Управление нормальными и аварийными режимами энергосистем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования

Кубанский Государственный Технологический Университет

Кафедра ЭПП

РЕФЕРАТ

на тему: «Управление нормальными и аварийными режимами энергосистем»

по дисциплине: Введение в электроэнергетику

Выполнил: Бирюкова А.А.

Проверил: Мищенко С.Н.

Краснодар - 2013

ВВЕДЕНИЕ

Энергетическая система (энергосистема) представляет собой совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процессов производства и распределения электрической и тепловой энергии.

Электрическая система является частью энергосистемы и состоит из генераторов, распределительных устройств, электрических сетей (подстанций и линий электропередачи различных напряжений) электроприемников.

В состав энергосистем (электросистем) входят также: производственные предприятия и мастерские, лаборатории и подъемно-транспортные средства, необходимые для выполнения работ, связанных с эксплуатацией всех элементов этих систем.

Эксплуатация энергосистемы осуществляется инженерами, техниками, мастерами и рабочими соответствующих квалификаций.

1. Оперативное управление энергосистемой

Оперативное управление энергосистемой (электросистемой) обеспечивают диспетчеры, обслуживают оборудование электростанций и подстанций -- дежурным персонал, а линии электропередачи -- линейный персонал.

Ежедневно на сутки вперед планируется работа всей энергетики страны.

Прогнозы электропотребления. Для этого прогнозируется предстоящее электропотребление. Прогнозирование потребления в условиях, когда работают тысячи и десятки тысяч независимых и зависимых друг от друга потребителей энергии и тепла, представляет сложную задачу. Для ее решения применяются современные и очень быстродействующие вычислительные машины. При прогнозе учитывается много влияющих факторов. Учитывается день недели (потребление в разные дни недели разное, больше в рабочие дни и меньше в субботу и воскресенье), учитывается для какого числа составляется прогноз -- потребление в рабочие дни в начале месяца обычно меньше, чем в конце месяца, еще сказывается неритмичность работы, раскачка в начале, «авралы» для выполнения плана в конце месяца. По этой же причине потребление в рабочий день первого месяца квартала оказывается меньше, чем в аналогичных условиях для последнего месяца квартала. Особенно растет электропотребление в конце года.

Но при прогнозировании приходится учитывать и ряд других факторов, таких, как предполагаемые (а значит, тоже прогнозируемые) погодные условия на завтра, некоторые сезонные факторы и др. Схема прогнозирования довольно сложна. Само прогнозирование, хотя и основывается на современных приемах математической статистики, в значительной мере сводится к тому, что в основу прогноза кладется некоторый реальный или наблюденный график нагрузки, который был «в похожих условиях». Этот прототип корректируется по основным влияющим факторам.

Нужен архив данных о графиках за прошлые дни. Для того чтобы выбрать подходящий прототип графика нагрузки энергосистемы, у инженера-режимщика, планирующего режим потребления, должен быть достаточный по объему архив наблюденных графиков нагрузки. Создание архива графиков нагрузки обычно возлагается на ЭВМ. Она готовит графики для хранения, уплотняет информацию по мере старения графиков и хранит информацию или во внешней памяти ЭВМ, или вне ЭВМ на машинных носителях информации.

Современные методы краткосрочного прогнозирования графиков нагрузки достигли высокого качества. Ошибка прогноза редко превышает 1,5--2%.

Регулирование и лимитирование нагрузки потребителей. Итак, нагрузка на предстоящие сутки запрогнозирована. Но прогноз по ряду причин восторга у энергетиков не вызывает. Например, предстоящее энергопотребление или будет слишком велико, или очень неравномерно с большим пиком нагрузки к вечеру и с большим провалом нагрузки ночью.

Производится корректировка графика потребления или, как это называлось выше, регулирование графика потребления. Составляются рекомендации по предстоящему режиму электропотребления и вводятся необходимые коррективы. Скорректированный график и будет планом электропотребления на предстоящие сутки.

Подведем теперь некоторые итоги. Итак, чтобы управлять режимом энергосистемы и чтобы этот режим был максимально экономичным (например, давать самую низкую себестоимость энергии), у нас есть два способа: 1) перераспределять нагрузку между работающими агрегатами, нагружая наиболее экономичные в данный момент агрегаты и разгружая менее экономичные;

2) изменять состав включенных и остановленных агрегатов, отключая при снижении нагрузки наименее экономичные в данный момент агрегаты и включая их (например, в обратной последовательности) при росте нагрузки энергосистемы. Кроме агрегатов, можно менять состав включенных линий электропередачи, включать (или отключать) трансформаторы.

Первый способ -- перераспределение нагрузки, второй способ -- управление составом агрегатов. Эти два способа находятся в руках у диспетчера, управляющего энергосистемой. Первый способ сегодня хорошо отработан и теоретически, и в прикладном плане. А вот строгого решения задача о выборе оптимального состава работающих агрегатов еще не найдено. Но сегодня в распоряжении диспетчера есть способы, дающие достаточно качественные приближенные решения. Для нормальной и эффективной работы диспетчера необходим план работы на предстоящие сутки. Такой план разрабатывается для каждого объединения энергосистемы, для каждой районной энергосистемы и для каждой крупной электростанции. План должен быть наиболее выгодным или оптимальным.

Диспетчер должен следить за выполнением этого плана. Но при его существенном отклонении от реального хода электропотребления в этот план на оставшиеся часы должны быть внесены необходимые коррективы.

В управлении энергосистемами различают управление нормальными и аварийными режимами энергосистем. Управление нормальными режимами включает реализацию заранее запланированных режимов работы (запланированных графиков нагрузки каждой электростанции). Кроме этого, в управление нормальными режимами входит регулирование частоты с одновременным выполнением баланса мощности в системе, регулирование напряжения и поддержание качества электроэнергии.

Управляет нормальными режимами диспетчер с помощью специальных автоматических устройств.

Управление аварийными режимами включает мероприятия по скорейшей ликвидации аварий. Пораженный участок должен быть как можно быстрее отключен от сети. Должны быть приняты меры по восстановлению питания отключенных потребителей (например, организовано энергоснабжение потребителей от резервного источника или от резервной линии), диспетчер должен организовать восстановительные работы.

Послеаварийный режим -- тяжелый режим работы энергосистемы. После аварии в энергосистеме, как правило, нарушается баланс мощности и наступает послеаварийный режим. Этот режим характеризуется понижением частоты и напряжения, т. е. снижением качества энергии и значительным возрастанием нагрузок в отдельных элементах системы энергоснабжения. Задача диспетчера -- как можно скорее перейти от послеаварийного режима снова к нормальному режиму работы.

При управлении аварийными режимами широко используются разнообразные устройства. Аварийные режимы протекают часто очень быстро. Человек не может прореагировать на них. Без автоматики управлять нормальными и аварийными режимами было бы крайне сложно.

Но и этого количества ЭВМ недостаточно для надежного управления энергосистемой. Дело в том, что при оперативном управлении нужно прогнозировать и планировать, нужно решать отдельные инженерные задачи, требующие больших затрат времени. Для решения плановых задач требуются ЭВМ достаточно высокой производительности. Поэтому на диспетчерских пунктах устанавливают еще две ЭВМ средней или большой мощности. Они образуют так называемый вычислительный комплекс.

Для повышения надежности и облегчения работы персонала все ЭВМ соединяются между собой через специальные устройства. Это позволяет передавать из одной машины в другую информацию (чисЛа) и коМанды управления.

Образуется связанный четырехмашинный (микро ЭВМ не считают) комплекс технических средств, находящийся в распоряжении диспетчера.

К этому комплексу подключается большое количество дисплеев, позволяющих руководству и технологам различных служб и отделов проверять качество работы энергосистемы и принимать участие в планировании работы.

Такая четырехмашинная схема считается сегодня типовой для управления энергосистемой.

Диспетчер оснащен вычислительными машинами. Это уже упомянутые микро-ЭВМ, собирающие информацию и проводящие ее в предварительную обработку. Кроме них, на диспетчерской пункте используются машины средней мощности или мини-ЭВМ. Они проводят Вторичную обработку информации, собирая и обобщая информацию по всему объекту. Они решают (по запросу диспетчера) отдельные нужные ему задачи и выдают обработанную информацию на главный щит управления или, как говорят, управляют главным щитом, выдают информацию на дисплеи диспетчеру и его помощнику.

Совокупность машин и сбора и представления информации диспетчеру получила название оперативно-информационный комплекс технических средств диспетчерского управления. В нашем случае это две микро-ЭВМ, дисплеи и вспомогательное оборудование плюс система телемеханики.

энергосистема автоматический противоаварийный управление

2. ОРГАНИЗАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ. ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

Назначение ПА и основные требования к ней

В отдельных энергосистемах и ОЭС могут возникать следующие нарушения нормального режима работы:

· опасные перегрузки линии электропередачи и межсистемных связей из-за непредвиденных изменений балансов мощности генераторов и нагрузки в одной или нескольких связанных между собой ОЭС или отдельных энергосистемах;

· опасные набросы мощности на электропередачи и межсистемные связи при внезапных отключениях генераторов или нагрузки в смежных частях ОЭС или в соседних ОЭС;

· внезапные отключения одной из межсистемных связей, в том числе наиболее мощной, отключения отдельных участков двухцепных или кольцевых электропередач, угрожающие нарушения динамической устойчивости;

· разрывы мощных электропередач, вызывающие набросы мощности на слабые шунтирующие сети более низких напряжений и опасное повышение частоты в энергосистемах;

· затяжные КЗ, отключаемые действием резервных защит или устройств резервирования отказа выключателей (УРОВ);

· кратковременные неполнофазные режимы в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) или при отказах отдельных фаз выключателей;

· односторонние отключения протяженных участков электропередач 330-75- кВ, вызывающие повышение напряжения, опасное для оборудования;

· асинхронный режим.

Быстрое протекание аварийных процессов при нарушениях нормальных режимов исключает возможность их ликвидации и тем более предотвращения действиями оперативного персонала даже при наличии хороших средство телеконтроля и телеуправления. Поэтому предотвращение, локализация и ликвидация нарушений нормального режима целиком возлагается на специальные автоматические устройства, получившие общее наименование устройства противоаварийной автоматики (ПА).

Назначение ПА заключается в следующем:

· предотвращение нарушения статической устойчивости линий электропередачи межсистемных связей в нормальных и послеаварийных режимах;

· предотвращение нарушения динамической устойчивости в цикле работы ОАПВ или БАПВ (быстродействующего автоматического повторного включения), а также в режимах максимальной нагрузки при расчетных видах КЗ, отключаемых как основными быстродействующими защитами, так и резервными защитами или действиями УРОВ;

· предотвращение асинхронного режима путем опережающего деления энергосистем при приближении к пределу устойчивости и невозможности ее сохранения средствами автоматического регулирования или других видов ПА;

· ликвидация асинхронного режима в случаях нарушения устойчивости путем ресинхронизации или селективного деления энергосистем (ОЭС) в заранее предусмотренных сечениях;

· предотвращение опасного для паровых турбин и механизмов потребителей повышения частоты в отлившихся частях ОЭС, связанных с мощными ГЭС;

· предотвращение опасного повышения напряжения при односторонних отключения протяженных линий электропередачи.

Устройства и комплексы устройств ПА должны удовлетворять следующим основным техническим требованиям:

· быстродействие. Требование является главным для устройств ПА, предназначенных для предотвращения нарушения динамической устойчивости;

· селективность. Требование в отношении устройств ПА означает способность устройства выбирать объекты, виды и минимально необходимый объем воздействий, обеспечивающие наиболее эффективную локализацию нарушений нормального режима работы. Если на возникшее нарушение нормального режима реагируют несколько устройств ПА, то их суммарное воздействие также должно удовлетворять требованию наиболее эффективной локализации нарушения при минимально необходимом объеме воздействий;

· чувствительность. Требование относится к функциональным органам ПА и полностью соответствует аналогичным требованиям к устройствам релейной защиты. Это способность реагировать на такие отклонения и нарушения нормально режима, на действие при которых они рассчитаны;

· надежность. Требование состоит в том, что устройства ПА, так же как и устройства релейной защиты, должны безотказно действовать при нарушениях нормального режима и не действовать излишне и ложно в условиях, когда их действие не предусмотрено.

Структура ПА и ее основные элементы

Находящиеся в эксплуатации и проектируемые устройства ПА выполняются для действия по постоянной программе, которая закладывается в схему, а настройка осуществляется на основании предварительны расчетов нормальных и аварийных режимов.

Состояние энергосистемы характеризуется рядом таких факторов и параметров, как электрическая схема, состав оборудования, перетоки мощности по электропередачам и межсистемным связям , значения токов, уровни напряжения, частота и т.п. Устройства ПА непрерывно контролируют эти параметры, выявляют и фиксируют моменты опасного отклонения или внезапного нарушения нормального режима, определяют их тяжесть и вырабатывают соответствующие воздействия на объекты управления. При этом, чем больше факторов и параметров контролирует ПА, тем ближе к оптимальным будут ее воздействия.

В каждом конкретном случае структура устройства или комплекса устройств ПА определяется его назначением и условиями работы. В общем случае устройство ПА состоит из трех частей: выявительной (ВЧ), логической (ЛЧ) и исполнительной (ИЧ). Выявительная часть включает в себя пусковые органы (ПО), органы контроля электрического режима (КЭР) и органы автоматической дозировки воздействий (АДВ). Сигналы, вырабатываемые в выявительной части, поступают в логическую часть, включающую в себя логические элементы, которые, сопоставляя последовательность, продолжительность и интенсивность сигналов, поступающих от ВЧ, выбирают виды воздействий и подготавливают соответствующие цепи. Наконец, исполнительная часть включает в себя органы или аппараты управления, с помощью которых производятся воздействия ОГ, РТ, ДС, ОН и др.

Виды устройства ПА

При всем многообразии конкретных исполнений устройств ПА все они могут быть сведены к следующим основным видам:

· противоаварийная автоматика для предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ). Устройства АПНУ выявляют возникновение опасных перегрузок или набросов мощности, внезапные отключения участков электропередач или их полные разрывы, возникновение неполнофазных режимов и другие аналогичные нарушения нормального режима работы. Во всех случаях, когда возникшее нарушение нормального режима угрожает нарушением устойчивости, устройства АПНУ производят быструю дозированную разгрузку электропередачи и межсистемных связей. Для разгрузки используются три основных вида воздействий: отключение гидро- и турбогенераторов (ОГ) или быстрая разгрузка паровых турбин (РТ) с последующим ограничением мощности (ОМ) по условиям послеаварийного режима, а также деление энергосистем или ОЭС (ДС) по сечениям, обеспечивающим выделение в нужный район ограниченной мощности, и отключение части нагрузки (ОН);

· противоаварийная автоматика для ликвидации асинхронного режима (АЛАР). Устройства АЛАР выявляют моменты приближения к пределу устойчивости или момент возникновения асинхронного режима и воздействуют на его прекращение путем деления энергосистем в заранее намеченных сечениях либо путем ресинхронизации энергосистем. В этих случаях они производят ОГ или РТ в избыточной части энергосистемы для выравнивания частот, что ускоряет процесс ресинхронизации;

· противоаварийная автоматика для ограничения повышения частоты (АОПЧ). Устройства АОПЧ выявляют повышение частоты и при повышении допустимых значений производят ОГ гидрогенераторов ГЭС и при необходимости отделение ТЭС от энергосистемы со сбалансированной нагрузкой;

· противоаварийная автоматика для ограничения повышения напряжения (АОПН). Устройства АОПН выявляют повышения напряжения до определенных установленных значений и производят включение шунтирующих реакторов и отключение линий, являющихся источниками повышенного напряжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автоматизация энергосистемы - применение в энергосистеме различных устройств, которые служат для управления процессом производства, преобразования и распределения электроэнергии и тепла в соответствии с заложенными в этих устройствах программами действия и настройкой. Э. а. обеспечивает нормальное функционирование оборудования электростанций, подстанций и линий электропередачи, экономичную и надёжную работу энергосистемы в целом, требуемое качество электрической и тепловой энергии. По основному назначению и области применения автоматического устройства разделяются на технологические и системные.

Технологические устройства автоматики обеспечивают автоматическое регулирование основных параметров технологических процессов на агрегатах тепловых, атомных и гидравлических электростанций и на оборудовании подстанций в нормальных и аварийных условиях например, автоматическое регулирование частоты вращения турбин, возбуждения генераторов, процесса горения в топках котлоагрегатов и т. п.). Применяются также общестанционные устройства автоматики, обеспечивающие управление электростанцией как одним комплексным объектом управления с воздействием на автоматику агрегатов или энергоблоков. Эти устройства, в свою очередь, могут служить исполнительными органами системных устройств автоматики; к ним относятся, например, устройства экономического распределения задаваемой электростанции мощности между агрегатами или энергоблоками.

Системные устройства автоматики осуществляют автоматизацию процесса ведения режима в нормальных и аварийных условиях энергосистемы в целом. Устройства управления нормальными режимами предназначены для работы при относительно небольших и медленных изменениях режима, поэтому они являются сравнительно медленнодействующими. К ним относятся средства автоматического регулирования частоты в энергосистеме и автоматического регулирования напряжения в электрической сети и др. Средства автоматического управления аварийными режимами при больших (аварийных) возмущениях осуществляют интенсивное воздействие на объекты управления. В их состав входят локальные устройства релейной защиты, действующие при коротких замыканиях, устройства включения резервного оборудования, обеспечивающие восстановление прекратившегося питания электроэнергией, автоматы повторного включения линий электропередачи, трансформаторов и пр. (после их автоматического отключения), а также устройства противоаварийной автоматики. Последние обеспечивают автоматическую разгрузку линий электропередачи при опасном увеличении мощности, автоматическое деление энергосистемы при нарушении или угрозе нарушения синхронной работы её частей, отключение ряда наименее ответственных потребителей для предотвращения опасного снижения частоты и др. Для единой и объединённых энергосистем СССР характерно наряду с массовым применением местных автоматических устройств создание централизованных систем противоаварийной автоматики, осуществляющих с помощью средств телемеханики противоаварийное управление.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ-ИСТОЧНИКОВ

1.http://www.rosdiplom.ru/library/

2. http://bse.chemport.ru/energosistemy_avtomatizatsiya

3. http://psc.so-ups.ru

4. Гамм А.З., Гришин Ю.А., Окин А.А. Развитие АСДУ ЕЭС с учетом новых условий и механизмов управления. - В кн. Энергетика России в переходный период: проблемы и научные основы развития и управления. - Новосибирск, Наука, 1996.

5. ОАО «СО ЕЗС» СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ СТО 59012820.29.240.008-2008 Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Условия организации процесса. Условия создания объекта. Нормы и требования Издание официальное. Москва, 2008

Размещено на Allbest.ru