Моделювання електроенергетичних систем з урахуванням мікропроцесорних засобів для забезпечення стійкості ЕЕС

Найпростіша модель динаміки буде тоді, коли в рівнянні динаміки для враховується лише залежність від частоти, яка визначається статичними характеристиками навантаження за частотою. Якщо ж враховувати також статичні характеристики навантаження за напругою, що вимагає розрахунків квазістаціонарних електричних режимів, то виникає більш точна, але все ж одночастотна модель (ОЧМ). Однак, якщо в традиційній (для розрахунку динамічної стійкості) моделі, яка враховує індивідуальний рух роторів, квазістаціонарний режим знаходиться як розв'язок системи алгебраїчних рівнянь, які виникають внаслідок нехтування динамікою електромагнітних процесів, при фіксованих на інтервалі розрахунку векторах ЕРС синхронних машин, то в ОЧМ справа йде інакше. Якщо система не є строго симетричною, фіксовані ЕРС призводять, до різних індивідуальних небалансів - , і, як наслідок, до , що суперечить початковому допущенню . Щоб подолати цю суперечність, необхідно виконати ітераційний розрахунок квазістаціонарного режиму, в якому кути ЕРС генераторів є змінними, стягуючи тим самим в точку (за часом) процес коливань, який затухає і зрештою призводить до стаціонарного електричного режиму. Враховуючи, що цей розрахунок виконується на тлі зміни частоти системи, логічно умовою стаціонарності режиму прийняти не = , як у розрахунку звичайного стаціонарного режиму, a

,

оскільки

, i=1…n .

Таким чином, , які є функцією всіх кутів синхроних машин, що працюють паралельно, входять як до рівняння динаміки, так і до цієї сукупністі n рівнянь, необхідне їх спільне ітераційне рішення, результатом якого є

.

При цьому алгоритм розрахунку будується таким чином. При вихідних значеннях (або з попереднього розрахункового часового інтервалу) кутів , тобто при фіксованих векторах ЕРС виконується розрахунок лінійного електричного ланцюга, який дає . На їх основі обчислюємо , якому прирівнюється , і отримуємо квазістаціонарне значення електричної потужності:

.

Оскільки є функцією кутів всіх ЕРС, визначають на даній ітерації збільшення для всіх генераторів відповідно до застосовуваного методу розрахунку нелінійної системи алгебраїчних рівнянь. Потім знову виконується розрахунок лінійної системи при заданих кутах і т.д.

Використання ОЧМ дає змогу застосовувати досить великий крок розрахунку перехідного процесу, адекватний швидкості зміни частоти при реальних великих збуреннях. Разом з тим врахування динаміки первинного регулювання частоти - автоматичних регуляторів частоти обертання турбоагрегатів, які мають порівняно малі постійні часу серводвигунів, робить сукупну систему диференціальних рівнянь динаміки досить жорсткою і вимагає застосування неявних методів чисельного інтегрування. Ефективним у цьому випадку є найпростіший неявний метод - метод Адамса другого порядку, доповнений аналітичним рішенням рівнянь динаміки на кроці інтегрування. Завдяки використанню динамічної моделі можна врахувати динамічні параметри (витримки часу) АЧР, ЧАПВ, АЧД, АЧП.

Дії ж релейного захисту та протиаварійної автоматики типу АЛАР з відключення і включення елементів електричної мережі враховуються фактом їх спрацювання та відповідного впливу на режим енергосистеми. Для коректного моделювання швидких електромеханічних процесів, можливих процесів порушення динамічної стійкості та роботи автоматики ліквідації асинхронного режиму (АЛАР) на етапі підготовки тренування може бути застосований розроблений комплекс, який використовує традиційну модель індивідуального руху синхронних машин і працює на тій же інформаційній базі.

Тренажерний комплекс реалізований у складі програмного комплексу КОСМОС, який розроблено в ІЕД НАНУ і використовується при оперативному управлінні режимів енергосистем на основі телеметричної інформації, що відкриває шлях до інтегрування тренажера до складу засобів оперативного управління енергосистемою, у тому числі інтелектуалізованих засобів підтримки опперативно-диспетчерської діяльності ("порадників диспетчера"). З використанням тренажерного комплексу були виконані розрахунки динамічних і післяаварійних режимів ЕЕС для характерних сценаріїв тренувань диспетчерів енергосистеми з виникненням небалансів активної потужності.

У додатках наведено опис програмного комплексу АВР-74/06 розрахунку стійкості електроенергетичних систем та Акт № 17010/17 від 12.09.08 щодо використання програмного комплексу для налаштування АЛАР на лініях зв'язку Ташлицької ГАЕС з об'єднаною енергосистемою України.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача розробки методів, математичних моделей ЕЕС та програмних засобів, необхідних для використання мікропроцесорних пристроїв реєстрації, протиаварійного керування та регулювання для забезпечення стійкості електроенергетичних систем.

1. Виконаний аналіз літературних джерел показав великий інтерес у світі до використання WAMS- технологій в електроенергетиці і разом з тим відсутність придатних до практичного використання в оперативному керуванні засобів, які використовують такі технології.

2. За допомогою обчислювальних експериментів для перетину Захід-Вінниця визначені основні положення методу оцінки запасу стійкості поточного режиму на основі використання синхронізованих віддалених вимірів напруг у вузлах електричної мережі в частині вибору незалежних параметрів і виду функції апроксимації потужності в перетині.

3. Імітаційне моделювання для основних перетинів ОЕС Україні показало, що запропонований метод і функції апроксимації забезпечують середньоквадратичне відхилення від точок, відповідних вимірюванням, на рівні 0,15-0.7% граничної потужності.

4. Створено програму для використання фазових кутів напруги в оперативному керуванні енергосистемами для забезпечення статичної стійкості ЕЕС з використанням критерію існування режиму в умовах обважнення певних перетинів.

5. Сформовано адаптовану математичну модель теплофізичних процесів АЕС з реакторами типу ВВЕР для розрахунку тривалих перехідних процесів у складних ЕЕС. Виконано програмну реалізацію та верифікацію сформованої моделі з використанням натурно зареєстрованих процесів.

6. Розроблено і реалізовано процедуру взаємодії моделі ЕЕС (програма off-line) з моделлю системи МП регулювання турбіни АЕС ХПЗ ім. Т.Г. Шевченка, реалізованої як on-line структура.

7. Розрахункові дослідження для реальних умов ОЕС України показали, що за допомогою швидкого короткочасного зниження потужності турбін енергоблоків Запорізької АЕС можна істотно підвищити рівень її динамічної стійкості.

8. З використанням апарата аналітичної геометрії розроблено математичну модель мікропроцесорного пристрою АЛАР з прямокутними характеристиками органів опору. Алгоритм реалізовано в промисловому програмному комплексі розрахунку і аналізу стійкості.

9. Розроблено і програмно реалізовано математичну модель динамічного тренажера диспетчерів енергосистеми на основі одночастотної моделі динаміки ЕЕС з урахуванням теплофізичних процесів в устаткуванні АЕС і ТЕС.

10. Модифіковано алгоритм реалізації одночастотної моделі динаміки ЕЕС, в якому завдяки додатковому ітераційному процесу забезпечується рівність частоти обертання генераторів системи на кожному кроці інтервалу розрахунку перехідного процесу.

11. З використанням програмного комплексу, в якому реалізований алгоритм МПП "Діамант", виконано налаштування АЛАР на лініях зв'язку Ташлицької ГАЕС з енергосистемою.

12. Подальше використання результатів роботи пропонується здійснювати шляхом впровадження удосконаленого програмного комплексу розрахунку і аналізу стійкості ЕЕС в підрозділах НЕК "Укренерго"

Комплекс розрахунку стійкості складних ЕЕС, в який включено програмний блок моделювання МП регулятора потужності турбін АЕС, переданий для дослідно-промислової експлуатації в ХПЗ ім. Т.Г. Шевченка.

Основні публікації по темі дисертації

1. Авраменко В.М. Моделювання динаміки енергосистеми і структура режимного диспетчерського тренажера / В.М. Авраменко, Т.М. Гурєєва, Н.Т. Юнєєва // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". - 2002. - Ч. 7. - С. 70-75.

2. Авраменко В.М. Моделі і програми розрахунку динаміки в тренажерному комплексі для диспетчерів енергосистем / В.М. Авраменко, Т.М. Гурєєва, Н.Т. Юнєєва, Є.А. Агєєв // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". - 2004. - Ч.3. - С. 20-23.

3. Авраменко В.М. Моделювання мікропроцесорних пристроїв протиаварійної автоматики при розрахунках стійкості енергосистем / В.М. Авраменко, Т.М. Гурєєва, Н.Т. Юнєєва // Технічна електродинаміка. Темат.вип. "Проблеми сучасної електротехніки". - 2006. - Ч. 2. - С. 36-41.

4. Авраменко В.М. Про використання синхронізованих віддалених вимірів напруги для оцінки рівня стійкості енергосистем / В.М. Авраменко, Н.Т. Юнєєва, О.В. Сангінова // Праці ІЕД НАН України. Зб. наук. праць. - 2007. - вип. 18. - С. 47-52.

5. Авраменко В.М. Методи моделювання та програмні засоби для забезпечення надійності та живучості ОЕС України з використанням нових мікропроцесорних пристроїв керування режимами електроенергетичних систем / В.М. Авраменко, В.О. Крилов, П.О. Черненко, В.Л. Прихно, О.В. Мартинюк, Н.Т. Юнєєва // Технічна електродинаміка. - 2011. - №2. - С. 44-53.

6. Авраменко В.Н. Динамическая модель электроэнергетической системы и программного средства для обучения и тренировки диспетчеров энергосистем с помощью персональных ЭВМ / В.Н. Авраменко, В.Л. Прихно, Т.М. Гуреева, Н.Т. Юнеева // Техн.электродинамика. - Спец.вып. 2. - 1998. - Т. 1.-С. 175-178.

7. Авраменко В.М. Підвищення стійкості ОЕС України за допомогою мікропроцесорного регулювання потужності турбін енергоблоків АЕС / В.М. Авраменко, Н.Т. Юнєєва, Т.М. Гурєєва, М.Ю. Козлов, А.М. Коровко // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2011. - №3. - С. 67-71.

8. Юнеева Н.Т. Аппроксимация зависимости мощности от фазовых углов наряжения для оценки устойчивости электросетей / Н.Т. Юнеева // Математические методы в технике и технологиях: XXII Междунар. науч. конф.: Сб. трудов. - Псков, 2009. - Т. 8. - С. 92-93.

9. Юнеева Н.Т. Микропроцессорный регулятор мощности турбин АЭС средство повышения динамической устойчивости энергосистемы / Н.Т. Юнеева // Математические методы в технике и технологиях: XXIV Междунар. науч. конф.: Сб. трудов. - Саратов, 2011. - Т 6. - С. 57-60.

10. Авраменко В.М. Синхронізовані виміри фазових кутів напруги як новий засіб контролю рівня статичної стійкості енергосистеми / В.М. Авраменко, Н.Т. Юнєєва, В.К. Туваржієв, Б.М. Дрозд, В.Н. Бекало, О.Ф. Ніколаєнко // Новини енергетики. - 2009. - №3. - С. 41-48.

Размещено на Allbest.ru