ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В последние годы нестабильность напряжения крупных электроэнергетических систем мира привела к ряду дорогостоящих отключений подачи электроэнергии. Аварии в Европе, Америке и Азии - во Франции в 1978 году, в Бельгии в 1982, в Швеции в 1983 и 2003, в западной Франции в 1987, в Токио в 1987,в Сан-Паулу в 1997, в Греции в 2004, в северной части штата Огайо, Мичигане, Нью-Йорке и Онтарио в августе 2003 года, в Москве, московской и калужской областях в мае 2005 года… Практически все аварии и отключения подачи электроэнергии были обусловлены нарушением энергетического баланса, как по активной, так и реактивной мощности, в большей мере ответственной за стабильность напряжения на разделе сетей общего пользования и распределительных сетей потребителей электроэнергии. Именно повышенная плотность перетоков реактивной мощности в распределительных сетях вызывает наиболее негативное в плане последствий понижение напряжения во время тяжелых условий нагрузки (в очень жаркую или очень холодную погоду), что зачастую приводит к коллапсу напряжения — аномально низкому или нулевому сетевому напряжению [1].

Бурштынська ТЭС для Украины является «окном в Европу», так как уже сегодня работает в европейской энергосистеме. Поэтому то, как развивается предприятие, важно не только для компании ДТЭК, в состав которой она входит, но и для всей энергетической отрасли страны. Кроме того, работа на европейском энергорынке требует от Бурштынской ТЭС высокой конкурентоспособности и выполнения целого ряда экологических требований [2].

В связи с этим существует необходимость исследовать способы регулирования реактивной мощности в районе Бурштынской ТЭС Западной энергосистемы, так как важность ее стабильной работы сложно переоценить.

1. Актуальность темы

Наиболее актуальной проблемой сетей электроснабжения сегодня стало увеличение потребления реактивной мощности на фоне чрезвычайной сложности ее передачи от электростанций потребителям. В этой связи исключительно важным становится проведение мероприятий по компенсации реактивной мощности у самих потребителей электроэнергии, что позволит сохранить общий баланс мощности в системе и обеспечить устойчивость сетевого напряжения [1]. На данный момент существует ряд способов управления реактивной мощностью. На перетоки реактивной мощности можно воздействовать:

- загрузив по реактивной мощности до допустимого максимума станции, при необходимости включить дополнительные генераторы из резерва на станциях;

- оптимизировав по напряжению режим работы сети путем изменения уставок автоматических регуляторов на автотрансформаторах;

- установив источники реактивной мощности у потребителей [3].

Кроме того, существуют принципиально новые способы мониторинга режимов энергосистем, к ним относится и нижеописанный: в режиме реального времени должна вестись оценка состояния режимов энергосистемы, оптимизация режимов по реактивной мощности и напряжению с использованием PMU [4].

Магистерская работа посвящена исследованию этих способов в рамках части реальной энергосистемы в районе Бурштынской ТЭС, целесообразности их применения, моделированию ситуаций приводящих к перераспределению реактивных мощностей.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель магистерской работы – это разработка математической модели части энергосистемы в районе Бурштынской ТЭС для исследования различных способов регулирования реактивной мощности

Основные задачи исследования:

  1. Проанализировать существующую сеть энергоснабжения района(основные ЛЭП).
  2. Определить электрические нагрузки потребителей и составить схему замещения сети
  3. Выбор оптимальных режимов работы ЭС и линий
  4. Составить баланс реактивной мощности и определить способы ее регулирования

На базе данных о Бурштынской ТЭС, для составления математической модели и оценки практических результатов будет использоваться пакет Power Factory, для составления схемы замещения – пакет AutoCAD.

3. Обзор исследований и разработок

Сама по себе, магистерская работа имеет прикладной характер и для более четкого понимания того, с чем мы будем бороться – необходимо уяснить, какова природа реактивной мощности (рис. 1).

Диаграмма состояний автомата Мура

Рисунок 1 – Символическое объяснение реактивной мощности

Для более доступного понимания реактивной мощности часто используют физические аналогии, в той или иной мере объясняющие природу реактивной мощности. Наиболее популярная аналогия – наполнение бака душа на улице водой вручную. Здесь поднимающийся по лестнице с полным ведром воды человек выполняет полезную работу (активная мощность), в то время, как спуск на землю с пустым ведром остается неизбежной, хотя и условно «бесполезной» процедурой (реактивная мощность). Более полная физическая аналогия полной, активной и реактивной мощности – бокал с пивом, где реактивная мощность выступает в роли пены, неизбежно сопутствующей разливу, в определенной степени характеризующей качество налитого продукта, снижающей количество самого пива (активная мощность) при увеличении своего объема в бокале (полная мощность).

Передача электрической энергии от генераторов к потребителям является сложным физическим процессом. Реактивная мощность не выполняет полезной работы и лишь определяет скорость преобразования электрической энергии в энергию магнитного поля и обратно, т.е. скорость обмена энергией между генератором и магнитным полем приемника электроэнергии. Выработка реактивной мощности не требует непосредственного расхода топлива, но ее передача по сети вызывает затраты активной энергии  в виде потерь электрической энергии и дополнительно загружает элементы электрической сети, снижая их общую пропускную способность [5].

Активная мощность вырабатывается генераторами электростанций и определяется током частоты 50-60 Гц, находящимся в одной фазе с напряжением. Реактивная мощность расходуется на образование электрических и магнитных полей в линии электропередачи, трансформаторах, двигателях, конденсаторах и другом оборудовании, вырабатывается синхронными генераторами совместно с активной мощностью и увеличение/уменьшение потребления реактивной мощности при номинальной полной мощности генератора влечет за собой обратное уменьшение/увеличение доли активной мощности.

Компенсация реактивной мощности становится возможной благодаря тому, что ток в потребляющем реактивную мощность индуктивном оборудовании (асинхронные двигатели, трансформаторы, электропечные установки, вентильные преобразователи и т.д.) отстает от напряжения по фазе, в то время, как конденсаторные установки (КРМ, УКРМ), синхронные двигатели отличаются токами, опережающими напряжение по фазе. Емкостные токи в конденсаторных установках и реактивная мощность, создающая электрическое поле в конденсаторных батареях противоположны по направлению индуктивным токам и реактивной мощности, создающей магнитные поля в обмотках трансформаторов, двигателей и т.д. В результате реактивная мощность емкости нивелирует реактивную мощность намагничивания и сеть разгружается от перетоков реактивной мощности, что повышает ее пропускную способность и стабилизирует сетевое напряжение [1].

Увеличение выдачи реактивной мощности генератором с целью доставки ее потребителю нецелесообразно, это наглядно демонстрирует рис. 2:

Диаграмма состояний автомата Мура

Рисунок 2 – Последствия повышенного перетока реактивной мощности

Наиболее эффективным способом сокращения потерь в электрических сетях является компенсация реактивной мощности у потребителей.

Наиболее целесообразна система распределенной компенсации реактивной мощности в точках преобразования энергии, включая объекты потребления электроэнергии. Выбор и размещение устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях производятся исходя из необходимости обеспечения требуемой пропускной способности сети в нормальных и послеаварийных режимах при поддержании необходимых уровней напряжения и запасов устойчивости нагрузки потребителей. Уменьшение потерь активной электроэнергии, обусловленных перетоками реактивных мощностей, является реальной эксплуатационной технологией снижения потерь в электрических сетях и технологией повышения эффективности использования электроэнергии (мощности) у потребителей. Экономические интересы как сетевых предприятий, так и предприятий-потребителей в настоящее время требует особого внимания к компенсации реактивной мощности посредством компенсирующих устройств. Это и надежность электроснабжения потребителей, и надежность электрических сетей и энергосистем. Компенсация реактивной мощности – одно из наиболее доступных, эффективных и простых способов снижения потерь электроэнергии как для потребителя, так и для электросетевой компании, а также снижения себестоимости выпускаемой потребителями продукции.

 При этом установка устройств компенсации реактивной мощности непосредственно у потребителя улучшает техникоэкономические  показатели системы электроснабжения, так как при этом уменьшаются потоки реактивной мощности во всех элементах сети от источников питания до потребителей. Это, в свою очередь, приводит к снижению потерь электроэнергии и, следовательно, к уменьшению затрат на их возмещение в структуре баланса [3].

Устройства по компенсации реактивной мощности (конденсаторные установки КРМ, УКРМ, синхронные двигатели, тиристорные системы с фильтрами и т.д.) по виду могут быть индивидуальными, устанавливаемыми совместно с потребляющим реактивную мощность электроприбором/установкой, групповыми, обычно размещаемыми на подстанциях распределительных сетей, или централизованными, регулирующими баланс реактивной мощности в подстанциях высшего напряжения.

Централизованные компенсационные установки в подавляющем большинстве случаев оказываются экономически нецелесообразными из-за нерешенных проблем существенных потерь реактивной мощности при перетоках между удаленными потребителями и компенсирующей установкой.

Индивидуальные конденсаторные установки дешевы в изготовлении, относительно легко калибруются по номинальным индуктивным токам нагрузки, хорошо себя зарекомендовали при компенсации устройств с нелинейными характеристиками, но не работают при выключенной нагрузке и не эффективны при больших перепадах сетевого напряжения.

Групповые конденсаторные установки удобны в обслуживании, дороги, но имеют минимальные значения удельной стоимости кВАра, хорошо интегрируются в электрические схемы подстанций, но требуют быстродействующей регулировки по величине компенсирующей мощности в зависимости от динамики потребления реактивной мощности в сети. Выбор той или иной конденсаторной установки определяется технико-экономическими расчетами, а также характером превалирующей части нагрузки, потребляющей реактивную мощность [5].

Развитие систем спутниковой связи GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) и других привело к созданию WAMS (Wide Area Measurement System) -широкомасштабной системы сбора информации нового поколения от измерительного оборудования PMU (Phasor Measurement Unit). PMU, установленное в узле, измеряет модуль и фазу узлового напряжения, модули токов в инцидентных линиях и углов между током и напряжением.

Объединенные в систему сбора измерений - WAMS, датчики PMU дают реальную динамическую картину состояния энергосистемы: WAMS-технология состоит в организации с помощью PMU вычисления взаимных углов векторов напряжения и тока в однозначно определенные моменты времени благодаря синхронизации с точностью до 1 мкс выполняемых ими измерений.

В результате получается объективная картина по ЭЭС в целом (например, можно выявить скрытые резервы мощности), позволяющая уточнить модели переходных процессов, что ведет правильному выбору управляющих воздействий. И, как следствие, в режиме реального времени должна вестись оценка состояния режимов энергосистемы, оптимизация режимов по реактивной мощности и напряжению [6].

Далее необходимо охарактеризовать непосредственно объект исследования (рис.3)

Бурштынская ТЭС (анимация: 5 кадров, 5 циклов повторения, 142 КБ килобайт) (1 – общий вид, 2 – схематичное изображение отходящих линий, 3 – первый этап интеграции энергосистему Европы, 4 – геолокация, 5 – вид с высоты птичьего полета, размер)

Рисунок 3 – Бурштынская ТЭС
(анимация: 5 кадров, 5 циклов повторения, 142 КБ килобайт)
(1 – общий вид, 2 – схематичное изображение отходящих линий, 3 – первый этап интеграции энергосистему Европы, 4 – геолокация, 5 – вид с высоты птичьего полета)

Бурштынская ТЕС (структурний подразделение «Западэнерго») расположена на расстоянии 6 км на северо-восток г. Бурштын Галицкого района Ивано-Франковской области, на правому берегу водохранилища на реке Гнилая Липа.

Положительная динамика роста объемов потребления электрической энергии в районе, где расположена ТЭС, которая в свою очередь является важным элементом покрытия нагрузки в энергорайоне [7].

Характеристика действующих ЛЭП

Пержде всего нужно сказать, что в район Бурштинской ТЭС входят такие линии, как Западноукраинская, Калуш, Стрый, Борислав, Воловец, Мукачево, Альбертирша. Дадим краткую характеристику основных линий:

Класс напряжения 400 кВ.
К ОРУ 400 кВ присоеденена воздушная линия 400 кВ БТЭС – Мукачево.

Класс напряжения 330 кВ.
К ОРУ 330 кВ присоеденены четыре воздушные линии 330 кВ: из них две ВЛ БТЭС – Западноукраинская (БТЭС – Западноукраинская №1, БТЭС – Западноукраинская №2 (работа в «остров БТЭС»)), БТЭС – Тернополь та БТЭС – Ивано-Франковск (работа в ОЭС Украины).

Класс напряжения 220 кВ.
К ОРУ 220 кВ присоеднены четыре ВЛ 220 кВ: из них две ВЛ 220 кВ БТЭС – Стрый А,Б и БТЭС – Калуш А,Б  (робота в «остров БТЭС»).
[7].

Наиболее проблемной линией является ПЛ-400 кВ БТЭС – Мукачево. Линия является самой длинной линий, отходящих от станции и проходит она через горы. Что касается регулирования реактивной мощности, то на БТЭС контролем реактивной мощности поддерживается заданный Западной энергосистемой уровень напряжения на шинах ОРУ-220 кВ и 330 кВ.

При отключении линии, больше загружаются линии 220 кВ БТЭС – Стрый А и БТЭС – Стрый Б, которые с подстанции Стрый также по двум линиям Стрый-Мукачево имеют связь с подстанцией Мукачево.

Параметры линии, а также статистика отключений приводится ниже:

ВЛ 400 кВ БТЭС-Мукачево

Общая длина линии – 197,4 км.

Количество участков линии – 3.

Длина первого участка – 8,2 км.

Сопротивление первого участка: Z1 = 0,26 + j2, 8 (Ом) Z0 = 1,5 + j8, 21 (Ом).

Длина второго участка – 8,2 км.

Сопротивление второго участка: Z1 = 0,58 + j6, 07 (Ом) Z0 = 3,23 + j17, 57 (Ом).

Длина третьего участка – 171,5 км.

Сопротивление третьего участка: Z1 = 5,57 + j58, 8 (Ом) Z0 = 31,3 + j170, 8 (Ом).

Статистика отключений за период 2010-2013 гг..:
- 5 однофазных отключений с успешным АПВ;
- 1 однофазне отключение с неуспешным АПВ;
- 3 трехфазных отключение с неуспешным АПВ.

Выводы

Вопрос регулирования мощности Бурштынской ТЭС является очень актуальным. Помимо, того что и на данный момент эта станция является системообразующей на западной Украине, а самая важная линия является самой проблемной, в ближайшие годы планируется реконструкция и замена части энергоблоков на принципиально новые. Прогнозируемый прирост мощности – 800 МВт, что составляет более 35% установленной мощности. Все это может приведет к перераспределению мощностей в системе. Контроль реактивной мощности, в свою очередь является необходимым условием для надежного и качественного энергоснабжения, что в условиях экспорта энергии в энергосистемы Европы – первостепенно.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. По материалам завода «Нюкон». Стабильность напряжения электроэнергетической системы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.elec.ru...
  2. Портал ДТЭК. ДТЭК Бурштынская ТЭС: подготовка к работе в условиях европейского энергорынка [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://portal.dtek.com...
  3. Минин Г.П. Реактивная мощность / Минин Г.П.– М.: Издательский дом «Энергия», 2007. – 53-58 с.
  4. Дементьев Ю.А., Бердников Р.Н., Моржин Ю.И., Шакарян Ю.Г. Концепция интеллектуальной электроэнергетической системы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ruscable.ru...
  5. По материалам завода «Нюкон». Концепция реактивной мощности, основные виды компенсации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.elec.ru/...
  6. Глазунова А.М.. Диссертация на тему «Развитие оценивания состояния электроэнергетической системы на основе интеграции данных SCADA и PMU» [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.dissercat.com...
  7. Техніко-економічне обгрунтування повузлового технічного  переоснащення ВРП 220/330/400 кВ Бурштинської ТЕС.