ситуациях изменения режимов работы существенно затрудняют задачу синтеза координированного управления. Задачи адаптивного управления (регулирования) ЭЭС, демпфирования колебаний перетоков мощности и ряд других требуют разработки специальных методов синтеза устройств FACTS.

Традиционные устройства компенсации реактивной мощности, коммутируемые выключателями, имеют ряд существенных недостатков. Кроме того, в настоящее время очень актуальна проблема повышения качества электроэнергии. Тенденция роста нелинейных нагрузок в общем составе потребителей электроэнергии, являющихся источниками высших гармоник, усугубляет эту проблему. Применяемые для повышения качества электроэнергии пассивные фильтры переменного тока имеют высокие потери и не обеспечивают эффективное снижение высших гармоник. Поэтому актуальны исследования и разработки принципов управления активной фильтрацией на основе элементов силовой электроники для решения проблем повышения качества электроэнергии в ЭЭС.

Новые технологии создания и развития сетей электропередачи с быстродействующим электронным управлением режимами их работы обуславливают необходимость иных способов разработки и сооружения оборудования электростанции, изменения подходов и процедур планирования работы сетей для передачи и распределения электроэнергии.

Эти технологии могут также изменить характер деловых операций на энергорынке из-за появления возможности высокоскоростного управления потоками электроэнергии. Благодаря множеству присущих ей и многообещающих экономических и технических достоинств технология FACTS сознательно поддерживается производителями электрооборудования, систем энергоснабжения и научно-исследовательскими организациями во всем мире.

______________________________________________________________________

Автор выражает благодарность д.т.н. Любарскому Д.Р. за научные консультации при выполнении настоящей работы

Связь работы с государственными и отраслевыми научно - техническими программами, темами.

Исследования по данной проблеме проводились автором в рамках отраслевых программ Министерства промышленности и энергетики РФ, и в соответствии с приказом РАО «ЕЭС России» от 29.05.06 №380 «О создании управляемых линий электропередачи и оборудования для них» и c решениями Координационного Совета ОАО «ФСК ЕЭС» по созданию и применению в ЕЭС устройств и технологий управляемых систем электропередачи переменного тока.

Цель работы. Целью работы является исследование и разработка эффективных методов и средств управления режимами ЭЭС на основе применения гибких электропередач переменного тока (FACTS) и современных высокоскоростных преобразовательных и исполнительных устройств в регуляторах FACTS, а также совершенствование их математического, алгоритмического и программного обеспечения, расширяющего их функциональные возможности для обеспечения надежности и устойчивости функционирования электроэнергетических систем.

Для достижения поставленной цели решен следующий комплекс задач:

1.Выполнен сравнительный анализ функциональных возможностей средств управления режимами ЭЭС на основе элементов FACTS и оценка их эффективности.

2. Проведено исследование режимов работы и функциональных возможностей устройств силовой электроники, выполненных на полностью управляемых ключах, и разработаны инженерные методики расчета элементов их силовых частей.

3. Разработаны принципы управления активной фильтрацией на основе элементов силовой электроники для решения проблем повышения качества электроэнергии в ЭЭС.

4. Разработаны принципы и методы управления элементами FACTS с учетом их взаимодействия для управления режимами ЭЭС.

5. Разработаны методы синтеза систем управления устройств FACTS, обеспечивающие заданные динамические свойства.

6. Исследованы возможности управления устройствами FACTS на основе адаптивных самоорганизующихся регуляторов (СОРЭ).

7. Разработаны рекомендации и предложены методы и средства их реализации для решения проблем функционирования ЕЭС России и транспортирования электроэнергии с учетом «узких мест», связанных с ограниченными воз­можностями: параллельной работы ОЭС, получения и выдачи мощ­ности энергосистемами, их пропускной способности.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются методы и средства управления режимами электроэнергетических систем на основе гибких электропередач переменного тока (FACTS). Предметом исследований являются режимы работы ЭЭС и электропередач высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжения.





Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались: теория электромагнитных переходных процессов в электрических цепях, теория электромеханических переходных процессов в электроэнергетических системах, теория автоматического управления, методы анализа многомерных динамических систем, исследования с использованием математических и цифровых моделей.

Достоверность и обоснованность результатов работы. Достоверность предложенных в работе решений и обоснованность основных научных положений, полученных в диссертационной работе, подтверждается выполненными исследованиями и опытом проектирования ряда важнейших энергетических объектов.

Научная новизна и значимость полученных результатов заключается в совершенствовании методов и средств управления режимами электроэнергетических систем на основе гибких электропередач переменного тока (FACTS) и состоит в следующем:

1. На основе анализа и исследований методов и инструментальных средств расчета режимов функционирования ЭЭС для определения эффективности устройств FACTS предложен унифицированный подход, который объединяет переменные состояния ЭЭС без управляемого силового оборудования и переменные состояния, описывающие данное управляемое силовое оборудование (устройства FACTS) в единое множество состояний, обеспечивающий описание исследуемого объекта в единой системе координат и сохранение квадратической сходимости итеративных решений при использовании алгоритма Ньютона-Рафсона.

2. Для решения задачи демпфирования колебаний перетоков мощности предложен модальный подход к синтезу управления ЭЭС с устройствами FACTS, заключающийся в преобразования уравнений линейной модели ЭЭС к диагональному виду.

3. Для решения проблемы координированного и адаптивного управления (регулирования) ЭЭС предложено использовать теорию самоорганизующихся оптимальных регуляторов с экстраполяцией (СОРЭ), оперирующих с дискретными моделями объектов управления и использующих алгоритмы циклических наблюдателей Калмана.

4. На основе разработанных методов синтеза устройств FACTS впервые предложена технология многоуровневого управления режимами ЭЭС, которая может быть использована при перспективном планировании электрических сетей.

5. Разработаны и исследованы принципы управления активной фильтрацией на основе элементов силовой электроники, обеспечивающие повышение качества электроэнергии в ЭЭС.

6. Исследованы актуальные проблемы функционирования ЕЭС России и транспорта электроэнергии и выявлены «узкие места», связанные с ограниченными возможностями параллельной работы ОЭС Сибири с Европейской частью ЕЭС, а также получения и выдачи мощности из Тюменской энергосистемы; недостаточной пропускной способностью ряда сечений между ОЭС Центра и энергосистемами Северного Кавказа и стран Закавказья; отсутствием возможности осуществления параллельной работы ОЭС Сибири и ОЭС Востока и др.; возможным ограничением в ближайшей перспективе в сечениях ОЭС Центра, ОЭС Средней Волги и ОЭС Урала, в ОЭС Северо-Запада; ограничением по выдаче «запертых» мощностей ряда электро­станций (Печорской ГРЭС, Кольской АЭС и др.).

7. Исследованы режимы при установке устройств FACTS (СТАТКОМ) в ЕНЭС России (на примере ПС 330/400 кВ Выборгская в ОЭС Северо-Запада) и сформулированы технические требования к разрабатываемым устройствам FACTS и их системам автоматического регулирования.

8. Разработаны рекомендации по применению устройств FACTS на межсистемных связях ОЭС Урала, Средней Волги и Центра, позволяющие увеличить максимально допустимые перетоки мощности в межсистемном сечении ОЭС Урала ОЭС Средней Волги в сторону ОЭС Центра на 340 МВт и в сторону ОЭС Урала на 520 МВт; перераспределить перетоки мощности по ВЛ 500 и 220 кВ, входящих в межсистемное сечение, уменьшив на 10 % загрузку последних.

9. Впервые выполнены исследования и разработаны рекомендации по решению проблемы получения дополнительного системного эффекта от взаиморезервирования энергосистем Восточной Сибири и западного региона ОЭС Востока и повышения надежности электроснабжения тяговых подстанций участка Транссибирской железной дороги за счет организации межсистемной связи между ОЭС Сибири и Востока на основе вставки несинхронной связи (ВНС).

Практическая ценность работы.

1. Предложенный метод расчета потоков мощности для сложных систем с устройствами FACTS, который объединяет переменные состояния ЭЭС без управляемого силового оборудования и переменные состояния, описывающие данное управляемое силовое оборудование (устройства FACTS) в единое множество состояний, позволяет эффективно выявлять возможности использования различных устройств FACTS.

2. Разработанные методы синтеза устройств FACTS могут быть использованы при перспективном планировании электрических сетей для решения различных задач: демпфирования колебаний перетоков мощности, координированного и адаптивного управления (регулирования) ЭЭС.

3. Предложения в части использования активных и гибридных фильтров могут быть применены для решения проблем компенсации реактивной мощности и повышения качества электроэнергии при перспективном и конкретном проектировании ЭЭС.

4. На базе выполненных исследований для применения устройств FACTS (СТАТКОМ) в ЕНЭС России разработаны технические требования к такого рода устройствам и их системам регулирования. Ввод в эксплуатацию опытно-промышленных образцов устройств СТАТКОМ позволит отработать модуль СТАТКОМ для создания в дальнейшем в ЕНЭС России гибких систем электропередачи переменного тока и замены синхронных компенсаторов.

5. Реализация предложенных в работе рекомендаций по применению устройств FACTS на межсистемных связях ОЭС Урала, Средней Волги и Центра, Сибири и Востока позволит получить значительный технический эффект.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований и разработок внедрены в ОАО «Институт «Энергосетьпроект» при выполнении ряда важнейших работ для электроэнергетики:

- Проведение исследований по определению мест установки и эффективности применения устройств управляемой продольной компенсации в ЕНЭС России», выполненной совместно с ОАО «Филиал НТЦЭ – ВНИИЭ» в соответствии с приложением 3 «Перечень пилотных проектов устройств FACTS к проекту приказа РАО «ЕЭС России» «О внесении изменений в приказ от 29.05.2006г. №380 «О создании управляемых линий электропередачи и оборудования для них».

- Управление реактивной мощностью и напряжением в Московской энергосистеме (заказчик ОАО «МОЭСК»).

- Исследование установившихся режимов связей ОЭС Урала-ОЭС Средней Волги и Центра для обоснования FACTS.

- Технико-экономическое обоснование «Создание межсистемной связи на напряжении 220 кВ между ОЭС Сибири и ОЭС Востока на основе Забайкальского преобразовательного комплекса на ПС Могоча (ЗБПК)».



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

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.