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 |

Разработка автоматики комплексного аварийного управления нагрузкой

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ Владимир Владимирович

разработка автоматики комплексного аварийного управления нагрузкой

Специальность 05.14.02 –

Электрические станции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Глазырин Владимир Евлампиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Секретарев Юрий Анатольевич

кандидат технических наук

Останин Андрей Юрьевич

Ведущая организация: ЗАО «Сибирский ЭНТЦ», г. Новосибирск

Защита состоится: 22 декабря 2011 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан « 18 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета И.П. Тимофеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Частота и уровень напряжения – это важнейшие показатели качества электроэнергии, влияющие на работу как электрических станций, так и потребителей. Снижение частоты или напряжения может приводить к тяжёлым авариям, связанными с потерей генерации и массовым отключением потребителей. Для предотвращения снижения частоты широко применяется автоматическая частотная разгрузка (АЧР), отключающая часть потребителей при возникновении дефицита активной мощности. Помимо АЧР применяется также автоматика ограничения снижения напряжения (АОСН), отключающая потребителей при глубоких снижениях напряжения, традиционно выполняемая отдельно от АЧР. Для восстановления питания отключенной нагрузки после ликвидации аварийных режимов контролируемого энергорайона используются устройства автоматического повторного включения отдельно по частоте (ЧАПВ) и по напряжению (АПВН), входящие в состав АЧР и АОСН соответственно.

Возникающий при аварии дефицит активной мощности приводит не только к снижению частоты в энергосистеме, но и к изменению напряжения. При тяжёлых авариях, приводящих к большим дефицитам активной мощности, появляется дополнительная опасность – локальных дефицитов реактивной мощности, когда возникают глубокие снижения напряжения, определяющие возможность дальнейшего развития аварии за счет «лавины» напряжения. Если частотная разгрузка будет отключать потребителей в первую очередь в местах с наиболее низким уровнем напряжения, тогда такой сценарий развития аварии будет менее вероятен.

Используя представленные на электротехническом рынке нашей страны устройства АЧР и АОСН, сложно построить эффективную разгрузку. Это связано, во-первых, с низкой точностью блоков измерения частоты, во-вторых, разгрузка по частоте и по напряжению выполняются раздельно, в-третьих, не учитывается предыдущий режим работы системы и текущее значение мощности отключаемых нагрузок. Наличие категорий АЧР I, АЧР II и дополнительной разгрузки приводит к большой сложности в построении разгрузки. При этом необходимость использования дополнительной разгрузки объясняется только малым быстродействием и низкой точностью замера частоты.



C развитием промышленности появляются всё более мощные и ответственные потребители, технологический процесс которых не допускает снижения частоты даже на допустимую по ГОСТ величину (0,4 %). Поэтому необходима гибкая система определения очерёдности и объёма отключения потребителей, а также учёт фактически отключаемой нагрузки от действия на конкретный выключатель.

В настоящее время в энергосистемах нашей страны происходит замена старых и установка новых устройств АЧР и АОСН, построенных на базе микропроцессорной техники. Однако, в эти цифровые устройства в основном закладываются общепринятые принципы действия и алгоритмы. Повышаются лишь их метрологические характеристики и уровень сервисных возможностей. Таким образом, огромные возможности, предоставляемые микропроцессорной техникой, не используются должным образом.

В связи с этим актуальной является задача разработки более совершенного устройства управления нагрузкой в узле энергосистемы, осуществляющего отключение потребителей при аварийных снижениях частоты и напряжения и их автоматическое включение в сеть после восстановления контролируемых параметров.

Целью работы является разработка принципов действия и алгоритмов работы устройства аварийного управления нагрузкой, позволяющего повысить надёжность функционирования энергосистемы в режимах аварийного снижения как частоты, так и напряжения.

Для достижения поставленной цели поставлены и решены следующие задачи:

  1. Проведение обзора полного спектра устройств, входящих в системы автоматического ограничения снижения частоты (АОСЧ) и АОСН, как отечественного, так и зарубежного исполнения, выявление их достоинств и недостатков.
  2. Разработка методики комплексного управления нагрузкой узла энергосистемы при недопустимом снижении частоты и уровня напряжения.
  3. Проверка работоспособности алгоритма разрабатываемой автоматики при помощи математического моделирования переходных процессов энергосистем.
  4. Техническая реализация автоматики комплексного аварийного управления нагрузкой (АКАУН) с определением аппаратных требований и типа оборудования с описанием его функционирования.
  5. Разработка рекомендаций к размещению и выбору уставок устройств АКАУН.
  6. Проведение испытаний разработанного устройства автоматики в вычислительных экспериментах и условиях, максимально приближенных к промышленным.

Методы исследования. Разработанные научные положения основываются на применении теоретических и экспериментальных методов исследования в этой области. Решение поставленных в работе задач базируется на положениях фундаментальных и прикладных наук, таких как математический анализ, теория многокритериальной оптимизации, теория векторной оптимизации, цифровая обработка сигналов, теоретические основы электротехники.

Достоверность и обоснованность основных научных положений и выводов работы подтверждаются теоретическими обоснованиями, совпадением результатов, полученных теоретически, и результатов экспериментов при моделировании и испытаниях, максимально приближенных к промышленным условиям. Обоснованность результатов работы подтверждает внедрение их в процесс проектирования ЗАО «Институт Автоматизации Энергетических Систем» (ЗАО «ИАЭС», г. Новосибирск) и использование в конкретных устройствах противоаварийной автоматики.

Научная новизна работы.

1. На основе существующих подходов к построению устройств систем автоматического ограничения снижения частоты и напряжения и их комбинированного применения впервые была предложена совершенно новая методика комплексного управления нагрузкой узла энергосистемы в условиях дефицита активной и реактивной мощности.

2. С применением теории многокритериальной оптимизации разработана методика выбора настроечных параметров АКАУН, обеспечивающих гибкую настройку устройства в конкретном случае установки и предотвращение излишнего отключения и включения нагрузки.

3. Автором впервые разработана методика адаптации уставок устройства управления нагрузкой на отключение/включение потребителей, учитывающая загруженность контролируемых присоединений в режиме, предшествующем аварии.

4. Автором предложены и разработаны принципы построения и алгоритмы работы системы АКАУН для выявления и ликвидации аварийных снижений частоты и напряжения в контролируемом узле энергосистемы.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, внедрены в процесс проектирования устройств противоаварийной автоматики (ПА) для объектов электроэнергетической системы, что подтверждено актом об использовании результатов кандидатской диссертационной работы. Предложенный подход к управлению нагрузкой был реализован на базе Комплекса противоаварийной автоматики – КПА-М (разработка и производство ЗАО «ИАЭС», г. Новосибирск). Устройства КПА-М, разработанные с использованием указанного принципа действия, применены в ряде проектов и планируются к установке на нескольких объектах МЭС Сибири.

Большая часть результатов диссертационной работы использована при проектировании и реализации устройства КПА-М с функцией автоматического частотного ввода резерва (АЧВР) для Богучанской ГЭС (ОАО «Богучанская ГЭС»), поставленного в июле 2011 года на объект для ввода в опытную, а затем промышленную эксплуатацию.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Полученные соискателем основные научные результаты соответствуют пункту 9 «Разработка методов анализа и синтеза систем автоматического регулирования, противоаварийной автоматики и релейной защиты в электроэнергетике» паспорта специальности 05.14.02 – «Электрические станции и электроэнергетические системы».

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Методика комплексного аварийного управления нагрузкой узла энергосистемы по частоте и напряжению.
  2. Методика выбора весовых коэффициентов для формирования обобщенного сигнала управления нагрузкой, созданная на основе теории многокритериальной оптимизации.
  3. Принцип построения и алгоритм работы устройства АКАУН. Рекомендации к размещению, формированию управляющих воздействий и выбору уставок устройства АКАУН.
  4. Результаты анализа эффективности применения автоматики, реализующей комплексное управление нагрузкой.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Энергосистема: управление, конкуренция, образование» в октябре 2008 года в г. Екатеринбурге; на международной научно-технической конференции «Энергосистема: Исследование свойств, Управление, Автоматизация», проводившейся ЗАО «Институтом Автоматизации Энергетических Систем», в мае 2009 года в г. Новосибирске; на международной научно-технической конференции «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем», организованной ОАО «СО ЕЭС» при поддержке Российского национального комитета СИГРЭ и ОАО «ВНИИР», в сентябре 2009 года в г. Москве; на XVI научно-технической конференции «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств РЗА и ПА в энергосистемах Урала» в апреле 2010 года в г. Екатеринбурге; на Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи», проводившейся в Уральском Федеральном Университете имени Первого Президента России Б. Н. Ельцина, в ноябре 2010 года в г. Екатеринбурге; на международной научно-технической конференции «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем», организованной ОАО «СО ЕЭС» при поддержке Российского национального комитета СИГРЭ и ОАО «ВНИИР», в мае 2011 года в г. Санкт-Петербурге; на Международной молодежной научно-технической конференции «Управление, информация и оптимизация в электроэнергетических системах», проводившейся в Новосибирском Государственном Техническом Университете, в сентябре 2011 года в г. Новосибирске. Результаты диссертационной работы также были представлены на конференции «Развитие противоаварийного управления ОЭС Сибири», посвященной дню рождения основателя ОДУ Сибири В. Н. Ясникова и 90-летию со дня принятия плана ГОЭЛРО Филиала ОАО «СО ЕЭС» ОДУ Сибири, в декабре 2010 года в г. Кемерово, по итогам которой ведущие специалисты ОДУ Сибири поддержали работу.





Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 4 научных статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень рекомендованных изданий ВАК РФ; 5 статей в сборниках международных и всероссийских конференций.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 101 наименование, и девяти приложений. Общий объем работы составляет 191 страницу, включая 10 таблиц и 50 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, отражена их практическая ценность, приведены краткое изложение содержания работы и основные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 «Процессы, связанные с возникновением дефицита мощности и снижением частоты и напряжения в энергосистеме, и методы противоаварийного управления для их ликвидации» рассмотрены характерные особенности аварийных ситуаций, связанных с возникновением дефицита мощности. Сделан вывод о том, что по мере развития и объединения энергосистем вероятность глубокого общесистемного снижения частоты и напряжения уменьшается, но необходимость в устройствах аварийного управления нагрузкой не отпадает. Поэтому возникает необходимость адаптировать принципы построения систем АОСЧ и АОСН к новым условиям работы современной энергосистемы, и в первую очередь это обусловлено возрастающим многообразием возможных аварийных ситуаций, сопровождающихся дефицитами активной и реактивной мощности.

Большая часть главы 1 посвящена обзору полного спектра устройств, входящих в системы АОСЧ и АОСН, как отечественного, так и зарубежного исполнения, и выявление их достоинств и недостатков. Сделан вывод о том, что, используя представленные на рынке устройства управления нагрузкой, сложно построить эффективную автоматику.

Это объясняется:

– низкой точностью измерения частоты;

– тем, что разгрузка по частоте и по напряжению выполняются раздельно;

– не учитывается предыдущий режим работы системы, когда в случае совмещения действия устройств АОСЧ и АОСН на отключение нагрузки и их одновременного срабатывания, для более эффективного управления полезно знать информацию об интенсивности изменения одновременно снижающихся частоты и напряжения;

– не учитывается текущее значение мощности отключаемых нагрузок;

– наличие традиционных очередей АЧР I, АЧР II и дополнительной разгрузки приводит к большой сложности в построении разгрузки.

В главе 2 «Разработка комплексного принципа аварийного управления нагрузкой» рассмотрены подходы к усовершенствованию устройств систем АОСЧ и АОСН. При тяжелых авариях, приводящих к большим дефицитам активной мощности, появляется дополнительная опасность возникновения локальных дефицитов реактивной мощности и глубоких снижений напряжения до уровней развития «лавины напряжения». В связи с этим целесообразно совместить в одном устройстве сразу несколько функций: АЧР, ДАР (дополнительная автоматическая разгрузка, отключающая нагрузку при большой скорости снижения частоты), ЧАПВ, АОСН и АПВН. В результате такого совмещения получен качественно новый вид автоматики комплексного аварийного управления нагрузкой (АКАУН).

Для формирования команд управления нагрузкой (не только отключения, но и включения) предлагается использовать обобщенный параметр вида

(1)

где – весовые коэффициенты;– снижение текущей частоты (f) ниже заданной уставки на отключение () относительно номинального значения (Гц); – относительное снижение текущей частоты ниже заданной уставки на включение (); – относительное снижение напряжения (U) ниже заданной уставки на отключение (); – относительное снижение напряжения ниже заданной уставки на включение (); – пределы интегрирования. Значение уставки на отключение меньше уставки на включение (включение отключенного потребителя осуществляется только после восстановления частоты и (или) напряжения в энергосистеме до определённого уровня): .

Использование такого обобщенного параметра для формирования управляющего воздействия позволяет также получить ряд преимуществ по сравнению с традиционными устройствами разгрузки по частоте и напряжению.

Во-первых, использование фактора скорости изменения частоты позволяет существенно ускорить разгрузку энергосистемы в случаях возникновения больших дефицитов активной мощности. По сути, это позволяет «перекрыть» функции ДАР, выполняющей быстродействующее отключение нагрузки по факту фиксации большой скорости снижения частоты, когда допускается подключение одних и тех же потребителей к АЧР и ДАР. Известно, что ДАР может выполняться и без фиксации снижения частоты, когда запуск автоматики осуществляется по факту отключения генерирующих источников, питающих линий, силовых трансформаторов и т.д. с контролем направления и величины перетоков активной мощности в предшествующем режиме. Эти функции ДАР не рассматривались при реализации устройства АКАУН.

Во-вторых, интегрирование частоты по времени предотвращает её «зависание» на недопустимом уровне (выполнение функции АЧР II).

В-третьих, участие в формировании обобщенного параметра воздействия отклонения напряжения и скорости его изменения позволяет ускорить разгрузку в узлах, имеющих наиболее низкие уровни напряжения.

В-четвёртых, учитывая реальный характер изменения частоты, а также используя составляющую, пропорциональную интегралу отклонения частоты после ее повышения выше уставки на включение, автоматика не будет обладать недостатками по задержке на включение потребителей, которые присущи существующим устройствам ЧАПВ с неизменными уставками.

В процессе разработки комплексного подхода к управлению нагрузкой были рассмотрены следующие режимы работы энергосистемы, которые необходимо учитывать при определении требований к устройству автоматики:



Pages:   || 2 | 3 |
 

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.