Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Организация противоаварийного управления в энергосистемах. Учебное пособие
.pdf
Термины и понятия соответствуют Правилам технологического
функционирования электроэнергетических систем, утвержденным
постановлением Правительства Российской Федерации от 13 августа
2018 года № 937 [13] и ГОСТ 57114-2016 «Единая энергетическая
система и изолированно работающие энергосистемы. Электроэнергетические системы. Оперативно-диспетчерское управление в электроэнергетике и оперативно-технологическое управление. Термины и
определения» [12].
11
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
АЛАР – автоматика ликвидации асинхронного режима.
АОПН – автоматика ограничения повышения напряжения.
АОПО – автоматика предотвращения недопустимой по величине
и длительности токовой нагрузки ЛЭП и электросетевого оборудования.
АОСН – автоматика ограничения снижения напряжения.
АОСЧ – автоматика ограничения снижения частоты.
АОПЧ – автоматика ограничения повышения частоты.
АПНУ – автоматика предотвращения нарушения устойчивости.
АРО СГО – автоматика разгрузки при отключении ЛЭП, сетевого и
(или) генерирующего оборудования.
АРКЗ – автоматика разгрузки при коротких замыканиях.
АРПМ – автоматика разгрузки при перегрузке по мощности.
АЧВР – автоматический частотный ввод резерва.
АЧР – автоматическая частотная разгрузка.
АЭС – атомная электростанция.
ГАЭС – гидроаккумулирующая электростанция.
ГЭС – гидроэлектростанция.
ДАР – дополнительная автоматическая разгрузка.
ДРТ – длительная разгрузка турбин энергоблоков.
КПР – контроль предшествующего режима.
КРТ – кратковременная разгрузка турбин энергоблоков.
ЛЭП – линия электропередачи.
ОЭС – объединенная энергетическая система.
ПА – противоаварийная автоматика.
ТЭС – тепловая электростанция.
УВ – управляющие воздействия.
УВК – управляющий вычислительный комплекс.
ЦСПА – централизованная система противоаварийной автоматики.
ЧДА – частотная делительная автоматика.
ЧАПВ – частотное автоматическое повторное включение.
ЭДС – электродвижущая сила.
12
2. ХАРАКТЕР АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ
В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ
Сфера приложения противоаварийного управления – это, преж-
де всего, переходные электромеханические процессы в аварийных
режимах.
Аварийные процессы в энергосистеме являются следствием возникновения повреждений оборудования, перекрытия и пробоя изоляции, ложных срабатываний различных устройств и аппаратов, ошибочных действий персонала, в результате которых, как правило, имеют место отключения элементов оборудования электростанций, передающей сети или потребителей. Сочетание первоначального возмущения (обычно короткого замыкания) и последующего изменения
исходной схемы называется аварийным возмущением. Аварийное
возмущение называется проходящим, если его ликвидация не связана
с необходимостью изменения исходной схемы или это изменение
столь незначительно, что с ним в расчетах можно не считаться. С
другой стороны, достаточно распространенной следует считать ситуацию, когда первоначальная причина (короткое замыкание) оказывает несоизмеримо меньшее воздействие на протекание аварийного
процесса, чем следующее за ним отключение генерирующей мощности или ослабление сети. В этих случаях, а также при ложных (ошибочных) отключениях элементов энергосистемы аварийное возмущение сводится к внезапному изменению схемы. Переходный процесс,
который имеет место в результате такого аварийного возмущения,
называется «простым переходом».
Наиболее распространенными аварийными возмущениями, на
которые, прежде всего, ориентируется противоаварийная автоматика,
являются следующие три вида аварийных возмущений: короткое замыкание с последующим ослаблением сети, аварийное ослабление
сети и аварийный сброс генераторной мощности (два последних приводят к «простым переходам»). Но и при таком ограниченном наборе
13
основных расчетных видов аварийных возмущений в сложных энергосистемах с их многообразием схем и режимов может возникать
бесчисленное множество разнообразных аварийных ситуаций.
Для пояснения физической сущности аварийных процессов и качественной оценки условий устойчивости в последующем во многих случаях используется классический аппарат анализа, основывающийся на
тех или иных модификациях известного «правила площадей». Для использования его в каждом данном случае энергосистема должна быть
приведена к так называемому «двухмашинному эквиваленту».
Введем понятие «опасного сечения». Оно определяет условное
сечение связей в сложной энергосистеме, по которому происходит
раздел ее на две части с различными частотами в случае нарушения
устойчивости и возникновения асинхронного хода при данной аварийной ситуации. Каждое из «опасных сечений» связано с некоторой
характерной группой аварийных ситуаций. Число потенциальных
«опасных сечений» в сложной схеме энергосистемы может быть достаточно большим, но вполне обозримым [16].
Рис. 2.1. Схема некоторой условной энергосистемы
14
На рис. 2.1 представлена скелетная схема некоторой условной
энергосистемы, где Г1, …, Гm обозначают эквивалентные генераторные узлы, а H1, …, Hn – узлы нагрузки; 1, …, i – эквивалентные связи,
включающие линии электропередачи различных классов напряжения
и трансформаторы. OC1, …, OC7 обозначены некоторые из возможных «опасных сечений». При указанных на рисунке направлениях перетоков мощности по связям достаточно очевидно, что, например,
разрыв или ослабление связи 3-4 может привести к нарушению устойчивости с разделением энергосистемы на несинхронно вращающиеся части по сечениям OC2, OC3 или OC5, но вряд ли реально по
сечениям OC4 или OC7. Те же сечения могут оказаться опасными при
аварийном снижении генерации Г7. Кроме того, в этой аварийной ситуации «опасным» может оказаться сечение OC1.
Какое из названных претендентов на роль «опасного сечения»
окажется действительно «опасным» при данной аварийной ситуации
зависит от состава (пропускной способности) связей, входящих в каждое из этих сечений, значений перетоков мощности по связям и других причин.
Опуская вопрос о практических способах выявления «опасного
сечения», обратимся к эквивалентной схеме энергосистемы, которая
может быть получена в результате приведения генераторов и нагрузок, расположенных по разные стороны «опасного сечения», к двум
эквивалентным генераторным и нагрузочным узлам Г1Э, Г2Э, H1Э, H2Э.
(рис. 2.2, а). Эта «двухмашинная» схема замещения представляет исходную схему энергосистемы (см. рис. 2.1) применительно к некоторой группе аварийных ситуаций, для которых «опасным» является
одно и то же сечение, причем связь между эквивалентными узлами в
схеме рис. 2.2, а имеет ту же пропускную способность (уровень устойчивости), что и в «опасном сечении» исходной схемы. Для исследования всей совокупности аварийных ситуаций необходимо рассматривать такое количество схем замещения, которое соответствует
числу возможных «опасных сечений» [16].
15
Рис. 2.2. «Двухмашинная» схема замещения (а)
и схема замещения «машина – линия» (б)
Известно, что для анализа электромеханических переходных
процессов в схеме на рис. 2.2, а может использоваться следующая
система уравнений:
где HJ1, HJ2 – значения инерционных постоянных эквивалентных генераторов Г1Э, Г2Э, приведенные к базисной мощности; Е1, Е2 – значения ЭДС эквивалентных генераторов; δ1, δ2 – углы векторов ЭДС E1
и E2 относительно синхронно вращающейся оси; δ12 = δ1 – δ2 – угол
между векторами ЭДС E1 и E2; Z11, Z22, Z12 модули собственных и взаимного сопротивлений; α11, α22, α12 – дополнительные до 90° углы сопротивлений; Z11, Z22, Z12; PТ1, PТ2 – приведенные к базисному значению моменты (мощности) первичных двигателей эквивалентных генераторов Г1Э, Г2Э. Выделим два характерных случая, определяемых
соотношением параметров эквивалентных узлов схемы на рис. 2.2, а
в зависимости от рассматриваемого «опасного сечения». В случае отделения «опасным сечением» удаленной электростанции (например,
Г7 при рассмотрении ОС4) эквивалентная схема на рис. 2.2, а вырождается в простейшую: «машина – линия» – «шины бесконечной мощ-
16
ности» (рис. 2.2, б), электромеханические переходные процессы в которой могут описываться уравнением
где HJ, PT, Pm – инерционная постоянная, момент (мощность) первичного двигателя и максимум моментно-угловой характеристики эквивалентного генератора удаленной электростанции (в рассматриваемом примере – Г7); δ – угол между векторами ЭДС генератора и напряжения «шин бесконечной мощности». В других случаях «опасное
сечение» разделяет исходную схему энергосистемы на две подсистемы с соизмеримыми суммарными мощностями электростанций в каждой из них. Для этих случаев система уравнений (2.1) приводится к
следующему виду:
где
Очевидна аналогия уравнений (2.3) и (2.2), а следовательно, и
возможность использования единой методики анализа. При этом, однако, следует иметь в виду, что уравнением (2.3) описывается только
относительное движение эквивалентных генераторов, и лишь в пределах этой составляющей движения можно вести анализ с использо-
17
ванием (2.3). В последующем изложении, при отсутствии соответствующих оговорок, анализ процессов с использованием «правила
площадей» ведется без учета изменения частоты в энергосистеме.
При этом независимо от типа двухмашинной схемы используются
обозначения, принятые в (2.2).
Применительно к случаю короткого замыкания (КЗ) с последующим ослаблением связи в «опасном сечении» для применения «правила площадей» следует рассмотреть три характерные моментноугловые характеристики: при полном составе связи, во время короткого замыкания и после отключения поврежденного участка (ослабления) связи. Эти характеристики, приведенные на рис. 2.3, обозна-
чены соответственно а, б, в, а соответствующие им значения
. Значение PT в течение рассматриваемого здесь интер-
вала переходного процесса предполагается неизменным.
Рис. 2.3. Интервал переходного процесса
18
В исходном режиме система находится в состоянии
, которому соответствует точка 1 пересечения пря-
мой PT и синусоиды а на рис. 2.3. В момент возникновения короткого
замыкания Рm снижается до значения, соответствующего новым условиям, и происходит переход на характеристику б. При этом в силу
инерционности вращающихся масс роторов угол δ остается неизменным. Далее в результате возникшего небаланса угол начинает расти и
за время короткого замыкания
достигает значения,
соответствующего точке 3. В момент отключения поврежденной ЛЭП
происходит переход на характеристику в, и под действием накопленной за время короткого замыкания избыточной кинетической энергии
и, возможно, сохраняющегося небаланса продолжается увеличение
угла δ.
В соответствии с «правилом площадей» устойчивость параллельной работы сохраняется, если выполняется условие энергетического
баланса, которое графически интерпретируется соотношением площадок ускорения и торможения
определяемых на основе вычисления интегралов:
где δ(i) – значение угла δ, соответствующее точке i на характеристике.
Аналогичным образом определяются условия устойчивости в случае «простого перехода», связанного с ослаблением связи без короткого
замыкания. При этом исключается лишь переход на характеристику б.
Рассмотрение «простого перехода», связанного с отключением
генерирующей мощности ΔPГ2 приемной части энергосистемы, имеет
смысл лишь в схеме, тип которой показан на рис. 2.2, а. При этом в
19
момент возникновения аварийного возмущения происходит изменение значений P
и НJ2 и в результате – значения РT на некоторую ве-
Г2
личину ΔPT.
В большинстве практически важных случаев относительное изменение инерционной постоянной невелико (ΔНJ2 <<НJ2) и с ним при
определении ΔPT можно не считаться. При этом допущении ΔPT определяется после соответствующих преобразований выражения для
Р
в (2.3) в виде:
Тэ
Иногда при аварийном отключении генераторной мощности при-
ходится считаться с изменением
. Изменение
очевидно, приведет к дополнительной корректировке значения ΔPT, а
изменение Рm связано с переходом на новую моментно-угловую ха-
,
рактеристику.
При сохранении устойчивости во время электромеханического
переходного процесса энергосистема переходит к квазиустановившемуся режиму, а затем под действием регуляторов скорости турбин и
вторичных систем регулирования частоты и мощности – к новому
стационарному режиму, который в зависимости от характера аварийного возмущения и воздействия системы противоаварийного управления, как правило, отличается от исходного. При этом противоаварийное управление должно осуществляться с учетом требований и
этого режима.
Особые условия в энергосистеме создаются при нарушении устойчивости и возникновении асинхронного режима, который, как
правило, сопровождается глубокими изменениями режимных параметров. Существующие расчетные методы и программные комплексы позволяют в лучшем случае рассчитать изменение режимных параметров энергосистемы лишь в начальной стадии развития асинхронного режима и получить некоторые приближенные оценки возможности его развития. Однако дальнейшее развитие процесса, осо-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]