РЕФЕРАТ ЗА ТЕМОЮ ВИПУСКНОЇ РОБОТИ
Зміст
1. Вступ
3. Зв'язок роботи з науковими темами, планами, програмами
4. Мета роботи
5. Ідея роботи
6. Основні задачі розробок і досліджень
7. Предмет розробок та досліджень
8. Об'єкт розробок і досліджень
9. Методика і методи досліджень
10. Наукова новизна
11. Практичне значення очікуваних результатів
12. Огляд досліджень і розробок по темі
14. Висновки
15. Список використаної літератури
Вступ
Однією з основ функціонування економіки і життєздатності населення в будь-якій країні світу є електроенергетика.
Сучасна електроенергетика пострадянських країн знаходиться в стані фундаментальних перетворень, що пов'язані зі зміною форм господарської власності, розвитком технологій, розвитком процесу глобалізації та участю в них держави як суб'єкта світової економіки. Таким чином електроенергетичні системи є складними динамічними системами з глибокими взаємними зв'язками [1].
Електроенергетика цих країн вимагає реформування, це забезпечить енергетичну безпеку країни, запобіжить можливості розвитку енергетичної кризи в майбутньому, а також підвищить конкурентоспроможність економіки. У ході процесу реструктуризації електроенергетики істотно змінюються умови розвитку галузі, принципи і методи організації системи управління її розвитком, роль держави в даному процесі.
Поява енергоринку та структурна перебудова призвели до ситуації, коли організаційна структура електроенергетичних систем не збігається з технологічною структурою і структурою системи управління режимами.
Ринкові умови вносять додаткові фактори невизначеності при плануванні розвитку та експлуатації електричних мереж, оскільки ринок електроенергії, власне, як і світова економіка, в цілому важко передбачуваний.
Численні суб'єкти ринку електроенергії будують свої взаємовідносини на ринкових принципах, що не збігається з вимогами забезпечення системної надійності. Однак ринок електроенергії необхідний для підвищення конкуренції між структурними підрозділами генерації, передачі і розподілу електроенергії. Це викликає уповільнення зростання собівартості електроенергії, що позитивно позначиться на економічному розвитку країни в цілому.
Обмеження споживачів, що підключаються до електричних мереж та об'єктивні причини перерв електропостачання (у тому числі і системні відключення) призводять до зниження ефективності ринкових відносин, тобто зниження надійності електропостачання, оскільки збільшується ризик невиконання договорів, що укладаються між суб'єктами енергоринку. При цьому не тільки погіршуються економічні показники, але й зростає ризик розвитку складних системних аварійних ситуацій.
Це є складною для вирішення задачею. Вирішення проблеми з одного боку лежить в області розробки прозорої ринкової процедури урегулювання таких збитків, з іншого боку в області поліпшення умов стійкості та недопущення появи аварійних режимів, пов'язаних з її порушенням.
В умовах відкритого доступу до електричних мереж для впливу на цінову політику суб'єктів енергоринку необхідно приймати до уваги системні обмеження і неминучі технічні втрати, пов'язані з передачею електроенергії кінцевому споживачеві.
Ускладнення технологічних процесів у споживачів й стрімкий розвиток безперервних технологій виробництва зумовлює необхідність розвитку положень ПУЕ та розробку методів і пристроїв для забезпечення надійності електропостачання споживачів 1ої групи надійності за енергоспоживанням.
Також постійно зростає обсяг споживання електричної енергії, це призводить до необхідності витіснення традиційних підсистем генерації. Сильна залежність вартості електроенергії від світових цін на енергоресурси (а також екологічні вимоги) стає стимулом для розвитку нетрадиційних джерел електричної енергії в ЄС. Стратегія розвитку електроенергетики країн ЄС передбачає збільшення частки нетрадиційних джерел з нинішніх 7% до 20% до 2020 року [2]. Основу нетрадиційної генерації в ЄС становлять вітрові установки і сонячна генерація. Інтеграція в енергосистему такої частки нетрадиційних джерел через їх різко-змінний графік видачі потужності, є досить складним технічним завданням, для вирішення якого потрібна розвинена інфраструктура електричних мереж. При цьому в майбутньому планується використовувати електричні мережі як систему технологічного зв'язку рознесених географічно нетрадиційних джерел та накопичувачів електроенергії, необхідних для ефективного використання потужностей перших в майбутньому. В якості останніх маються на увазі ГАЕС та пневматичні накопичувачі.
Нетрадиційні джерела електроенергії досить помітно впливають на режими електроенергетичних мереж та їх розвиток. Відбуваються зміни «звичних» перетоків потужності. У деяких регіонах історично сформовані напрямки потоків потужності можуть змінюватися на протилежні [3]. Концентрація ВЕС у різних регіонах неминуче призведе до збільшення транзиту потужності.
Актуальнiсть теми
Розподіл потоків потужності по лініях електропередачі підпорядковується фізичним законам і не повною мірою керований. При цьому різке і найчастіше випадкове збільшення генерованої потужності призводить до непередбачуваних і незапланованих перетоків потужностей в межах енергосистеми [4].
Разом з тим існують нові технології, що дозволяють створювати системи управління, що відповідають цим умовам і новим завданням управління.
Різноманіття можливих параметрів і режимів, навіть в окремо взятій енергосистемі, створює значні перешкоди на шляху до розробки оптимальних засобів забезпечення стійкості. Тому комплекс задач, пов'язаних з обґрунтуванням розвитку електричних систем та управління їх режимами розпадається на декілька напрямків для досліджень:
- Розвиток структури електроенергетичних систем, створення інтелектуальних енергосистем (Smart Grid);
- Розвиток систем управління, включаючи традиційну енергетику;
- Поява нетрадиційних пристроїв управління режимами, таких як FACTS, накопичувачі енергії, реєстратори аварійних ситуацій, системи системного моніторингу.
Для вирішення задач управління і захисту в сучасних електроенергетичних системах широко використовуються мікроелектроніка, комп'ютерна техніка і високошвидкісні канали зв'язку. Однак швидкодія силових керуючих схем у сучасних ЕЕС обмежена інерційністю механічних перемикачів. Бурхливий розвиток силової електроніки призвело до створення швидкодіючих тиристорно-керованих пристроїв, а на їх основі - технології керованих гнучких електропередач змінного струму або Flexible AC Transmission Systems (FACTS). В даний час промисловістю освоєно випуск тиристорів на напругу 4—6 кВ і струми до 1—3 кА. Це дозволяє створити нові зразки пристроїв, які можуть застосовуватися для вирішення поставлених завдань.
Основне завдання технології FACTS полягає в забезпеченні науково-технічного прориву в електроенергетиці з метою поліпшення управління потоками потужності в мережі як в усталених, так і в перехідних режимах ЕЕС. Технологія FACTS відкриває нові можливості для керування потоками потужності. Ці можливості виникають завдяки здатності виконавчих пристроїв технології FACTS управляти взаємопов'язаними параметрами, що визначають функціонування електропередач, включаючи реактивний опір, струм, напругу, кути фазових зрушень у вузлах мережі, загасання коливань на різних частотах і т.д.
Пристрої FACTS дозволяють:
- Забезпечувати пропускну здатність електропередач до допустимої теплової межі по нагріванню проводів ліній електропередач;
- Забезпечити примусовий розподіл потужності в складній неоднорідній мережі відповідно до вимог диспетчера;
- Підвищити стійкість системи.
Рисунок 1 — Вплив кута δ на стійкість передачі
Ці технології можуть змінити характер ділових операцій на енергоринку через появу можливості високошвидкісного управління потоками електроенергії. Завдяки безлічі притаманних їй достоїнств технологія FACTS свідомо підтримується виробниками електрообладнання та систем енергопостачання та науково-дослідними організаціями в усьому світі.
Застосування FACTS є одним з найбільш ефективних на сьогоднішній день засобів для вирішення питань забезпечення стійкості роботи енергосистем [5]. Застосування швидкодіючих регуляторів FACTS знижує, або повністю усуває потребу у здійсненні екстрених заходів по забезпеченню стійкості, таких як, відключення генераторів, поділ системи, обмеження навантаження, зниження напруги і частоти. Однак, застосування FACTS тільки з цією метою, очевидно, є економічно невиправданим через високу вартість. Найбільший час роботи енергосистеми — це усталені режими, отже, доцільність встановлення FACTS певної потужності в певному місці повинна розглядатися за умовами роботи в сталих режимах. Можливість застосування вже встановленого пристроя для поліпшення стійкості вивчається додатково. Такий підхід переводить заходи, пов'язані з використанням FACTS для поліпшення умов стійкості, з класу капіталомістких в клас не капіталомістких [6].
Найбільш перспективними вважаються наступні 3 типи пристроїв FACTS:
- Пристрій поперечної компенсації (STATCOM);
- Тиристорного-керований пристрій поздовжньої компенсації (SVT);
- Об'єднаний регулятор потоків потужності (ОРПМ).
Зв'язок роботы з науковими темами, планами та програмами
Тема роботи є одним із напрямків наукових робіт, що проводяться на кафедрі електричних систем університету.
Основна мета і задачі розробок та досліджень
Мета роботи
Мета роботи полягає у дослідженні ефективності застосування технології ГЛЕП в енергосистемах.
Ідея роботи
Ідея роботи полягає у дослідженні ефективності використання пристроїв технології FACTS при впровадженні в існуючі енергосистеми.
Основні завдання розробок і досліджень
Для досягнення мети в процесі проведення досліджень будуть вирішені задачі:
- координація традиційних і нових пристроїв у системі протиаварійного управління;
- узагальнення методів виявлення необхідності та місця встановлення пристроїв керування з урахуванням неоднорідності мережі та чутливості до збурень;
- дослідження взаємного впливу пристроїв FACTS, їх вплив на роботу
існуючих пристроїв захисту і управління конкретної електричної мережі.
Предмет розробок та досліджень
Предмет дослідження в цій роботі — пристрої технології FACTS.
Об'єкт розробок і досліджень
Об'єктом дослідження в даній роботі виступають режими роботи електричної системи.
Методика і методи досліджень
Для вирішення поставлених завдань використовувалися методи математичного моделювання, чисельного рішення нелінійних алгебраїчних і диференціальних рівнянь для розрахунків усталених і перехідних режимів роботи електричних систем.
Наукова новизна
Наукова новизна даної роботи полягає у використанні вдосконаленої моделі пристроїв технології FACTS при їх моделюванні. При проведенні досліджень для управління пристроями FACTS буде використана поточна інформація, що отримується від пристроїв систем моніторингу перехідних процесів (PMU).
Практичне значення очікуваних результатів
При виконанні роботи планується отримати результати оцінки взаємного впливу пристроїв FACTS в енергосистемі та рекомендації до впровадження в існуючі мережі.
Огляд досліджень і розробок по темі
За кордоном, в країнах Європи і США технологія FACTS вже знайшла широке застосування в енергетичних системах, тому там є досить великий досвід експлуатації гнучких ліній електропередач. В останні роки в Росії теж почалося впровадження пристроїв ГЛЕП в промислові мережі, однак це явище має локальний характер. В Україні процес введення в роботу пристроїв FACTS тільки почався.
На кафедрі електричних систем донецького національного технічного університету виконані деякі магістерські роботи.
Робота Півня К. С. «Розробка програмного забезпечення для автоматизації управління потокорозподілу в замкнутих електричних мережах на основі крос-технологій», в якій представлені основні моменти з регулювання потоків потужності на основі крос-трансформаторів, а також розглянуті основні пристрої, що відносяться до категорії FACTS.
Робота Маслова С. І. «Удосконалення підсистеми модельної підтримки прийняття рішень персоналом електроенергетичних об'єктів». У роботі представлений алгоритм визначення місця встановлення пристроїв FACTS, а також була змодельована модель ЕЕС в MathCAD на основі багатополюсників.
Робота Байдак О. Я. «Дослідження методів управління перетіканнями потужності між мережами різної номінальної напруги». У роботі представлений алгоритм для виявлення ступеня неоднорідності ЕЕС і його програмна реалізація, а також сформовані рекомендації до встановлення пристроїв FACTS в електричній системі.
Значна кількість робіт з розгляду проблем використання FACTS виконується вченими зарубіжних країн. Можна відзначити наявні розбіжності у підходах з регулювання потоків потужності в ЛЕП різного класу номінального напруги в Росії та країнах Європи, США, Азії.
У роботах співробітників Вінницького національного технічного університету професори Лежнюк П.Д., доцента Кулика В.В. та інших розроблені методи виявлення неоднорідності ЕЕС та усунення наслідків [7].
У роботах Інституту електродинаміки НАН України Буткевича А.Ф. розглядається застосування ГЛЕП для вирішення питань збільшення пропускної здатності слабких перерізів енергосистем та забезпечення стійкості [8].
Основний зміст роботи
У вступі магістерської роботи сформульовано науково-технічне завдання і наведено обґрунтування актуальності досліджуваного питання. Визначено мету і завдання досліджень, викладена наукова новизна і можливе практичне значення отриманих результатів. Також представлена загальна характеристика роботи.
У першому розділі викладена характеристика проблеми управління режимами електричних систем в сучасних умовах та визначено її склад. Показано, що для усунення невідповідностей між економічними відносинами і надійністю режимів роботи електричних систем необхідне удосконалення методів управління.
У другому розділі розглянута класифікація пристроїв FACTS, а також наведені схеми заміщення основних пристроїв.
Статичні керовані джерела реактивної потужності, призначені для стабілізації напруги у вузлах електричної мережі можуть бути двох видів.
До першого з них відносяться пристрої, засновані на використанні керованих реакторів і конденсаторних батарей (рис. 2). При паралельному їх включенні потужність всього пристрою дорівнює алгебраїчній сумі потужностей реактора і конденсаторної батареї.
Управління потужністю реактора може здійснюватися плавно за допомогою керованого тиристорного ключа (рис. 3).
Рисунок 3 — Управління потужністю реактора за допомогою тиристорного ключа
Регулювання потужності конденсаторної батареї може здійснюватися тільки східчасто, на відміну від плавної зміни потужності реактора. Для цього батарея повинна бути розділена на кілька секцій (3—4) різної потужності, і кожна з цих секцій включається в роботу з допомогою тиристорного ключа (рис. 4).
Рисунок 4 —Регулювання потужності конденсаторної батареї за допомогою тиристорних ключів
До іншого виду статичних джерел реактивної потужності, призначених для стабілізації напруги в мережі, можуть бути віднесені тиристорні перетворювачі, здатні генерувати і споживати реактивну потужність (рис. 5).
Рисунок 5 — Автономний інвертор напруги: 1-6 — повністю керовані тиристори; 1'-6' — некеровані діоди
Перехід інвертора з одного режиму в іншій, а також зміна генерації або споживання реактивної потужності здійснюється шляхом зміни моменту подачі керуючих імпульсів на тиристори. Якщо цей інвертор приєднаний до шин, на які включена лінія, через паралельний трансформатор (рис. 5а), то іноді він називається паралельним регулятором потоків потужності або статичним конденсатором (СТАТКОН). При роботі інвертора в його струмі й напрузі на стороні змінного струму містяться вищі гармоніки. Для усунення їх шкідливого впливу на систему використовують трансформатори з різними схемами з'єднання обмоток, а також фільтри струмів вищих гармонік.
Рисунок 6 — Можливі способи включення автономного інвертора напруги в мережу:
а — паралельний регулятор потоків потужності СТАТКОН; б — послідовний регулятор потоків потужності; в — універсальний регулятор потоків потужності.
Другий тип пристроїв, що дозволяють змінювати опір лінії, може бути отриманий, якщо інвертор напруги, розглянутий вище, або будь-яке інше регульоване джерело реактивної потужності підключити до лінії через трансформатор, первинна обмотка якого включена в лінію послідовно (рис. 6б). При цьому в лінію буде вводитися регульована напруга ΔUк. Ця напруга буде зрушено відносно струму лінії на ± 90 ел. град., що еквівалентно включенню ємності («-») або індуктивності («+»). При зміні величини ΔUк буде змінюватися загальний опір лінії, що, у свою чергу, буде збільшувати або зменшувати її пропускну здатність. Ця зміна буде регульованою в залежності від режиму системи. Введення в лінію додаткової індуктивності може виявитися корисним у режимах малих навантажень для компенсації надлишкової зарядної потужності лінії. Такий регулятор отримав назву послідовний регулятор потоків потужності (ПРПП).
Ще один тип пристроїв, що дозволяє здійснювати комбінований вплив на лінію, складається з двох інверторів (паралельного И1 і послідовного И2), полюси яких з'єднані зв'язком постійного струму з загальним конденсатором (рис. 6в). Наявність зв'язку між інверторами дозволяє їм обмінюватися між собою і з лінією активною потужністю. Такий регулятор отримав назву універсального регулятора потоків потужності (УРПП).
Третій розділ роботи пов'язаний з аналізом застосування технології гнучких ліній електропередач в ЕЕС.
На основі аналізу ряду робіт [9,10] можна зробити висновок не тільки про ефективність використання пристроїв FACTS для управління режимами ЕЕС, а й про низку проблем, що виникають при використанні. Ефективність роботи FACTS залежить від вибору типу і реалізованому закону управління, місця встановлення пристрою в системі, урахування взаємного впливу пристроїв різного типу один на одного і на пристрої РЗА [11].
Аналіз дозволяє відзначити необхідність вирішення наступних науково-технічних завдань:
- координації традиційних і нових пристроїв у системі протиаварійного управління;
- використання для управління пристроями FACTS поточної інформації від пристроїв системи моніторингу перехідних процесів (PMU);
- узагальнення методів виявлення необхідності і місця встановлення пристроїв керування з урахуванням неоднорідності мережі та чутливості до збурень;
- дослідження взаємного впливу пристроїв FACTS, їх впливу на роботу існуючих пристроїв захисту і управління конкретної електричної мережі.
У четвертому розділі роботи виконано аналіз програмного забезпечення, яке може бути основою для проведення досліджень. При аналізі використовувалися критерії:
- рівень адекватності моделей елементів;
- технологія програмування (адаптація моделі ЕЕС під поточний стан та мету дослідження, наявність пристроїв управління, методи формування і рішення систем рівнянь, відкритість системи - можливість використання макросів, можливості інтерфейсу користувача);
- реалізація в програмі моделей сучасних і перспективних пристроїв управління і захисту.
З метою скорочення розміру моделі запропоновано оцінювати ефективність застосування FACTS для типового фрагменту ЕЕС. Показано, що більша частина завдань може бути вирішена на основі замкнутої електричної мережі з ЛЕП декількох класів номінальних напруг, з автотрансформаторами зв'язку напругою 330—110 кВ або 220—110 кВ. При цьому електрична мережа містить різну кількість підстанцій. Джерела живлення являють собою елементи, що містять задану користувачем структуру (кількість генераторів, типи зв'язку між ОРУ, пристрої керування).
Дослідження ефективності пристроїв ТУПК, СТАТКОМ, ОРПМ виконувалося з допомогою розробленої програми у середовищі Matlab на основі моделей, наведених у розділі FACTS бібліотеки Power System.
В якості збурень розглядалися різні види коротких замикань і варіанти послідовних переходів одного виду замикання в інший. Також варіювавсся час відключення короткого замикання.
Висновки
На основі отриманих в результаті виконання досліджень результатів можна буде сформувати рекомендації до впровадження пристроїв гнучких ліній в існуючі енергосистеми, оцінити ефективність установки цих пристроїв і враховувати їх взаємний вплив у пов'язаній енергосистемі.
Список використаної літератури
12. Л. Я. Теличко, Р. В. Батраков Регулирование потоков мощности по линиям электропередач с применением управляемой продольной компенсации — [Электронный ресурс] — режим доступа: http://www.v-itc.ru/electrotech/2008/03/pdf/2008-03-03.pdf
На момент написання реферату робота не завершена. Остаточні результати роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2011.
© Магістр ДонНТУ 2011 Мікулін І.В. Всі права захищено