Подпоріна Анастасія Ігорівна

Електротехнічний факультет

Кафедра Електричних мереж

Спеціальність «Електричних систем і мереж»

Дослідження можливостей використання технології СМПР для керування перехідними режимами електричних систем

Научний керівник: Заболотний Іван Петрович

     Зміст

1. Введення
2. Ідентификація матриці ВВП у режимі реального часу
3. Контроль пропускної здатності мережі і коеффцфентів запасу стійкості
4. Управління для запобігання порушень стійкості з контролем запасів стійкості в режимі реального часу
5. Література

     Розвиток електроенергетичних систем (ЕЕС) супроводжується ускладненням технологічних задач управління режимами. Особливі складнощі викликає вирішення задач реального часу, тобто управління режимами ЕЕС в темпі реального процесу. Управління режимами ЕЕС направлено на забезпечення надійності режимів і живучості системи, яка оцінюється її здатністю протистояти збуренням. Тому управління перехідними режимами, в тому числі і аварійними, завжди було актуальним.
     Технологія управління перехідними режимами ЕЕС постійно розвивається, що зумовлено наявністю невідповідності між вимогами до управління та можливостями використовуваної технології управління. Ускладнення умов функціонування ЕЕС призводить до проблем у вирішенні задачі забезпечення надійності та живучості, а поява нових технологій створює умови для вдосконалення системи управління. Використання сучасних математичних методів і засобів мікропроцесорної техніки дозволило істотно підвищити рівень управління перехідними режимами в цілому, але ефективність вирішення завдань у темпі підвищилася незначно.
     Использование современных математических методов и средств микропроцессорной техники позволило существенно повысить уровень управления переходными режимами в целом, но эффективность решения задач в темпе повысилась незначительно.
     Ефективність управління на основі математичного моделювання визначається не тільки адекватністю математичних моделей елементів і режиму в цілому, не тільки достовірністю вихідної інформації та швидкістю її надходження в систему управління, але і гнучкістю математичної моделі адаптуватися до поточної ситуації і мети управління. Існуюча невизначеність інформації, складності обліку безлічі різних факторів в реальній енергосистемі визначали необхідність енергетиків страхуватися і передбачати додаткові запаси при налаштуванні порогів спрацьовування систем протиаварійної автоматики, що врешті&ndasg;решт веде до недовикористання первинного обладнання, що суперечить вимогам ефективності управління в умовах ринкових відносин в електроенергетиці.
     В останні роки в ЕЕС інтенсивно впроваджуються технологія гнучких ліній електропередач та технологія моніторингу перехідних процесів - Wide Area Measurement Systems (СМПР – WAMS). СМПР реалізує технологію векторного вимірювання параметрів режиму ЕЕС з високою точністю і з забезпеченням синхронізації вимірювань, що є однією з пріоритетних технологій розвитку найбільших енергосистем світу. У ряді робіт відзначаються перспективні напрямки використання СМПР. Одним з напрямків використання є забезпечення якісно нового рівня моделювання за рахунок верифікації і корекції моделей на основі поточного режиму та використання даних про протікання перехідних режимів в енергосистемі в методах розпізнавання еталонів режимів.
     В ряде работ отмечаются перспективные направления использования СМПР. Одним из направлений использования является обеспечение качественно нового уровня моделирования за счет верификации и коррекции моделей на основе текущего режима и использования данных о протекании переходных режимов в энергосистеме в методах распознавания эталонов режимов.      

Актуальність теми:

     Поява і розвиток технології СМПР було зумовлене кількома чинниками:

• ускладненням топології і структури електроенергетичних систем, що призводить до ускладнення динамічних процесів, що відбуваються в них при технологічних порушеннях;

• підвищенням кількості та збільшенням тяжкості великих системних аварій. Для розробки заходів щодо їх запобігання та відновлення систем після аварій необхідний глибокий аналіз причин, які породили ці аварії і характеру їх протікання, що неможливо без детального аналізу динамічної поведінки системи;

• поява та широке впровадження технології глобального позиціонування об'єктів (Global Positioning System, GPS), яка дозволила синхронізувати вимірювання і отримати такий важливий для динамічного аналізу параметр, як взаємний кут напруги, яку не вдавалося отримати за допомогою існуючих систем інформаційного забезпечення

     Завдяки синхронності вимірювань в СМПР з'являється можливість контролювати параметри, що характеризують взаємне рух синхронних машин під час динамічного переходу: взаємні кути між векторами електрорушійних сил (ЕРС) генераторів, взаємні ковзання, прискорення, синхронізує потужність. Зазначені параметри мають найбільшу інформативністю з точки зору оцінки запасів стійкості та реалізації протиаварійного управління в енергосистемах.
     Нові можливості управління стійкістю виникають при ідентифікації в режимі реального часу на основі цих параметрів матриці власних і взаємних провідностей (ВВП) генераторів, пов'язаних електричною мережею, як моделі управління стійкістю режиму.
     Цими факторами визначається актуальність теми цієї роботи, в якій досліджується доцільність і принципова реалізація такого управління в енергосистемах на прикладі системи «станція — шини нескінченної потужності».



Рис. 1 — Схема моделируемой ЭЭС

     

Мета роботи: дослідження можливостей використання технології СМПР для управління перехідними режимами.      

Основні завдання досліджень:

• проаналізувати методики використання СМПР для ідентифікації моделі управління енергосистемою;

• оцінити ефективність визначення матриці власних і взаємних провідностей генератора на основі СМПР.

     

Об'єкт досліджень: електроенергетична система в умовах електромеханічних перехідних режимів.      

Предмет досліджень: застосування векторного представлення електричних величин у перехідних режимах електроенергетичних систем.      

Методика і методи досліджень: У роботі використовуються методи чисельного рішення нелінійних алгебраїчних і диференціальних рівнянь для розрахунків усталених і перехідних режимів роботи електричних систем, методи моделювання перехідних процесів, діючі методики аналізу режимів ЕЕС. Моделювання режимів роботи ЕЕС виконувалося чисельними методами з використанням математичного пакета програм Mathcad.      

Наукова новизна:
     Наукова новизна полягає в удосконаленні математичних моделей синхронних генераторів і електричних станцій в цілому, розробки методів їх використання для визначення матриць власних і взаємних провідностей.      

Огляд досліджень і розробок по темі
     СМПР являє собою комплекс реєструючих приладів, каналів передачі інформації між реєстраторами, концентраторами даних і центрами управління, а також засобів обробки отриманої інформації. Реєстратори встановлюються у великих енерговузлах, на міжсистемних зв'язках, на електростанціях вторинного регулювання.

     1 ІДЕНТИФІКАЦІЯ МАТРИЦІ СВП В РЕЖИМІ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ
     Контроль параметрів перехідного процесу за допомогою СМПР дозволяє виконати ідентифікацію моделі управління енергосистемою в режимі реального часу. Задача ідентифікації моделі управління передбачає визначення матриці ВВП, рішення якої можна розглянути на прикладі найпростішої схеми «генератор з власної навантаженням – ШНП» (рис. 2). До основних вимірюваних параметрів відносяться модулі і кути напруг по кінцях контрольованої електропередачі, активна і реактивна потужності у вузлі генерації.



Рисунок 2 — Еквівалентна схема заміщення

     Визначення СВП засноване на використанні відомих виразів, в яких активна і реактивна потужності лінійно залежать від ВВП:



     где: q_1C,b_1C, – активна і реактивна взаємні провідності,
             q₁₁, b₁₁, – активна і реактивна власні провідності. Власні і взаємні провідності зв'язані співвідношеннями: q₁₁=q₁+q_1C; b₁₁=b₁+b_1C.

     Доповнивши рівняння (1) рівняннями для похідних:



     отримуємо систему лінійних рівнянь, рішення якої при допущенні сталості перехідною ЕРС дає матрицю ВВП.
     Оскільки похідні  активної та реактивної потужності за взаємним кутом наближено можуть бути визначені за збільшенням потужності та кута (в сталих режимах при нерегулярних коливаннях навантаження і роторів генераторів, в перехідних режимах – у процесах їх протікання):



     Блок–схема алгоритму ідентифікації матриці ВВП представлена на рис. 3.



Рис. 3 — Блок – схема алгоритма идентификации матрицы СВП

     2 КОНТРОЛЬ ПРОПУСКНОЇ ЗДАТНОСТІ МЕРЕЖІ І КОЕФІЦІЄНТІВ ЗАПАСУ СТІЙКОСТІ

     Матриця ВВП дозволяє використовувати кутові характеристики потужності для визначення меж переданих потужностей за контрольованими перетинами, запасів статичної та динамічної стійкості для генераторів у режимі реального часу.
     Оцінка динамічної стійкості та її запасу може бути виконана за енергетичним критерієм по відношенню до взаємного руху роторів.
     Для найпростішої системи «станція – ШНП» кінетична енергія, збережена еквівалентним генератором у відносному русі, може бути визначена як:



     де: T_j — постійна механічної інерції агрегату,
            P_ном — номінальна потужність генератора, МВт,
            s — ковзання ротора генератора, в.о., яке можна обчислити приблизно, якщо перейти від диференціалів до приросту.



     Максимально можливу енергію гальмування, необхідну для оцінки динамічної стійкості та її запасу, можна отримати шляхом інтегрування кутовий характеристики потужності, отриманої за знайденим значенням матриці ВВП:



     де:  P_Г(δ) – електрична потужність генератора, МВт;
            P_Т(δ) – потужність турбіни, МВт.

     У загальному випадку потужність регульованою турбіни не може бути представлена залежністю P_Т(δ). У цьому випадку визначення енергії гальмування пов'язано з певними труднощами, з огляду на нелінійний характер зміни потужності турбіни в часі і, відповідно, в координатах потужності і взаємного кута.
     Аналітичне рішення цього завдання може бути отримано, якщо виконати апроксимацію кривої P_Т(δ) поліномом. Ступінь апроксимуючого полінома буде залежати від швидкості зміни потужності турбіни, про яку можна судити за експериментально знятим моментно-імпульсним характеристикам турбіни.

     3 УПРАВЛІННЯ ДЛЯ ЗАПОБІГАННЯ ПОРУШЕНЬ СТІЙКОСТІ З КОНТРОЛЕМ ЗАПАСІВ СТІЙКОСТІ В РЕЖИМІ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ

     Стосовно до завдання управління ІРТ ідентифікація матриці ВВП в післяаварійному режимі дозволяє:

• виконати оцінку достатності глибини ІРТ для забезпечення динамічної стійкості електропередачі;

• прийняти рішення про необхідність більш глибокої РТ або відключення частини генераторів, якщо запас по динамічній стійкості недостатній;

• визначити рівень відновлення потужності турбіни за умовою 8%-го запасу статичної стійкості в післяаварійному режимі.

     У ряді робіт використовуються найпростіші схеми електроенергетичних систем в умовах електромеханічних перехідних режимів. У моїй роботі передбачається оцінити ефективність методів на більш складних схемах, використовуючи програму Power Factory.      

Примітка
     При написанні даного автореферату магістерська робота не була завершена. Остаточне завершення: грудень 2011. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.


Литература
1. Тундаева Д.В. Применение системы мониторинга переходных режимов для идентификации модели управления энергосистемой // Наука. Технологии. Инновации: Матералы всероссийской научной конференции молодых ученых. — Новосибирск: Изд–во НГТУ, 2007. Ч.3. С. 254–256.
2. Аюев Б.И., Куликов Ю.А. Перспективные направления использования системы мониторинга переходных процессов ЕЭС/ОЭС // Труды международной конференции «Релейная защита и авоматика энергосистем». — Чебоксары, 9–13 сентября 2007.
3. Касобов Л. С. Моделирование и учет ограничений по устойчивости для энергосистемы Таджикистана / Л. С. Касобов, науч. рук. А. Г. Фишов // Наука. Технологии. Инновации: Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7–ми частях. Новосибирск: Изд–во НГТУ, 2008. – Ч.3. С. 165–167.
4. Б.С. Стогній, О.В. Кириленко, О.Ф. Буткевич, М.Ф. Сопель. Організація моніторингу режимів енергооб’єднання України та нові можливості розв’язання задач диспетчерського керування. Журнал «Наука та інновації» №6,2009.
5. Аюев Б.И., Ерохин П.М., Куликов Ю.А. Система мониторинга переходных режимов ЕЭС/ОЭС // Технологии управления рее жимами энергосистем XXI века: Сб. докл. Всеросс. Научнопракт. конф. / Под ред. А.Г. Фишова. — Новосибирск: Изддво НГТУ, 2006. — С. 83–92 с.
6. Журавлев Д.М. Исследование и разработка применения векторного представления электрических величин в переходных режимах электроэнергетических систем. Автореферат. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.dissercat.com/content/issledovanie-i-razrabotka-primeneniya-vektornogo-predstavleniya-elektricheskikh-velichin-v-p
7. Касобов Л.С. Оценка технической и єкономической єффективности управления режимами ЄЄС для предотвращения нарушений устойчивости. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://elib.altstu.ru/elib/books/Files/pa2009_2/pdf/056kasobov.pdf