Влияние запаздывания в канале автоматической частотной разгрузки на реализацию способа отключения нагрузки на уровне 0,4 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО НИУ "Московский энергетический институт"

Влияние запаздывания в канале автоматической частотной разгрузки на реализацию способа отключения нагрузки на уровне 0,4 кВ

Б.М. Гиёев, Я.Л. Арцишевский, А. Масуд

Аннотация

В энергосистемах функционирует система средств предотвращения недопустимого снижения частоты включая АЧР. Математическое моделирование переходных процессов в энергосистеме при исследовании процессов возникновения небаланса активной мощности и последующего снижения частоты при отсутствии запаздывания в канале АЧР порождает кусочно-экспоненциальный переходный процесс. В этом случае срабатывают не все очереди устройств АЧР, соответственно, только часть, достаточная для стабилизации частоты. Однако, учитывая динамическую погрешность реле частоты и время отключения силового выключателя в модели вводят задержку равную 0,1ч0,3 с. Эта задержка приводит к известным затруднением в действии АЧР в части возможности развития лавины частоты и отклонения фактического объема разгрузки от требуемого.

Ключевые слова: баланс мощности, автоматическая частотная разгрузка, система АИИСУКЭ, модифицированные счетчики.

Abstract

Mathematical modeling of transients in the power system in studies of processes of unbalance of active power and the subsequent reduction of frequency in the absence of delay in the channels of AUFLS to procreate a piecewise-exponential transient process. In this case, not all the queues of the AUFLS devices are triggered respectively will operate only part sufficiently to stabilize the frequency. However, taking into account the dynamical Inaccuracy of the underfrequency relay and the turn-off time of the breaker in the model is introduced by a delay about 0.1 ч 0.3 s. These delays cause a known difficulty in the operating of the AUFLS in terms of the development opportunities frequency avalanche and deviating of the actual capacity of unloading from the required.

Key words: power balance, automatic underfrequency load shedding (AUFLS), Automated Information-Measuring System for Commercial Accounting of Electric Power (AIMSCAEP), the modified counters.

Развитие рынка электроэнергии уже сегодня и особенно в перспективе требует детального учета энергозависимости современной инфраструктуры быта, корпоративных информационных систем, социально значимых объектов при реализации противоаварийных балансирующих отключений. К таким отключениям относятся устройства специальной автоматики ограничения нагрузки (САОН) [1], автоматическая частотная разгрузка (АЧР) и команды диспетчеров.

В энергосистемах России противоаварийное ограничение снижения частоты реализуется многоэлементной структурой программно-технических средств, см. табл. 1.

Обеспечение надежности электроснабжения при переходе в изолированный режим требует перевода отключений нагрузок по командам АЧР на уровень 0,4 кВ с обеспечением быстродействия и селективности, включая динамически изменяемую приоритетность. Переход на уровень 0,4 кВ достигается за счет интеграции системы АСКУЭ с устройствами противоаварийной автоматики, в том числе для реализации команд АЧР [4].

Необходимость перевода команды устройств ачр на уровень 0,4 кв. Комплекс программно-технических средств предлагается реализовать путем интеграции с уже существующими микропроцессорными терминалами систем релейной защиты и автоматики (РЗА) на линиях 10 кВ, микропроцессорными счетчиками учета электроэнергии с управляющим контактом у потребителей 0,4 кВ и информационной автоматизированной системой контроля и управлением энергопотребления (АСКУЭ), при этом обеспечивается надежность электроснабжения при реализации отключения нагрузки на уровне 0,4 кВ.

Таблица 1. Виды устройств автоматики предотвращения снижения частоты

В данной работе рассматривается совмещенная работа АЧР-I и АЧР-II.

Установленные в настоящее время устройства АЧР сохраняют свое положение на линиях 10 кВ [2] и систему обслуживания, а их команды на отключения передаются в сеть 0,4 кВ с использованием цикла отключение-включение рабочего тока линии 10 кВ. Команды на реализацию управляющих воздействий распространяются в сети 0,4 кВ в форме провалов напряжения с заранее установленной длительностью и реализуются в алгоритмах счетчиков АСКУЭ для отключения потребителей.

На рис. 1 приведен пример структуры интеграции ПТК АЧР и АСКУЭ. Предусматривается сохранение принятого в настоящие время порядка расстановки устройств АЧР на фидерах 10 кВ с действием на отключение.

При снижении частоты команда от устройства АЧР на отключение нагрузки 0,4 кВ транслируется в сеть 10/0,4 кВ в форме провала питающего напряжения заданной длительности (с учетом разброса) путем отключения-включения выключателя фидера 10 кВ. Управление каждым из отключенных электроприемников 0,4 кВ осуществляется с помощью контактов индивидуальных счетчиков учета электроэнергии. При этом во множестве счетчиков электроэнергии в сети 0,4 кВ запускается алгоритм контроля длительности провала, последующее включение через заданное время выключателя 10 кВ формирует команду на отключения в сети 0,4 кВ, которые и реализуют множество счетчиков учета электроэнергии. А ведь именно задержка, длительность провала используется для перевода реализации команды АЧР на уровень 0,4 кВ. При этом наиболее приоритетная часть электроприемников не отключается, что и является целью данной работы. небаланс мощность частотный разгрузка

Так же на рис. 1 показана выходная цепь команды «на отключение» от устройства АЧР, установленного на ПС 35/10 кВ, она подключена не на цепь отключения выключателя, а на логический вход микропроцессорного устройства РЗА (МП РЗА), которое без задержки отключает выключатель 10 кВ. При этом реализуется вариант быстродействующего отключения нагрузки по командам очередей АЧР-I.

Моделирование процессов управления. На рис. 2,3,4 приведены модельные осциллограммы изменения частоты в участке энергосистем при действии АЧР, полученные в программной среде PSCAD при следующих условиях:

Максимальный расчетный дефицит активной мощности составляет ?P_{деф.макс}=20, 30, 40, 50%, тогда максимальный объем нагрузки, подключенной к быстродействующим очередям АЧР-I для каждого дефицита принимается на 5 % больше. . Постоянная инерция вращающихся масс в энергосистеме TJ=6.0 с, коэффициент регулирующего эффекта нагрузки Кн=2.0, количество очередей принимается равной 20. Уставка по частоте принята по [3] от 48,8 до 46,9 Гц. с равномерным шагом по частоте 0,1 Гц и равномерном распределениям отключаемой нагрузки. Каждая очередь отключает нагрузку в объеме

?P_АЧРi= ?P_АЧР /20, %

Семейство осциллограмм порождено одним параметром-временем задержки ?t_АЧР на реализацию команды реле частоты в каждом из устройств АЧР. Этот параметр учитывает реальные значения времени срабатывания собственно реле частоты, времени выходного промежуточного реле, а так же время отключения силового выключателя.

Кроме этого, обычно предусматривается дополнительная задержка для отстройки от кратковременных срабатываний реле частоты при коммутациях в первичных сетях. Данная величина согласно [3] выбирается 0,2-0,3 с.

В серии опытов использована задержка ?t_АЧР=0.3 с. (см. рис. 2, 3 и 4).

Основным назначением рассматриваемой быстродействующей АЧР является предотвращение снижения частоты ниже 46 Гц. с соблюдением условий селективности, т.е недопущением излишних отключений нагрузки с повышением частоты выше 50 Гц.

Реализованные на рис. 2,3 и 4 модельные осциллограммы при срабатывании очередей АЧР-I образованы в виде совокупности 30-40 и более временных интервалов.

Рис. 1 Пример структуры ПТК АЧР и АСКУЭ

Серия осциллограмм на рис. 2,3 и 4 позволяет наглядно оценить эффективность работы АЧР при различных вероятных исходных данных. Ясно видно, что при значениях ?t_АЧР =0.3 с. возникает эффект перерегулирования см. рис. 2, т.е. излишние отключения нагрузки с последующим повышением частоты выше 50 Гц. и действием регуляторов мощности агрегатов электростанции на уменьшение мощности генерации. В данном опыте такое положение не допустимо и характеризуется как неселективное и это неселективное действие обусловлено задержкой в реализации команды АЧР. Исходные данные и количество сработавших очередей для четырех опытов приведены в табл. 2, во всех опытах АЧР действовала правильно.

На рис. 2 приведены модельные осциллограммы изменения частоты при ?P_деф.=50% и ?t_АЧР=0,3 с.

Таблица 2. Исходные данные и количество сработавщих очередей

Объем неотключаемой нагрузки на каждом фидере 10 кВ принят 20 %. Следовательно объем нагрузки, подключаемой к фидерам каждой очереди АЧР должен быть увеличен от значения 2,75 до 3,44 %. В процессе функционирования головной выключатель без задержки отключает фидер 10 кВ с объемом нагрузки 3,44 %, а через 2,0 с. включается с нагрузкой 0,68%. При этом нагрузка 2,75% отключается по командам многочисленных счетчиков в сети 0,4 кВ.

Перед авторами использования провала заданной длительности в качестве команды в сеть 0,4 кВ встала актуальная задача оценить влияние провала на функционирования АЧР и оценить его влияние на неселективное действие АЧР-I.

Из сопоставленных осциллограмм на рис. 2,3 и 4 ясно видно, что в новом способе основное назначение быстродействующей подсистемы АЧР-I выполняется вполне удовлетворительно, причем предотвращается нарушение селективности.

Перевод отключения нагрузки на уровень 0,4 кВ по команде в виде провала 2.0 с. радикально изменяет тренды переходного процесса за счет кратковременного отключения, а потом включение части нагрузки, поэтому подъема частоты и возможности излишних неселективных отключений нагрузки на осциллограммах не наблюдается, что и подтверждается осциллограммами на рис. 2,3 и 4.

Рис. 2. Осциллограммы изменения частоты при ?P_деф.=50% и ?t_АЧР=0,3 с. при отключение на уровне 0,4 кВ с передачей команды в виде провала 2.0 с.

Как известно, наблюдаемое на осциллограммах рис. 2, 3 и 4 зависание частоты в диапазоне 48,5ч46 Гц. ограниченно во времени (90-100) с. и ликвидируется очередями АЧР-II, совмещенными с очередями АЧР-I на тех-же потребителях. Перевод реализации команд устройств АЧР категории АЧР-II целесообразно сохранить как у очередей АЧР-I с переводом реализации на уровень 0,4 кВ.

Рис. 3. Осциллограммы изменения частоты ?Pдеф.=40% и ?t_АЧР=0,3 с. при отключение на уровне 0,4 кВ с передачей команды в виде провала 2.0 с.

Рис. 4. Осциллограммы изменения частоты ?Pдеф.=30% и ?t_АЧР=0,3 с. при отключение на уровне 0,4 кВ с передачей команды в виде провала 2.0 с.

Выводы

1). Для реализации действия быстродействующих очередей АЧР-I на уровне 0,4 кВ с передачей команды в форме провала заданной длительности не приводит к потере быстродействия и нарушению селективности.

2). Рассматриваемый подход может быть рекомендован для практического опробования на отдельных фидерах микроэнергосистемы, потому что он практически без заметных материальных затрат реализует концепцию электро-информационной сети Smart Grid, EnrgyNet с переводом действия АЧР на 0,4 кВ, причем команда на отключение с высоким быстродействием передается по силовой сети в форме провала напряжения, а команда на последующее включение по команде частотного автоматического повторного включения (ЧАПВ) со значительной допустимой задержкой передается на управляющие счетчики по группировке каналов связи АСКУЭ (GSM, PLC, Ethernet).

Список литературы

[1].Патент, №0002542742. Способ аварийного ограничения нагрузки в силовой распределительной сети, 27.02.2015 г. / Бюл. Изобретений. №6.

[2].Рабинович Р.С. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1989. 352с.

[3]. СТО 59012820.29.240.001-2010. Технические правила организации в ЕЭС России автоматического ограничения снижения частоты при аварийном дефиците активной мощности (автоматическая частотная разгрузка). Стандарт организации ОАО « СО ЕЭС ».

[4]. Арцишевский Я.Л., Гиёев Б.М. Надежность электроснабжения ответственных потребителей 0,4 кВ при действии АЧР. Материалы XХII Международной научно-технической конференции «Перспективы развития электроэнергетики и высоковольтного электротехнического оборудования. Коммутационные аппараты, преобразовательная техника, микропроцессорные системы управления и защиты», ТРАВЭК, Москва 2015 г.

Размещено на Allbest.ru