Модели основных страт Единой электроэнергетической системы Украины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

Модели основных страт Единой электроэнергетической системы Украины

В.М. Левыкин, М.С. Кудрявцева

Аннотация

страта электроэнергетический система единый

Рассматривается проектирование многоуровневых систем государственного назначения со сложной структурой на примере Единой электроэнергетической системы Украины. На основании разработанной структурно-функциональной схемы электрической части энергосистемы определены основные страты электроэнергетической системы Украины: страта трансформаторных подстанций, страта преобразовательных подстанций, страта распределительных пунктов. Предложены математические модели выделенных страт. Формализованное описание основных страт энергосистемы позволит системному оператору Единой энергетической системы при возникновении нарушения на какой-либо из страт спрогнозировать возможность распространения аварии, вероятность повреждения оборудования других базисов энергосистемы и принять меры, ограничивающие аварийные режимы работы оборудования и всей системы.

Ключевые слова: страта, Единая электроэнергетическая система Украины, страта трансформаторных подстанций, страта преобразовательных подстанций, страта распределительных пунктов, регулярная схема системных моделей.

Введение

Особенностью проектирования многоуровневых систем государственного назначения со сложной структурой, таких как комплексная система управления атомными электростанциями, единая электроэнергетическая система, единая газотранспортная система является одновременно параллельно-последовательный характер: проектирование по уровням декомпозиции, которые формируют базисы «сверху-вниз», и в строгой логической последовательности на уровне «страт» «слева-направо». Рассмотрим эту проблему на примере Единой электроэнергетической системы (ЕЭС) Украины.

Постановка задачи исследования

Для повышения эффективности технической эксплуатации оборудования и оперативного управления работой многоуровневой электроэнергетической системы Украины в целом необходимо на основании разработанной в работе структурно-функциональной схемы электрической части энергосистемы, выделенных базисов Единой электроэнергетической системы Украины, определить основные страты Единой электроэнергетической системы Украины и формализовать их [1].

Анализ достижений и публикаций, в которых предложено решение данной проблемы

На сегодняшний день разработано большое число методов, моделей, инструментальных средств для диагностики состояния и локализации неисправностей оборудования [2]. Разработаны модели, обеспечивающие повышение уровня безотказности и безаварийности работы электроэнергетического оборудования, функционирования и управления техническими системами в аварийных ситуациях [3, 4].

Выделение нерешенных вопросов общей проблемы, которым посвящена данная статья

Однако, перечисленные методы, модели и инструментальные средства, как правило, разработаны для отдельных элементов и узлов оборудования электроэнергетического комплекса, не учитывают многоуровневую сложную структуру электроэнергетических систем, что приводит к несогласованности отдельных решений, отказам и авариям в работе оборудования.

Поэтому необходимо на основании разработанной структурно-функциональной схемы электрической части энергосистемы выделить основные страты энергосистемы и разработать модели, описывающие данные страты. Формализованное описание основных страт энергосистемы позволит системному оператору Единой энергетической системы при возникновении нарушения на какой-либо из страт спрогнозировать возможность распространения аварии, вероятность повреждения оборудования других базисов энергосистемы и принять меры, ограничивающие режимы с параметрами, выходящими за пределы требований технических регламентов.

Изложение основного материала исследования

Введем основные термины. Трансформаторная подстанция (ТПС) - электрическая подстанция, предназначенная для повышения или понижения напряжения в сети переменного тока и для распределения электроэнергии. ТПС подразделяются на повышающие ТПС и понижающие ТПС. Повышающие ТПС сооружаются обычно при электростанциях и преобразуют напряжение, вырабатываемое генераторами, в более высокое напряжение. Понижающие ТПС преобразуют первичное напряжение электрической сети в более низкое вторичное [5].

Преобразовательная подстанция (ППС) - электрическая подстанция, предназначенная для преобразования электрического тока по частоте и числу фаз. На линиях электропередачи постоянного тока ППС служат для преобразования трёхфазного тока в постоянный в начале линии (выпрямление) и обратного преобразования в конце линии (инвертирование) [5].

Распределительным пунктом (РП) называется электроустановка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации, не входящая в состав подстанции [5].

Структурно-функциональная схема электрической части энергосистемы представлена на рисунке 1.

Элементами структуры являются повышающие трансформаторные подстанции (напряжением 1150кВ, 800кВ, 750кВ, 500кВ, 330кВ) - это отдельные энергосистемы и объединения электростанций внутри энергосистемы; преобразовательная подстанция 400кВ, служащая для связи энергосистем; понижающие трансформаторные подстанции (напряжением 220кВ-6кВ) - энергоснабжение крупных и небольших промышленных объектов, городов, населенных пунктов; распределительные пункты 20кВ-0,38кВ - для подведения электроэнергии к потребителям.

Рис. 1 Структурно-функциональная схема электрической части энергосистемы

Переходами между подстанциями являются воздушные и кабельные линии соответствующего напряжения.

Для описания структурно-функциональной схемы электрической части энергосистемы по стратам необходимо декомпозировать их на отдельные элементы. Для этого необходимо описать структурные схемы трансформаторной подстанции, преобразовательной подстанции, распределительного пункта.

Структурная схема трансформаторной подстанции включает все возможные входящие в ее состав элементы: открытое распределительное устройство высшего или среднего напряжения, основные преобразовательные агрегаты (силовые трансформаторы или автотрансформаторы), устройства для повышения коэффициента мощности, вспомогательные установки и сооружения, открытое или закрытое распределительное устройство низшего напряжения, т.е. описывает обобщенный тип трансформаторной подстанции.

Структурная схема трансформаторной подстанции представлена на рисунке 4.

Для формализации данной структурной схемы целесообразно использовать модифицированный язык регулярных схем алгоритмов с построением на базе его регулярных схем системных моделей (РССМ). РССМ необходимо представить в виде, позволяющем полноценно описать формализуемую структуру [6]:

, (1)

где - закон комбинации базовых процессов РСА;

y_j - элементы алгебры операторов R₀, определяющие операции функционирования трансформаторного оборудования;

x_k - логические условия (элементы алгебры условий R_y);

- тождественно-эквивалентный оператор; - пустой оператор;

- процесс умножения моделей (последовательное выполнение операторов, задач строго в порядке их очередности), обозначается « · »;

- дизъюнкция элементов модели.

Рис. 4 Структурная схема трансформаторной подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 (продолжение). Структурная схема трансформаторной подстанции

В общем виде модель страты трансформаторных подстанций с использованием модифицированного языка регулярных схем алгоритмов представим выражением вида

, (2)

где ? открытое распределительное устройство высшего или среднего напряжения, ? основные преобразовательные агрегаты, ? устройства повышения коэффициента мощности, ? вспомогательные установки и сооружения, ? открытое или закрытое распределительное устройство. Остальные элементы модели определены в соответствии со структурной схемой трансформаторных подстанций.

С помощью представленной модели можно описать любую трансформаторную подстанцию в рамках множества подстанций структурно-функциональной схемы электрической части энергосистемы:

,

где TPS_n - трансформаторная подстанция n-ого напряжения;

b, c, d, f, g - индексы трансформаторных подстанций, по способу соединения представляющих собой иерархическую структуру;

h, k, L, m, p - индексы трансформаторных подстанций, по способу соединения представляющих собой магистральную структуру.

Но на практике подстанция может не содержать все описанные в модели элементы. В качестве примера применения данной модели рассмотрим ПС 330кВ «Хмельницкая» Юго-Западной электроэнергетической системы. Обобщенная структурная схема ПС 330кВ «Хмельницкая» представлена на рисунке 5.

Рис. 5 Обобщенная структурная схема ПС 330кВ «Хмельницкая»

Основными элементами данной подстанции являются открытое распределительное устройство 330кВ и 110кВ ; три понижающие автотрансформаторы разного напряжения, которые используются для обеспечения высокой надежности системы ; вспомогательные устройства и общеподстанционный пункт управления, совмещенный с закрытым рапределительным устройством 10кВ и 6кВ .

Тогда с учетом (1)-(2) модель ПС 330кВ «Хмельницкая» можно представить в общем виде

, (3)

С учетом значений (2) - (3) модель ПС 330кВ «Хмельницкая» можно представить в виде

, (4)

где - понижающий трансформатор (входное напряжение 330 кВ, выходное напряжение 110 кВ и 10 кВ);

- понижающий трансформатор (входное напряжение 110 кВ, выходное напряжение 35 кВ и 10 кВ);

- понижающий трансформатор (входное напряжение 10 кВ, выходное напряжение 6 кВ);

Обобщенная структурная схема преобразовательной подстанции представлена на рисунке 6.

Обобщенная структурная схема распределительного пункта представлена на рисунке 7.

В общем виде модель страты преобразовательных подстанций с использованием модифицированного языка регулярных схем алгоритмов имеет вид

, (5)

где ? распределительное устройство переменного тока; ? машинный зал с преобразовательными устройствами; ? распределительное устройство выпрямленного тока; ? система охлаждения и вентиляции; ? вспомогательное оборудование.

С помощью разработанной модели страты преобразовательных подстанций можно описать любую преобразовательную подстанцию в рамках множества подстанций структурно-функциональной схемы электрической части энергосистемы: , где PPS₄₀₀ ? преобразовательная подстанция 400кВ.

Рис. 6 Обобщенная структурная схема преобразовательной подстанции

Рис. 7 Обобщенная структурная схема распределительного пункта

В общем виде модель страты распределительных пунктов с использованием модифицированного языка регулярных схем алгоритмов имеет вид

, (6)

где ? сборные шины; ? соединительные шины; ? устройства коммутации; ? устройства автоматики; ? устройства измерения электрических параметров процесса распределения и потребления энергии; ? вспомогательные устройства. Остальные элементы модели определены в соответствии со структурной схемой распределительных пунктов.

С помощью разработанной модели страты распределительных пунктов можно описать любой распределительный пункт структурно-функциональной схемы электрической части энергосистемы:

,

где RP_n - распределительный пункт n-ого напряжения;

L, m, pk, pL, pm, pn, pr - индексы распределительных пунктов, по способу соединения представляющих собой магистрально-радиальная (смешанная) структуру.

Выводы из данного исследования

Разработанные модели страты трансформаторных подстанций, страты преобразовательных подстанций, страты распределительных пунктов ЕЭС Украины описывают все основные страты электроэнергетической системы Украины с учетом иерархической и распределенной структуры объекта управления. В рамках Единой электроэнергетической системы Украины разработанные модели позволяют не только описать все ее логически последовательные горизонтальные связи, но и при возникновении нарушения на какой-либо из страт электроэнергетической системы Украины спрогнозировать дальнейший ход аварии и ограничить режимы ее работы с параметрами, выходящими за пределы требований технических регламентов.

Литература

1. Левыкин, В.М. Модели основных базисов Единой электроэнергетической системы Украины / В.М. Левыкин, М.С Кудрявцева // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». 2009, №650. С. 124-134.

2. Кудрявцева, М.С. Модели выбора методов для диагностики трансформаторного оборудования // Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке: Cб. научн. трудов 11-го Международного молодежного форума. Харьков, 10-12 апреля 2007 г. Харьков, 2007. Ч. 1. C. 416.

3. Левыкин, В.М. Математические модели определения причин и последствий нарушений работы трансформаторного оборудования / В.М. Левыкин, М.С. Кудрявцева // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2006, №1 (10). C. 42 - 50.

4. Кудрявцева, М.С. Модели выбора методов для диагностики трансформаторного оборудования // Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке: Cб. научн. трудов 11-го Международного молодежного форума. Харьков, 10-12 апреля 2007 г. Харьков, 2007. Ч. 1. C. 416.

5. Грудинский, П. Г. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций: учеб. пособие / Грудинский П. Г., Мандрыкин С. А., Улицкий М. С.; под ред. П. И. Устинова. М.: Энергия, 1974. 576 с.

6. Жихарев, В.Я. Математические основы проектирования рекурсивных автоматов с программируемой логикой: научн. изд. / В.Я. Жихарев, В.М. Илюшко, И.В. Чумаченько; под ред. В.Я. Жихарева. Х.: Факт, 1999. 144 с. (Университетская книга).

Размещено на Allbest.ru