Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ методов исследования динамической устойчивости электроэнергетических систем 8
1.1 Актуальность разработки информационно-программного комплекса для анализа динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем 8
1.2 Математическая формализация задачи динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем 14
1.3 Анализ способов представления энергосистем в форме математических моделей 18
1.4 Методы решения задач устойчивости и их анализ 24
1.4.1 Метод площадей 24
1.4.2 Прямой метод Ляпунова 27
1.4.3 Метод последовательных интервалов 29
1.4.4 Метод последовательных интегралов 30
1.4.5 Гармоническая линеаризация нелинейностей 31
1.4.6 Гибридные методы расчета динамической устойчивости 32
1.4.7 Общие выводы по анализу методов расчёта динамической устойчивости 37
1.5 Постановка задачи разработки автоматизированной системы для управления
миниэлектроэнергетическими комплексами в аварийных режимах работы 39
1.6 Выводы по главе 1 40
ГЛАВА 2. Разработка методики анализа динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем 42
2.1 Разработка методики расчёта динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем 42
2.2 Выбор метода математического моделирования миниэлектроэнергетических систем . 49
2.3 Разработка алгоритмов математического моделирования миниэлектроэнергетических систем 56
2.4 Разработка макромоделей вращающихся электрических машин 68
2.4.1 Разработка макромодели синхронной машины 69
2.4.2 Разработка макромодели асинхронной машины 73
2.5 Выбор математических моделей статических элементов 77
2.6 Выводы по главе 2 77
ГЛАВА 3. Разработка алгоритмов управления миниэлектроэнергетическими системами в аварийных режимах работы 79
3.1 Разработка алгоритма и функциональной схемы управления системами 79
3.2 Блок расчёта установившегося режима 84
3.3 Блок задания типа возмущающего воздействия 84
3.4 Блок моделирования и расчёта динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем 87
3.5 Блок формирования управляющих воздействий 90
3.6 Выводы по главе 3 99
ГЛАВА 4. Практическая реализация программного комплекса "РУСЭС" для исследования динамической устойчивости систем электроснабжения 100
4.1 Особенности реализации ПК "РУСЭС" 100
4.2 Основные компоненты программного комплекса и их краткое описание... 101
4.3 Требуемое программное обеспечение 102
4.4 Интерфейс программной среды 103
4.5 Элементная база ПК «РУСЭС» 105
4.6 Моделирование режимов работы миннэлектроэнергетических систем в ПК"РУСЭСИ 106
4.7 Адекватность результатов моделирования мини ЭЭС 107
4.8 Выводы по главе 4 114
Заключение 116
Библиографический список 118
Приложение 132
- Актуальность разработки информационно-программного комплекса для анализа динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем
- Разработка методики расчёта динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем
- Разработка алгоритма и функциональной схемы управления системами
- Адекватность результатов моделирования мини ЭЭС
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие миниэнергетической отрасли энергетики России стало возможным благодаря широкому использованию в системах электроснабжения промышленных предприятий, предприятий нефте-и газодобывающей отраслей собственных энергетических блоков, основную долю которых составляют газотурбинные и газопоршневые электрические станции.
Использование на предприятиях автономных электростанций привело, с одной стороны, к повышению надёжности промышленного электроснабжения и производству более дешёвой электрической энергии, с другой стороны, к усложнению условий эксплуатации собственных систем электроснабжения, их управляемости, и повышению вероятности появления тяжелых электрических режимов работы. Неизбежно возникающие аварийные режимы перерастают в тяжелые системные аварии в рамках предприятия, приводящие к отключению групп промышленных потребителей, в том числе, возможно, и электроприёмников первой категории, а также возможному выходу из строя самих энергетических блоков станций. Высокая стоимость технологического и генерирующего электрооборудования, недопустимость отключения важных технологических объектов предприятия требуют создания и внедрения эффективных и экономичных мероприятий, обеспечивающих устойчивость мтшэл ветроэнергетических систем при различных видах возмущений. Поэтому задача исследования электромагнитных переходных процессов, протекающих в системе электроснабжения, как при колебаниях нагрузки, связанных с режимами потребления электрической энергии технологическими установками, так и при аварийных ситуациях, является в настоящее время актуальной задачей миниэнергетики.
В настоящее время универсальным средством исследования переходных режимов работы электрооборудования являются цифровые электронно-вычислительные машины. Однако, существующие отечественные программные
4 продукты, используемые для оценки различных видов устойчивости, во-первых, узкоспециализированы, во-вторых, не отвечают современным требованиям полноты охвата по тематическим разделам, которые напрямую связаны с разделами расчёта и повышения устойчивости электроэнергетических систем, следовательно, не могут быть полноценным инструментарием инженера-исследователя. Необходимо отметить также, что анализ динамической устойчивости предполагает решение с помощью различных программных средств.
Таким образом, целью днгсертяіуитаной работы является повышение надёжности функционирования и локализации аварийных режимов систем электроснабжения за счет управления миниэлектроэнергетическими комплексами (миниЭЭС) на основе оценок устойчивости миниЭЭС, позволяющих комплексно, расчётными методами проверять возможность использования различных технических решений на этапах проектирования и эксплуатации миниЭЭС.
Алгоритм моделирования переходных и установившихся режимов, положенный в основу программного обеспечения, должен учитывать факторы, влияющие как на динамическую устойчивость работы миниЭЭС не принимаемых во внимание в типовых программах расчёта и анализа режимов электрических систем и систем электроснабжения.
Для достижения сформулированной цели ставится и решается следующая научная задача; автоматизация управления миниЭЭС в аварийных режимах работы на основе оценки динамической устойчивости, предлагающей последовательность мероприятий по предотвращению нештатных ситуаций и позволяющей рассчитать параметры систем противоаварийной автоматики (ПА).
Частными задачами исследования являются: формализация задачи динамической устойчивости для миниЭЭС; разработка методики расчёта и анализа динамической устойчивости на основе предварительно выбранной модели миниЭЭС; - разработка структуры и алгоритмов информационно-программного комплекса для автоматизированного управления миниЭЭС в аварийных режимах работы.
Методы исследования. В работе над диссертацией использовались фундаментальные и специальные теории: основ электротехники, электроснабжения, устойчивости, релейной защиты, моделирования, численных методов, матриц. Разработка программного обеспечения проводилась с использованием интегрированного программно-инструментального пакета создания ^ТМ^ОЖЇ-приложений Borland Delphi. Достоверность полученных при моделировании результатов достигается использованием обоснованных математических моделей структурных элементов электроэнергетической системы, а также корректностью последующих аналитических преобразований без дополнительных допущений. Для проверки адекватности результатов моделирования осциллограммам реальных переходных процессов использовалась методика на основе критерия Пирсона.
Научная новизна диссертационной работы представлена реализацией нового подхода к прогнозированию и управлению аварийными режимами миниЭЭС на основе методики расчета динамической устойчивости, заключающейся в пошаговой оценке критерия устойчивости миниЭЭС и использовании скалярной функции Ляпунова энергетического типа для анализа системы в "большом" в сочетании с методами, используемыми для исследования устойчивого состояния электромеханических систем во временной области.
Практическая значимость диссертации определяется следующим: разработана инженерная методика определения устойчивого состояния миниЭЭС; разработано программное обеспечение для ПЭВМ, обеспечивающее расчет и нахождение устойчивого состояния миниЭЭС в зависимости от ожидаемого состояния системы, электроснабжения в различных ситуациях
6 работы. Программный комплекс "Расчёт устойчивости систем электроснабжения" (ПК "РУСЭС") формирует последовательность мероприятий по предотвращению нештатных ситуаций и расчёту параметров систем ПА; сформирована база моделей структурных элементов миниЭЭС применительно к анализу динамической устойчивости; выполнено исследование режимов работы миниэлектроэнергетического комплекса предприятия ООО "Пермнефегазпереработка", на примере которого доказана необходимость коррекции системы автоматического регулирования в режимах, близких к аварийным, обеспечивающих сохранение производительности исполнительных механизмов на заданном уровне; информационно-программный комплекс "РУСЭС" следует рассматривать как составную часть единой системы диспетчерского управления миниЭЭС.
На зашиту выносятся следующие основные положения: база типовых математических моделей структурных элементов миниЭЭС применительно к анализу динамической устойчивости; методика расчёта и анализа динамической устойчивости на основе предварительно выбранной модели миниЭЭС; структура и алгоритмы информационно-программного комплекса управления миниЭЭС в аварийных режимах работы.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях электротехнического факультета ПГТУ (Пермь, 2000, 2003), конференции "Информация, инновации, инвестиции" (Пермь, 2001), Всероссийской научно-практической конференции "Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии" (Екатеринбург, 2001), IV-й и V-й Международных научно-практических конференциях «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения» (Пермь, 2001, 2002), региональной научной конференции спирантов и молодых ученых "НАУКА. ТЕХНИКА. ИННОВАЦИИ*' (Новосибирск, 2002), Ш международной научно-практической
7 конференции (Пенза, 2002), юбилейной 30-ой научно-практической конференции электротехнического факультета (Пермь, 2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ.
Структура и объём диссертация. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, список литературы и приложение, изложенные на 132 страницах. Содержит 18 рисунков, 3 таблицы. Библиографический список включает 140 наименований.
Внедрение результатов работы. Результаты проведённых работ по разработке методики расчета и анализа динамической устойчивости миниЭЭС и разработанный на её основе программный комплекс "РУСЭС" приняты к реализации на предприятии ООО "Пермнефтегазпереработка". Разработанное методическое и программное обеспечение используется в учебном процессе кафедры Микропроцессорных средств автоматизации Электротехнического факультета Ш ТУ.
Актуальность разработки информационно-программного комплекса для анализа динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем
Надёжность функционирования и живучесть многомашинных электроэнергетических систем при воздействии на систему различных возмущений обеспечивается качеством управления режимами и наличием запасов динамической устойчивости. Нарушение устойчивой параллельной работы синхронных генераторов в энергосистеме может быть вызвано различными причинами: аварийными отключениями генерирующих мощностей или сильно загруженных линий передачи, возникновением аварийного дефицита мощности. Возмущения могут привести к асинхронному ходу генераторов и разделению системы на электрически несвязанные части.
Запас динамической устойчивости [1-5] зависит от: - ограничений, накладываемых на связи между частями и отдельными элементами электроэнергетической системы; - значительных изменений потребления мощности; - вариации мощностей отдельных генераторов; - наличия плохо регулируемых и слабо демпфируемых низкочастотных электромеханических колебаний. Задача оценки запаса динамической устойчивости особенно сложна применительно к динамике нелинейного многомерного объекта, каким и является многомашинная миниЭЭС [5]. На промышленных предприятиях, в т.ч. промысловых предприятиях нефтегазовых месторождений, в последнее десятилетие широко внедряются собственные автономные электростанции. Системы электроснабжения таких предприятий называют миниэлектроэнергетическими системами (комплексами). /шниэлeктpoэнepгeтичecкaя система - это совокупность установок для производства, распределения и потребления электрической энергии [6, 7]. Однако, такое определение является весьма общим, поскольку под это определение попадает и любая другая электроэнергетическая система [8-11]. Выделим отличительные особенности миниЭЭС от крупных энергообъединений и локальных систем электроснабжения: - быстрота протекания переходных процессов; - отсутствие протяжённых внутрисистемных линий связи; - наличие собственных автономных генерирующих мощностей, которые могут как полностью обеспечивать местных потребителей, так и работать параллельно с крупными энергосистемами. МиниЭЭС могут быть как связаны с внешней энергосистемой (районным энергообъединением), так и работать автономно. Связи с внешней электроэнергетической системой (ЭЭС) можно классифицировать по признакам: - сильная связь (обусловлена высокой пропускной способностью межсистемной ЛЭП), в этом случае собственные элекфостанции, как правило, обеспечивают потребителей частично или выполняют роль резервного источника; - слабая связь (в данном случае пропускная способность внешних линий электропередачи невысока, и потребители обеспечиваются питанием в основном от собственных электростанций). В работах [12-15] содержится подробная классификация электростанций по назначению, по мощности и т. д. В миниЭЭС промышленных систем электроснабжения широкое распространение получили газопоршневые (ГПЭС) и газотурбинные (ГТЭС) электростанции. Основной причиной широкого применения газотурбинных установок (ГТУ) являются их преимущества по сравнению с паротурбинными: небольшие капиталовложения и сроки сооружения; простота эксштуатации; более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с гидравлическими и паровыми энергетическими установками; наличие собственного, недорогого энергоносителя - природного газа или продуктов нефтегазопереработки. Отечественная промышленность выпускает преимущественно ГТЭС малой и средней мощности (от 2,5 до 25 МВт), а ГПЭС мощностью до 1000 кВт, поэтому ряд существенных показателей отличается от параметров "привычного" оборудования тепловых и, тем более, гидравлических, электростанций. Особенности режимов и устойчивости газотурбинных генераторов (ГТГ) обуславливаются как широким диапазоном условий их работы в энергосистеме (от "жёсткой" связи с ней до автономной работы на местную нагрузку), так и конструктивными особенностями ГТУ, из-за которых ГТГ имеют неблагоприятные динамические параметры. Из факторов, определяющих устойчивость ГТЭС, наиболее существенны два обстоятельства. Во-первых, ГТУ такой мощности выполняются двух- или трёхвальными, поэтому они имеют значительно меньший момент инерции по сравнению с паровой турбиной, следовательно, и меньшие механические постоянные инерции генератора с его турбиной. При одинаковой мощности газо- и паротурбинных генераторов (например, средней мощности) механические постоянные инерции отличаются 1,5-2 раза [16]. Во-вторых, статические системы возбуждения газотурбинных генераторов (ГТГ), как правило, не имеют последовательных трансформаторов, обеспечивающих питание систем возбуждения от шин электростанции во время глубоких снижений напряжения при коротких замыканиях [16].
Таким образом, задача обеспечения надёжного электроснабжения в миниЭЭС от ГТЭС (ГПЭС) сложна и многогранна, зависит от выбранных расчётных условий, места расположения ГТЭС (ГПЭС) относительно других электростанций и узлов нагрузки, пропускной способности связей ГТЭС с энергосистемой (при наличии таковых).
Следует также отметить, что современные миниэлектроэнергетические комплексы отличаются от больших энергетических систем не только меньшими размерами, но и сложным характером взаимосвязи между её элементами. Технологическими особенностями миниЭЭС являются: непрерывный характер производственных процессов (генерации и потребления электрической продукции) и многосвязность системы как объекта управления. Данные обстоятельства указывают на проблему стабильной работы миниЭЭС (особенно это касается автономных систем или систем со слабой связью с большими ЭЭС), которая в отличие от "больших" энергосистем в меньшей степени саморегулируется [17,18, 19, 20].
Во всех этих случаях существуют трудности при обеспечении устойчивости генераторов, в первую очередь ГТЭС. Даже при наличии связей с энергосистемой ГТЭС могут вынужденно работать длительное время автономно, при повреждении данных связей.
Разработка методики расчёта динамической устойчивости миниэлектроэнергетических систем
Анализ методов расчёта динамической устойчивости систем электроснабжения, представленный в главе 1, показал, что при исследовании миниэлектроэнергетических систем наиболее точные и корректные результаты можно получить при использовании подходов, связанных с гибридизацией методов численного интегрирования и прямых методов исследования. Несмотря на достоинства этого подхода, в области практического использования прямого метода Ляпунова существует проблема определения критического значения функции Ляпунова, которое необходимо при оценке запаса динамической устойчивости. Использование функции Ляпунова для анализа динамической устойчивости энергосистем в методах [74, 75, 78, 81] связано с построением скалярных энергетических функций Ляпунова, которые можно физически трактовать как энергию системы в возмущённом движении. Разрабатываемая методика базируется на таком же подходе [93]. При этом для каждой траектории динамического перехода функция Ляпунова принимает значение, равное сумме кинетической и потенциальной энергии полной энергии возмущения. Если энергия возмущения превосходит критическое значение функции Ляпунова W , то происходит нарушение устойчивости - траектория движения покидает область притяжения устойчивого положения равновесия. Моделирование переходных процессов, естественно, предполагает получение информации о траектории движения системы. Таким образом, достигается простота построения функции Ляпунова наряду с точностью моделирования переходных процессов. Следовательно, в целом точность оценки миниЭЭС на устойчивость не теряется или теряется минимально, по крайней мере, гораздо меньше, чем при использовании других существующих методик, описанных в главе 1.
Численное моделирование переходных процессов позволяет получить информацию о траектории движения многомерной энергосистемы. Используя эту информацию, а именно траекторию динамического перехода при заданном возмущении, можно для каждого момента времени в соответствии с численной дискретизацией (шагом А) переходного процесса вычислить функцию Ляпунова энергетического типа. Путём отслеживания её изменения во времени (рис. 2.1.1), можно определить максимальное значение потенциальной энергии, которое сопоставляется с критическим, вычисляемым как ближайший локальный максимум на луче, идущем из точки равновесия для послеаварийного режима в направлении найденного локального максимума на траектории. Указанный луч имитирует увеличение интенсивности возмущения, вызывающего переходный процесс. Принципиальным в этом подходе является поиск не абстрактного (минимально возможного) запаса устойчивости, не связанного ни с какими ограничениями в отношении возможных траекторий возмущённого движения, а конкретного запаса устойчивости, соответствующий заданному возмущению, когда место приложения и вид возмущения сохраняются, но увеличивается его интенсивность [93].
При разработке методики используется аналогичный подход к выводу энергетической функции Ляпунова, что и описанный в п. 1.3. Т. е. выделяются три составляющие, которые описывают динамическое поведение ротора /-го генератора и баланс мощности по активной и реактивной составляющим. Однако, предлагается упрощение математической модели системы, связанное с исключением вычислений дополнительных параметров этой модели и увеличением скорости расчётов запаса динамической устойчивости.
Рассмотрим предлагаемую методику анализа динамической устойчивости, согласно которой энергетическая функция Ляпунова будет вычисляться на каждом шаге моделирования исследуемой миниэлектроэнергетической системы. Представим модель миниЭЭС в виде электрической сети, к узлам которой подключены синхронные генераторы и электрические нагрузки. Обозначим через / = 1,л количество узлов, к которым подключены генераторы и приложены их ЭДС (,-) с амплитудой е,- и фазой \/;. При этом узлы примыкания генераторов к сети имеют номера i+n. Пусть нагрузочные узлы имеют номера ]-п-\-\,п + т. К 7-му узлу, с напряжением «у и фазой pf, подключена нагрузка, которая равна Р - jQ . Таким образом, доказано, что полученная функция (см. (2.1.5)) может быть использована в качестве энергетической функции Ляпунова. Вывод о равенстве изменения полной энергии V(b,btu,&) нулю физически означает, что система, переведённая в результате какого-то возмущения из начального установившегося режима в новый (послеаварийный) установившийся режим, будет совершать движение по новой траектории - если она замкнутая, то движение будет устойчивым. После приложения и устранения возмущения послеаварийная траектория при устойчивом функционировании системы локализуется в окрестности устойчивого положения равновесия - установившегося режима. При колебательном характере послеаварийного процесса эти движения характеризуются последовательными преобразованиями кинетической энергии в потенциальную и наоборот. При этом на траектории существуют точки, в которых функция потенциальной энергии имеет локальные максимумы. Независимо от того, является ли рассматриваемая система консервативной или нет, увеличение интенсивности возмущения, т.е. времени отключения короткого замыкания, проводимости шунта короткого замыкания (КЗ) и т. п., приводит к увеличению максимальных значений потенциальной энергии на траектории. Когда оно достигнет некоторого критического значения, траектория покинет область притяжения устойчивого положения равновесия, и произойдет нарушение синхронной работы генераторов - рассматриваемая система потеряет динамическую устойчивость (синхронную и результирующую виды динамической устойчивости). Обозначим через 5 точку на границе области устойчивости, через которую траектория покидает область устойчивости при увеличении времени отключения КЗ. Через 5 обозначим точку локального максимума функции W на траектории, которая при увеличении времени отключения КЗ стремится к точке 5 .
Разработка алгоритма и функциональной схемы управления системами
Для предотвращения возникновения и развития аварий в миниэлектроэнергетических системах, их локализации и ликвидации путём выявления опасных аварийных возмущений или недопустимых отклонений параметров электрического режима и осуществления противоаварийного управления используется релейная защита и противоаварийная автоматика (РЗиА). При описании режимных принципов выполнения и действия противоаварийной автоматики (ПА), составлении инструкций по режимам работы энергообъединений, энергоузлов, межсистемных и внутрисистемных связей используют функциональные структурные схемы. Аппаратные структурные схемы необходимы для составления инструкций по обслуживанию ПА, оперативных заявок на вывод в ремонт ПА или её частей [120]. Предлагается следующий подход к построению функциональной структуры ПА с позиции поддержания устойчивого состояния миниЭЭС в аварийных режимах работы. Система противоаварийной автоматики в пределах своей зоны действия должна обеспечивать решение всей совокупности задач противоаварийного управления и должна включать в себя ряд подсистем, обеспечивающих: - предотвращение нарушения динамической устойчивости миниЭЭС (подсистема ПНДУ); - ликвидацию асинхронного режима (подсистема ЛАР); - ограничение снижения частоты (подсистема ОСЧ); - ограничение повышения частоты (подсистема ОПЧ); - ограничение снижения напряжения (подсистема ОСИ); - разгрузку (предотвращение недопустимой перегрузки) оборудования (подсистема РО). Подсистемы ПА, функционируя совместно, взаимно дополняют и резервируют друг друга и образуют, таким образом, эшелонированную систему противоаварийной автоматики, обеспечивающую требуемый уровень живучести миниэлектроэнергетических систем. При этом, для миниЭЭС, в отличие от больших ЭЭС, предлагается использовать в решении задач противоаварииного управления всех вышеуказанных подсистем. Например, в работах [4, 67, 91, 118, 120] авторы предлагают использовать только первые две подсистемы (ПНДУ и ЛАР), которые предполагают устранение асинхронного режима путём разделения сети. Действительно, бывают ситуации, когда задача обеспечения устойчивой работы не требует централизованного действия ПА и может решаться собственными (локальными) устройствами зашиты автономных станций. Например, короткие замыкания в схеме электроснабжения миниЭЭС вызывают интенсивное движение роторов генераторов собственных электростанций (при наличии связи с внешней энергосистемой реакция генераторов её энергоблоков не рассматривается). Поскольку любая из перечисленных подсистем ПА представляет собой некоторый набор автоматик, то их можно объединить в определённые виды. Каждая автоматика призвана решать определённую законченную задачу противоаварииного управления, складывающуюся из следующих операций: - фиксации аварийного возмущения или нарушения контролируемыми параметрами электрического режима заданных ограничений; - запоминания предаварийного состояния миниЭЭС: схемы и текущего режима в момент фиксации возмущения или нарушения параметрами режима заданных ограничений; - оценки степени тяжести аварийного возмущения и необходимости осуществления управляющих воздействий для зафиксированного предаварийного состояния миниЭЭС; - выбора вида, объёма и мест реализации управляющих воздействий; - реализации управляющих воздействий. Данные этапы противоаварийного управления реализованы в моделирующих блоках ПК "РУСЭС". Короткие замыкания в схеме электроснабжения миниЭЭС вызывают интенсивное движение роторов генераторов собственных электростанций (при наличии связи с внешней энергосистемой, реакция генераторов её энергоблоков не рассматривается). В этом случае задача обеспечения устойчивой работы не требует централизованного действия ПА и может решаться собственными (локальными) устройствами защиты автономных электростанций.
При изменении величины и направления перетоков мощности в миниЭЭС, изменении уровней напряжения противоаварийная автоматика должна получать информацию о состоянии схемы и параметрах режима, поэтому действие ПА требует централизованного сбора информации и обработки её по единому алгоритму, который формирует ПК "РУСЭС".
Разрабатываемые алгоритмы противоаварийного управления должны использовать принцип предварительного расчёта дозировки воздействий для всей совокупности аварийных возмущений, которые могут быть обнаружены и отслеживаться первичными измерительными преобразователями.
На основе вышеизложенного подхода к моделированию и расчёту динамической устойчивости миниЭЭС (см. гл. 2) разработан алгоритм управления миниЭЭС в аварийных режимах работы (рис. 3.1.1). Особенностью алгоритма является то, что вычисления производятся с использованием результатов предварительно проведённых расчётов режимов устойчивости, уставок срабатывания управляющих устройств (комплекты РЗиА, системы автоматического регулирования возбуждения (АРВ), преобразователи частоты и т. п.) миниЭЭС на ПК "РУСЭС". Алгоритм является особоответственньш, поскольку при неправильной организации противоаварийного управления воздействия, предназначенные для сохранения устойчивости в каком-либо сечении миниЭЭС, могут привести к опасному утяжелению режима и даже нарушению устойчивости в другом её сечении.
Адекватность результатов моделирования мини ЭЭС
Программный комплекс "РУСЭС" позволяет моделировать динамические процессы при переходе исследуемой системы электроснабжения из одного установившегося состояния в другое, соответствующего изменению её структуры и (или) режимов её работы.
Для расчета переходных процессов и установившегося режима работы исходная схема должна быть корректно составлена, т.е. в схеме не должно быть короткозамкнутых элементов (включённых короткозамыкателей с контактом на землю), незавершенных цепей и элементов с незаполненными паспортными параметрами.
После того, как в режиме редактирования составлена исследуемая миниэлектроэнергетическая система, выполняется запуск на моделирование. На первом этапе выполняется перерасчёт паспортных параметров структурных элементов миниЭЭС в параметры модели. Далее формируется топологический список элементов исследуемой системы, который характеризует состав и свойства обобщённой модели миниЭЭС, и определяются начальные условия моделирования. Составленная схема выходит на первоначальный стационарный (установившийся) режим. На следующем этапе оператор задаёт возмущение в системе путём: 1) выбора места и вида короткого замыкания; 2) выбора места и режима обрыва питающего фидера (отключение коммутационного аппарата, через который линия электропередачи участка электроснабжения получает питание извне). Выполнение данных операций осуществляется соответствующим выбором команды посредством контекстного меню, при нажатии правой клавиши манипулятора "мышь" на интересующем элементе. Программный комплекс выполняет расчет переходного процесса с одновременным вычислением энергетической функции и анализом динамической устойчивости исследуемой миниЭЭС, согласно алгоритму, описанному в главах 2 и 3. Оператор может визуально наблюдать за переходным процессом изменения заранее выбранных параметров и контролируемой точки системы с помощью виртуального осциллографа. Расчёт переходных режимов осуществляется до тех пор, пока не отработают элементы противоаварийной автоматики согласно условиям, заложенным в них условиям селективности [124]. На заключительном этапе, с учётом автоматического управления выключателями нагрузки, оператор получает конечный вид и состояние миниЭЭС, с выводом на печать отработанных и рекомендуемых коммутаций в схеме, текущими и рекомендуемыми уставками противоаварийной автоматики (прежде всего, критического и текущего времени срабатывания), установившимися значениями токов, напряжений, мощности, углов нагрузки (данные значения можно также просмотреть в режиме online на моделируемой схеме). Как было указано в главе 3, автоматизация расчёта и управления режимами работы исследуемой миниЭЭС, с позиции обеспечения динамической устойчивости, достигается за счёт обеспечения оптимальных параметров сети в послеаварийном состоянии. Данные методика и алгоритмы расчёта и проверки динамической устойчивости миниэлектроэнергетической системы были апробированы для системы электроснабжения предприятии ООО "Пермнефтегазпереработка" (Приложение 1). В частности, данные имитационного моделирования переходных режимов работы газотурбинной электростанции (ГТЭС-4) на систему шин предприятия представлены в приложениях 6, 7 [125, 133, 134]. Данные осциллограмм реальных переходных процессов ГТЭС-4 (ЛГікя/(0, ст=/(0, /„. = /(0, Um=f(f), / . = /(0, О««/(0) [135] представлены в приложениях б, 8. Для проверки адекватности результатов имитационного моделирования осциллограммам реальных переходных процессов использовалась методика, основанная на применении критерия Пирсона (х2) [136-140]. Данная методика позволяет использовать исходные данные в табличной форме - тем самым пропадает необходимость математической формализации осциллограмм, снимаемых на реальном объекте исследования; кроме того, при таком подходе проверка на адекватность полученной и реальной кривых в соответствующих точках снятия информации будет полной, а не поверхностной (как было в случае использования других методов).
Согласно данной методике диапазон изменения случайной величины в выборке объёма п разбивается на к интервалов, количество которых выбрано в зависимости от п [136, 137, 139]. Построенная гистограмма выборочного распределения служит основанием для выбора типа закона распределения. Параметры этого закона могут быть определены или из теоретических предпосылок, а также нахождением этих оценок по выборке. Обработка велась в предположении нормального закона распределения, поскольку критерий согласия показывает, что эксперимент соответствует нормальному закону распределения. Вычисляются вероятности pt попадания случайной величины X интервал. Величина, характеризующая отклонение выборочного распределения от предполагаемого, определяется формулой [140].
Похожие диссертации на Автоматизация управления миниэлектроэнергетическими системами в аварийных режимах работы
