Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
- 3. Огляд досліджень та розробок
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
В останні роки нестабільність напруги великих електроенергетичних систем світу призвела до низки коштовних відключень подачі електроенергії. Аварії в Європі, Америці та Азії - у Франції в 1978 році, в Бельгії в 1982, в Швеції в 1983 і 2003, в західній Франції в 1987, в Токіо в 1987, в Сан-Паулу в 1997, в Греції в 2004, в північній частині штату Огайо, Мічигані, Нью-Йорку і Онтаріо в серпні 2003 року, в Москві, московської та калузької областях у травні 2005 року... Практично всі аварії та відключення подачі електроенергії були обумовлені порушенням енергетичного балансу, як по активній, так і реактивної потужності , значною мірою відповідальною за стабільність напруги на розділі мереж загального користування та розподільчих мереж споживачів електроенергії. Саме підвищена щільність перетоків реактивної потужності в розподільчих мережах викликає найбільш негативне в плані наслідків зниження напруги під час важких умов навантаження (в дуже жарку або дуже холодну погоду), що часто призводить до колапсу напруги - аномально низького або нульового мережевої напруги [1].
Бурштинська ТЕС для України є «вікном у Європу», тому що вже сьогодні працює в європейській енергосистемі. Тому те, як розвивається підприємство, важливо не тільки для компанії ДТЕК, до складу якої вона входить, але і для всієї енергетичної галузі країни. Крім того, робота на європейському енергоринку вимагає від Бурштинської ТЕС високої конкурентоспроможності та виконання цілого ряду екологічних вимог [2].
У зв'язку з цим існує необхідність дослідити способи регулювання реактивної потужності в районі Бурштинської ТЕС Західної енергосистеми, так як важливість її стабільної роботи складно переоцінити.
1. Актуальність теми
Найбільш актуальною проблемою мереж електропостачання сьогодні стало збільшення споживання реактивної потужності на фоні надзвичайної складності її передачі від електростанцій споживачам. У цьому зв'язку винятково важливим стає проведення заходів з компенсації реактивної потужності у самих споживачів електроенергії, що дозволить зберегти загальний баланс потужності в системі і забезпечити стійкість мережевої напруги [1]. На даний момент існує ряд способів управління реактивною потужністю. На перетоки реактивної потужності можна впливати:
- Завантаживши по реактивній потужності до допустимого максимуму станції, при необхідності ввімкнути додаткові генератори з резерву на станціях;
- Оптимізувавши по напрузі режим роботи мережі шляхом зміни уставок автоматичних регуляторів на автотрансформаторах;
- Встановивши джерела реактивної потужності у споживачів [3].
Крім того, існують принципово нові способи моніторингу режимів енергосистем, до них відноситься і нижчеописаний: у режимі реального часу має вестися оцінка стану режимів енергосистеми, оптимізація режимів по реактивної потужності і напрузі з використанням PMU [4].
Магістерська робота присвячена дослідженню цих способів в рамках частини реальної енергосистеми в районі Бурштинської ТЕС, доцільності їх застосування, моделюванню ситуацій призводять до перерозподілу реактивних потужностей.
2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
Мета магістерської роботи - це розробка математичної моделі частини енергосистеми в районі Бурштинської ТЕС для дослідження різних способів регулювання реактивної потужності.
Основні завдання дослідження:
1. Проаналізувати існуючу мережу енергопостачання району (основні ЛЕП).
2. Визначити електричні навантаження споживачів і скласти схему заміщення мережі
3. Вибір оптимальних режимів роботи ЕС і ліній
4. Скласти баланс реактивної потужності і визначити способи її регулювання
На базі даних про Бурштинської ТЕС, для складання математичної моделі та оцінки практичних результатів буде використовуватися пакет Power Factory, для складання схеми заміщення - пакет AutoCAD.
3. Огляд досліджень та розробок
Сама по собі, магістерська робота має прикладний характер і для більш чіткого розуміння того, з чим ми будемо боротися - необхідно усвідомити, яка природа реактивної потужності (рис. 1).
Рисунок 1 – Символічне пояснення реактивної потужності
Для більш доступного розуміння реактивної потужності часто використовують фізичні аналогії, в тій чи іншій мірі пояснюють природу реактивної потужності. Найбільш популярна аналогія - наповнення бака душа на вулиці водою вручну. Тут піднімається сходами з повним відром води людина виконує корисну роботу (активна потужність), в той час, як спуск на землю з порожнім відром залишається неминучою, хоч і умовно "марною" процедурою (реактивна потужність). Більш повна фізична аналогія повної, активної і реактивної потужності - келих з пивом, де реактивна потужність виступає в ролі піни, неминуче супутньої розливу, певною мірою характеризує якість налитого продукту, що знижує кількість самого пива (активна потужність) при збільшенні свого об'єму в келиху (повна потужність).
Передача електричної енергії від генераторів до споживачів є складним фізичним процесом. Реактивна потужність не виконує корисної роботи і лише визначає швидкість перетворення електричної енергії в енергію магнітного поля і назад, тобто швидкість обміну енергією між генератором і магнітним полем приймача електроенергії. Вироблення реактивної потужності не вимагає безпосереднього витрати палива, але її передача по мережі викликає витрати активної енергії у вигляді втрат електричної енергії та додатково завантажує елементи електричної мережі, знижуючи їх загальну пропускну здатність [5].
Активна потужність виробляється генераторами електростанцій і визначається струмом частоти 50-60 Гц, що знаходяться в одній фазі з напругою. Реактивна потужність витрачається на освіту електричних і магнітних полів в лінії електропередачі, трансформаторах, двигунах, конденсаторах та іншому обладнанні, виробляється синхронними генераторами спільно з активною потужністю і збільшення / зменшення споживання реактивної потужності при номінальній повній потужності генератора тягне за собою зворотне зменшення / збільшення частки активної потужності.
Компенсація реактивної потужності стає можливою завдяки тому, що струм у індуктивному обладнанні,споживає реактивну потужність (асинхронні двигуни, трансформатори, електропічні установки, вентильні перетворювачі і т.д.) відстає від напруги по фазі, в той час, як конденсаторні установки (КРМ, УКРМ ), синхронні двигуни відрізняються струмами, випереджаючими напруга по фазі. Ємнісні струми в конденсаторних установках і реактивна потужність, що створює електричне поле в конденсаторних батареях протилежні за напрямком індуктивним струмів і реактивної потужності, що створює магнітні поля в обмотках трансформаторів, двигунів і т.д. В результаті реактивна потужність ємності нівелює реактивну потужність намагнічування і мережа розвантажується від перетоків реактивної потужності, що підвищує її пропускну здатність і стабілізує мережеве напругу [1].
Збільшення видачі реактивної потужності генератором з метою доставки її споживачеві недоцільно, це наочно демонструє рис. 2:
Рисунок 2 – Наслідки підвищеного перетікання реактивної потужності
Найбільш ефективним способом скорочення втрат в електричних мережах є компенсація реактивної потужності у споживачів.
Найбільш доцільна система розподіленої компенсації реактивної потужності в точках перетворення енергії, включаючи об'єкти споживання електроенергії. Вибір і розміщення пристроїв компенсації реактивної потужності в електричних мережах проводяться виходячи з необхідності забезпечення необхідної пропускної здатності мережі в нормальних і післяаварійних режимах при підтримці необхідних рівнів напруги і запасів стійкості навантаження споживачів. Зменшення втрат активної електроенергії, зумовлених перетіканнями реактивних потужностей, є реальною експлуатаційною технологією зниження втрат в електричних мережах і технологією підвищення ефективності використання електроенергії (потужності) у споживачів. Економічні інтереси як мережевих підприємств, так і підприємств-споживачів в даний час вимагає особливої уваги до компенсації реактивної потужності за допомогою компенсуючих пристроїв. Це і надійність електропостачання споживачів, і надійність електричних мереж і енергосистем. Компенсація реактивної потужності – одне з найбільш доступних, ефективних і простих способів зниження втрат електроенергії як для споживача, так і для електромережної компанії, а також зниження собівартості продукції, що випускається споживачами продукції.
При цьому установка пристроїв компенсації реактивної потужності безпосередньо у споживача покращує техніко показники системи електропостачання, тому що при цьому зменшуються потоки реактивної потужності у всіх елементах мережі від джерел живлення до споживачів. Це, у свою чергу, призводить до зниження втрат електроенергії і, отже, до зменшення витрат на їх відшкодування у структурі балансу [3].
Пристрої з компенсації реактивної потужності (конденсаторні установки КРМ, УКРМ, синхронні двигуни, тиристорні системи з фільтрами і т.д.) з вигляду можуть бути індивідуальними, що встановлюються спільно з споживаючим реактивну потужність електроприладом / установкою, груповими, зазвичай розміщеними на підстанціях розподільних мереж, або централізованими, регулюючими баланс реактивної потужності в підстанціях вищої напруги.
Централізовані компенсаційні установки в переважній більшості випадків виявляються економічно недоцільними через невирішені проблеми істотних втрат реактивної потужності при перетоках між віддаленими споживачами і компенсувальною установкою.
Індивідуальні конденсаторні установки дешеві у виготовленні, відносно легко калібруються по номінальним індуктивним струмам навантаження, добре себе зарекомендували при компенсації пристроїв з нелінійними характеристиками, але не працюють при вимкненому навантаженні і не ефективні при великих перепадах напруги.
Групові конденсаторні установки зручні в обслуговуванні, коштовні, але мають мінімальні значення питомої вартості квар, добре інтегруються в електричні схеми підстанцій, але вимагають швидкодіючої регулювання по величині компенсує потужності залежно від динаміки споживання реактивної потужності в мережі. Вибір тієї чи іншої конденсаторної установки визначається техніко-економічними розрахунками, а також характером превалюючої частини навантаження, яка споживає реактивну потужність [5].
Розвиток систем супутникового зв'язку GPS (США) і ГЛОНАСС (Росія) та інших призвело до створення WAMS (Wide Area Measurement System) – широкомасштабної системи збору інформації нового покоління від вимірювального обладнання PMU (Phasor Measurement Unit). PMU, встановлене у вузлі, вимірює модуль і фазу вузлового напруги, модулі струмів в інцідентних лініях і кутів між струмом і напругою.
Об'єднані в систему збору вимірювань – WAMS, датчики PMU дають реальну динамічну картину стану енергосистеми: WAMS-технологія полягає в організації за допомогою PMU обчислення взаємних кутів векторів напруги та струму в однозначно визначені моменти часу завдяки синхронізації з точністю до 1 мкс виконуваних ними вимірювань.
У результаті виходить об'єктивна картина по ЕЕС в цілому (наприклад, можна виявити приховані резерви потужності), що дозволяє уточнити моделі перехідних процесів, що веде правильному вибору керуючих впливів. І, як наслідок, в режимі реального часу повинна вестися оцінка стану режимів енергосистеми, оптимізація режимів по реактивної потужності і напрузі [6].
Далі необхідно охарактеризувати безпосередньо об'єкт дослідження (рис.3).
Рисунок 3 –Бурштинська ТЕС
(Анімація: 5 кадрів, 5 циклів повторення, 142 КБ кілобайт)
(1 - загальний вигляд, 2 - схематичне зображення ліній, що відходять, 3 - перший етап інтеграції енергосистему Європи, 4 - геолокація, 5 - вид з висоти пташиного польоту)
Бурштинська ТЕС (структурний підрозділ "Західенерго") розташована на відстані 6 км на північний схід м. Бурштин Галицького району Івано-Франківської області, на правому березі водосховища на річці Гнила Липа.
Позитивна динаміка зростання обсягів споживання електричної енергії в районі, де розташована ТЕС, яка в свою чергу є важливим елементом покриття навантаження в енергорайоні [7].
Характеристика діючих ЛЕП
Перш за все потрібно сказати, що в район Бурштинської ТЕС входять такі лінії, як Західноукраїнська, Калуш, Стрий, Борислав, Воловець, Мукачево, Альбертірша. Дамо коротку характеристику основних ліній:
Клас напруги 400 кВ.
До ОРУ 400 кВ присоеденившихся повітряна лінія 400 кВ БТЕС – Мукачево.
Клас напруги 330 кВ.
До ВРП 330 кВ приєднані чотири повітряні лінії 330 кВ: з них дві ПЛ БТЕС – Західноукраїнська (БТЕС – Західноукраїнська № 1, БТЕС – Західноукраїнська № 2 (робота в "острів БТЕС")), БТЕС – Тернопіль та БТЕС – Івано-Франківськ ( робота в ОЕС України).
Клас напруги 220 кВ.
До ВРП 220 кВ підписували чотири ПЛ 220 кВ: з них дві ПЛ 220 кВ БТЕС – Стрий А, Б і БТЕС – Калуш А, Б (робота в "острів БТЕС").[7].
Найбільш проблемною лінією є ПЛ-400 кВ БТЕС – Мукачево. Лінія є найдовшою ліній, що відходять від станції і проходить вона через гори. Що стосується регулювання реактивної потужності, то на БТЕС контролем реактивної потужності підтримується заданий Західної енергосистемою рівень напруги на шинах ВРП-220 кВ і 330 кВ.
При відключенні лінії, більше завантажуються лінії 220 кВ БТЕС – Стрий А і БТЕС – Стрий Б, які з підстанції Стрий також по двох лініях Стрий-Мукачево мають зв'язок з підстанцією Мукачеве.
Параметри лінії, а також статистика відключень наводиться нижче:
ПЛ 400 кВ БТЕС – Мукачево
Загальна довжина лінії – 197,4 км.
Кількість дільниць лінії – 3.
Довжина першої ділянки – 8,2 км.
Опір першої ділянки: Z1 = 0,26 + j2, 8 (Ом) Z0 = 1,5 + j8, 21 (Ом).
Довжина другої ділянки – 8,2 км.
Опір другої ділянки: Z1 = 0,58 + j6, 07 (Ом) Z0 = 3,23 + j17, 57 (Ом).
Довжина третьої ділянки – 171,5 км.
Опір третьої ділянки: Z1 = 5,57 + j58, 8 (Ом) Z0 = 31,3 + j170, 8 (Ом).
Статистика відключень за період 2010-2013 рр..:
- 5 однофазних відключень з успішним АПВ;
- 1 однофазних відключення з неуспішним АПВ;
- 3 трифазних відключення з неуспішним АПВ.
Висновки
Питання регулювання потужності Бурштинської ТЕС є дуже актуальним. Крім, того що і на даний момент ця станція є системоутворюючою на західній Україні, а найважливіша лінія є найбільш проблемною, в найближчі роки планується реконструкція і заміна частини енергоблоків на принципово нові. Прогнозований приріст потужності – 800 МВт, що складає більше 35% встановленої потужності. Все це може призведе до перерозподілу потужностей в системі. Контроль реактивної потужності, в свою чергу є необхідною умовою для надійного та якісного енергопостачання, що в умовах експорту енергії в енергосистеми Європи – першочергово.
При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.
Перелік посилань
- По материалам завода «Нюкон». Стабильность напряжения электроэнергетической системы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.elec.ru...
- Портал ДТЭК. ДТЭК Бурштынская ТЭС: подготовка к работе в условиях европейского энергорынка [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://portal.dtek.com...
- Минин Г.П. Реактивная мощность / Минин Г.П.– М.: Издательский дом «Энергия», 2007. – 53-58 с.
- Дементьев Ю.А., Бердников Р.Н., Моржин Ю.И., Шакарян Ю.Г. Концепция интеллектуальной электроэнергетической системы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ruscable.ru...
- По материалам завода «Нюкон». Концепция реактивной мощности, основные виды компенсации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.elec.ru/...
- 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...
- Техніко-економічне обгрунтування повузлового технічного переоснащення ВРП 220/330/400 кВ Бурштинської ТЕС.