Введение к работе
Актуальность темы. Непрерывно растущая протяженность электроэнергетических систем РЭС), увеличение в них доли генераторов с ухуд-пенными параметрами, наметившаяся тенденция перевода их в режим по-гребления реактивной мощности с целью нормализации уровней напряжений в сети осложнили проблему обеспечения устойчивости ЭЭС. Все эти зегативные факторы явились причиной участившихся нарушений колебательной устойчивости ЭЭС, подчеркивая актуальность и практическую зажность решения данной проблемы. Актуальность проблемы статической у'стойчивости сложных ЭЭС в значительной мере определяется и неполной з теоретическом отношении ее проработанностью. Указанные обстоятельства требовали совершенствования методов исследований, глубокого изучения динамических свойств ЭЭС. На этом этапе важнейшее значение имени разработки высокоэффективных методов численного решения задач ста-гической устойчивости, проведение широких расчетных и натурных исследований (ВНИИЭ, ВЭИ, ВНИИЭлектромаш, Ленгидропроект, МЭИ, ЛПИ, НИИПТ, СибНИИЭ, ЭНИН и др.). Результаты их сыграли огромную роль в формировании основных представлений о динамических свойствах сложных систем, заложили методические основы последуюїдих, более углубленных проработок проблемы. Вместе с тем, направленные на решение частных задач и вопросов, исследования носили разрозненный характер, не имели объединяющей концепции. Успехи, достигнутые в применении вычислительных методов и средств исследований, затенили теоретические аспекты проблемы. Трудной и малоразработанной остается задача синтеза устойчивых режимов ЭЭС, четко не определена концепция выбора настроек АРВ. Вопросы выбора настроек АРВ связаны с проведением обстоятельных, довольно трудоемких метрических исследований, усложненных широким спектром условий функционирования ЭЭС. Необходимы методы, которые позволяли бы, отвлекаясь на предварительном этапе от детального математического моделирования и соответствующих метрических исследований, распознавать режимы, в которых регулируемая ЭЭС является потенциально устойчивой, обладает некоторой областью устойчивости в пространстве параметров настройки АРВ, оценивать предельные по условиям колебательной устойчивости режимы, выявлять слабые межсистемные течения. Подойти к решению этих проблем можно только на основе качественно нового, структурного подхода. Разработка таких методов и обобщенного анализа на их основе результатов расчетных и натурных исследований статической устойчивости ЭЭС определила постановку одной из задач диссертации.
Вместе с тем, необходимость повышения эффективности и расшире-
ния функциональных возможностей ЭЭС требовали поиска новых научно-обоснованных технических решений, изучения качественно новых задач и соответственных методических разработок.
Работа выполнялась в соответствии с целевыми комплексными научно-техническими программами ГКНТ СССР, целевыми межвузовскими научно-техническими программами "Энергосистема", "Электрооборудование", "Энергия" и проектами (грантами) по фундаментальным исследованиям в области энергетики и электротехники.
Цели работы.
-
Разработка и теоретическое обоснование качественно нового, структурного подхода к синтезу устойчивых режимов сложных регулируемых ЭЭС.
-
Теоретическое обобщение результатов исследований и совершенствование методов анализа динамических свойств энергообъединений; развитие методов математического моделирования ЭЭС при решении задач статической устойчивости.
-
Разработка методов математического моделирования, алгоритмов и программ решения на ЭВМ задач устойчивости, выбора управления и практического использования в энергосистемах асинхронизированных синхронных генераторов.
-
Развитие научных основ передачи энергии переменным током на дальние расстояния; теоретическое исследование условий статической устойчивости и предельных возможностей дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами.
Новые научные результаты.
-
Разработаны теоретические положения, устанавливающие существование и общие закономерности формирования области устойчивости в пространстве параметров настройки АРВ сложных ЭЭС.
-
Теоретически обоснован структурный подход к синтезу устойчивых режимов ЭЭС. Введено понятие - структурная устойчивость электроэнергетических систем; установлены аналитический и физический признаки вырождения структурной устойчивости; предложен критерий нормальной структурной устойчивости ЭЭС, позволяющий выявлять потенциально устойчивые режимы.
-
Установлены основные закономерности проявления стабилизирующего эффекта пассивных нагрузок, как важного фактора в улучшении колебательного состояния ЭЭС; теоретически определена роль двигательной нагрузки в задачах колебательной устойчивости ЭЭС.
-
Выполнено теоретическое обобщение результатов расчетных и на^ турных исследований динамических свойств конкретных протяженных
энергообъедипений; установлены основные закономерности в спектрах частот и распределении затуханий электромеханических колебаний сложных регулируемых ЭЭС; выявлены общие для ЭЭС произвольной структуры признаки нарушений колебательной устойчивости; получены простые, удобные для практического применения локальные статические признаки слабых межсистемных сечений.
-
Теоретически обоснованы принципы построения эквивалентного управления возбуждением генераторов концентрированных энергосистем при решении задач статической устойчивости ЭЭС.
-
Получены аналитические критерии и определены условия статической устойчивости протяженных линий электропередачи переменного тока с управляемыми шунтирующими реакторами; установлен диапазон длин их возможного практического применения.
7.Разработаны методы математического моделирования, алгоритмы и программы и выполнен анализ динамических свойств асинхронизирован-ных синхронных генераторов с шихтованными и массивными роторами; выявлены и метрически оценены их достоинства; синтезированы законы управления возбуждением.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием математического аппарата при проведении исследований и доказательствах теоретических положений, результатами компьютерных расчетов, данными натурных испытаний.
Практическая ценность и внедрение результатов.
Теоретические исследования и разработанные методы анализа динамических свойств сложных ЭЭС могут применяться в научно-исследовательских, проектных и эксплуатационных организациях при решении задач перспективного развития энергосистем, создания крупных энергообъединений, определения допустимых условий функционирования ЭЭС и локализации в них слабых межсистемных сечений, выбора средств режимного и противоаварийного управления, разработки мероприятий по улучшению динамических свойств ЭЭС и повышения передаваемой мощности по межсистемным связям.
Основные результаты исследований использованы при проектировании многих крупных гидроэлектростанций (Ленгидропроект). Рекомендованные на основе результатов расчетных и натурных исследований уставки АРВ-СД на крупных электростанциях энергообъединений Сибири и Востока способствовали увеличению предела передаваемой мощности но межсистемным линиям электропередачи.
Результаты расчетных исследований области допустимых режимов и рекомендации по совершенствованию законов управления возбуждением
асинхронизированных синхронных генераторов использованы при расчетах технико-экономических показателей, оценке масштабов применения (выбора мест установки), разработке требова ний к основным параметрам и законам управления машин.
Технические решения по совершенствованию систем управления электрическим торможением гидрогенераторов защищены авторскими свидетельствами и внедрены на ГЭС, достигнут значительный эффект от их применения.
Публикации и апробация результатов работы. Научные и практические результаты отражены в 110 публикациях в научно-технических журналах и сборниках научных трудов, 10 авторских свидетельствах.
Материалы работы докладывались на Всесоюзной конференции "По состоянию и перспективам разработок специального математического обеспечения для ЦВМ БЭСМ-4 (М-220) и автоматизированных систем управления в энергегике" (Ташкент, 1971); I и II Всесоюзных совещаниях "Применение частотных методов в электроэнергетических исследованиях" (Новосибирск, 1972, 1976); III Всесоюзном совещании по устойчивости и надежности энергосистем СССР (Новосибирск, 1973); Всесоюзном совещании "Применение в электроэнергетике мощных бетэловых резисторов и ре-зисторных установок" (Новосибирск, 1980); II Национальной научно-технической конференции с международным участием "Проблемы развития и эксплуатации электрических сетей высокого и сверхвысокого напряжения" (Болгария, Варна,1983); Всесоюзных научно-технических совещаниях "Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР" (Ташкент, 1984; Душанбе, 1989); Всесоюзном научно-техническом совещании "Вопросы проектирования, исследования и производства мощных турбо-, гидрогенераторов и крупных электрических машин" (Ленинград, 1988); II и IX Всесоюзных конференциях "Моделирование электроэнергетических систем" (Баку, 1982; Рига, 1987); научно-технической конференции "Решение проблем Саяно-Шушенского гидрокомнлекса" (Ленинград, 1987); 9 Международной конференции по электрическим системам (С.Петербург, 1994); научно-технических конференциях СПбГТУ по итогам НИР, научных семинарах кафедры "Электрические сети и системы" СПбГГУ (1996-98).
Всего опубликовано более 200 работ, из них 25 - авторские свидетельства на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем 353 страницы; основная часть 279 страниц, из которых 229 страниц текста, 52 рисунка и 32 таблицы на 50 страницах. Библиография содержит 295 наименований. Приложение 37 страниц.
