Содержание к диссертации
Введение
1. Математическое описание электроэнергетической системы с регулируемой емкостью в УПК 12
1.1. Введение 12
1.2. Полная математическая модель электроэнергетической системы с регулируемой емкостью в УПК 14
1.2.1. Математическое описание переходных процессов в синхронном генераторе 14
1.2.2. Представление характеристики управляемой емкости в математических моделях 16
1.2.3. Математическое описание переходных процессов в линии электропередачи с регулируемой емкостью в.УПК 17
1.3. Упрощение математической модели исследуемой системы 20
1.4. Выводы 26
2. Статические характеристики и статическая устойчивость исследуемой электроэнергетической системы с регулируемым УПК 27
2.1. Введение 27
2.2. Анализ статических характеристик исследуемой системы по простейшей математической модели 27
2.3. Апериодическая устойчивость электроэнергетической системы с управляемой емкостью в УПК 42
оС
2.4. Статические характеристики исследуемойг электроэнергетической системы 48
2.5. Анализ статической устойчивости-исследуемой системы.. 52
2.6. Выводы 57
3. Управление переходными режимами при «больших» возмущениях за счет регулирования степени компенсации УПК 58
3.1. Введение 58
3.2. Особенности математического описания, системы дифференциальных уравнений переходных процессов 59
3.3. Анализ влияния характеристик регулируемого УПК
на переходные процессы при «больших» возмущениях в электроэнергетической системе 63
3.4. Исследование переходных процессов по упрощенной математической модели 86
3.5. Выводы 93
4. Анализ колебательной статической устойчивости исследуемой электроэнергетическойческой системы с регулируемым УПК 94
4.1. Введение 94
4.2. Анализ статической колебательной устойчивости электроэнергетической системы с регулируемым УПК 95
4.3. Анализ закона регулирования УПК для обеспечения устойчивости электроэнергетической системы без учета АРВ синхронных генераторов 100
4.4. Оценка влияния АРВ на устойчивость электроэнергетической системы и выбор параметров регулирования УПК 108
4.5. Требования к параметрам и характеристикам емкостных элементов для регулируемых УПК 117
4.6. Выводы 118
Заключение 119
Библиографический список
- Математическое описание переходных процессов в синхронном генераторе
- Анализ статических характеристик исследуемой системы по простейшей математической модели
- Особенности математического описания, системы дифференциальных уравнений переходных процессов
- Анализ закона регулирования УПК для обеспечения устойчивости электроэнергетической системы без учета АРВ синхронных генераторов
Введение к работе
В настоящее время все более актуальными становятся задачи снижения удельных капиталовложений в строительство новых и реконструкцию существующих высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), предназначенных для передачи электроэнергии от крупных электростанций и для связи мощных энергосистем.
Актуальными проблемами функционирования ЕЭС России являются [20]:
недостаточная пропускная способность межсистемных и системообразующих линий электропередачи, ограничивающая возможность удовлетворения требованиям свободного рынка электроэнергии при соблюдении условий надежного энергоснабжения. В настоящее время ограничена возможность параллельной работы ОЭС Сибири с европейской частью ЕЭС, ограничена выдачи мощности из Тюменской энергосистемы на Урал, недостаточны пропускные способности ряда сечений между ОЭС центра и ОЭС.северного Кавказа;
слабая управляемость электрических сетей и недостаточный объем устройств регулирования напряжения и реактивной мощности;
неоптимальное распределение потоков мощности по параллельным линиям электропередачи различного класса напряжения и, как следствие этого - недоиспользование существующих электрических сетей, рост потерь в сетях, увеличение затрат на передачу энергии.
Решение этих задач связано с применением новой технологии - гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока содержащих современные многофункциональные устройства, в частности статических компенсирующих устройств (СКУ), позволяющих максимальное использование ЛЭП за счет увеличения пропускной способности и управления передаваемой мощностью, особенно в аварийных и послеаварийных режимах работы электрической сети. Бурное развитие таких устройств в последние годы стало возможным в связи с прогрессом в области разработки мощных^ тиристорных преобразователей.
Отечественными заводами (ОАО «Трансформатор», ОАО «Квар») совместно с институтами «ВНИИЭ», «ВЭИ», НПЦ «Энерком-Сервис» разрабатываются и осваиваются статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (СТК) и управляемые шунтирующие реакторы (УШР) для подстанций и магистральных высоковольтных линий 500 кВ.
За рубежом разработаны и широко внедрены СТК, созданы и внедрены в эксплуатацию устройства СТАТКОМ, ТУПК (Тиристорно-управляемый последовательный компенсатор), ОРПМ (Объединенный регулятор потока мощности) фирмами ABB, Siemens, General Electric, Westinghouse и др.
Важность и актуальность требований к увеличению пропускной способности электропередачи высокого напряжения (вплоть до теплового предела по нагреву), обеспечение устойчивой работы энергосистемы при различных возмущениях, решение проблем компенсаций реактивной мощности в современных электроэнергетических системах, и увеличение пределов устойчивости системы - все это привело к развитию гибких (управляемых) систем передачи переменного тока (Flexible АС Transmission Systems - FACTS).
Технология FACTS, основанная на силовой электронике, была специально разработана с целью улучшения рабочих показателей слабых систем переменного тока, а также с целью целесообразного внедрения передачи энергии на большие расстояния на переменном токе. Кроме того, FACTS способствует решению технических проблем в объединенных энергосистемах. Технология FACTS применима как для параллельного соединения (SVC, Static VAR Compensator - STATCOM, Static Synchronous Compensator), так и для последовательного (FSC, Fixed Sris Compensation - TCSC/TPSC, Thyristor Controlled/Protected Sris Compensation).
Подход к системе передачи как к активному элементу электрической системы привел к проведению исследований по использованию управляемых шунтирующих реакторов для улучшения статической устойчивости, а также к изучению вопросов применения устройств регулируемой продольной емкостной компенсации (УПК) для увеличения как статической, так и динамической устойчивости электроэнергетической системы. Такие устройства позволяют не только повышать пропускную способность линии электропередач, но и оказывать существенное влияние на условия статической и динамической устойчивости электроэнергетической системы (ЭЭС), что, однако, возможно только при эффективном и координированном управлении этими устройствами с учетом других регулируемых элементов системы, например регуляторов возбуждения на генераторах электростанции.
Среди известных устройств обеспечивающих возможность регулирования потока мощности в линиях электропередачи, т. е. предназначенных для создания гибких электропередач, наибольшее применение в мире к настоящему времени нашли тиристорные устройства продольной компенсации (ТУПК) на основе схемы, предусматривающей регулирование тока в реакторе с помощью встречно - параллельно включенных тиристоров, получившей в англоязычной литературе название Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC) [11,12].
Создание управляемых электропередач требует решения комплекса вопросов, основными из которых являются: выявления эффективности существующих мероприятий по повышению пропускной способности, анализ и синтез возможных структур регулирования, исследование уровня статической и динамической устойчивости электропередачи и всей системы. Это стимулировало развитие работ по регулируемым компенсирующим, настраивающим, токоограничивающим устройствам.
Однако, наряду с указанными выше задачами законы управления регулируемых устройств компенсации должны удовлетворять также и требованиям обеспечения необходимых уровней параметров режима системы при минимальных перетоках мощности, так как изменение величины передаваемой мощности по дальним линиям электропередачи в широком диапазоне стало характерной особенностью режимов электрических систем в настоящее время.
Работа электрической системы в режимах, когда передаваемая по линиям электропередачи СВН мощность ниже натуральной, сопровождается избытком реактивной мощности. Это приводит к повышению уровней напряжения, которое может превосходить наибольшее рабочее и кратковременно допустимое значения, что в свою очередь отрицательно сказывается на.работе электрооборудования. Применение нерегулируемых УПК создадут еще большие трудности в этих режимах по обеспечению необходимых значений
режимных параметров линии электропередачи СВН, а также могут привести к проблемам сохранения устойчивости работы электрической системы. Установка нерегулируемой продольной компенсации повышает пропускную способность линии электропередачи СВН, но в режимах работы системы с мощностью ниже натуральной их целесообразно отключать. Однако частые коммутации этих устройств не допустимы в силу ограничений, которые накладывает современное состояние высоковольтных выключателей. Таким образом снижается эффективность применения нерегулируемых УПК, с точки зрения обеспечения необходимых уровней параметров режима системы при минимальных перетоках мощности. Эффективно решить данную проблему можно с помощью регулируемых устройств продольной компенсации.
Говоря об устройствах продольной емкостной компенсации, степень компенсации которых возрастает с ростом передаваемой мощности, можно отметить, что актуальность их изучения в настоящее время возрастает, так как , устройства такого типа существенно снижают степень компенсации при снижении мощности и положительно влияют на показатели режима системы по напряжению и реактивной мощности.
В связи с этим представляется интересным анализ исследования применения регулируемых УПК (по току) с емкостным элементом. В диссертационной работе рассматривается регулируемое устройство продольной компенсации, степень компенсации которого возрастает с ростом передаваемой мощности и наоборот.
Исходя из выше сказанного, данная работа является логическим продолжением работ по созданию управляемых линии электропередач.
Целью диссертационной работы является повышение устойчивости электроэнергетических систем на основе совершенствования законов регулирования и управления УПК.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие основные задачи:
разработка полной математической модели ЭЭС (с учетом электромагнитных переходных процессов в ее элементах с управляемой продольной емкостной компенсацией);
анализ статических характеристик исследуемой системы при различных параметрах закона регулирования УПК;
исследование влияния параметров закона регулирования УПК на апериодическую статическую устойчивость системы;
в анализ влияния характеристик регулируемого УПК на переходные процессы при «больших» возмущениях в электроэнергетической системе;
анализ колебательной статической устойчивости исследуемой электроэнергетической системы с регулируемым УПК;
анализ влияния АРВ синхронных генераторов на устойчивость электроэнергетической системы и выбор параметров регулирования УПК;
формирование требований к параметрам и характеристикам емкостных элементов для их использования в УПК.
Для решения поставленных задач в работе использовались методы математического моделирования ЭЭС, методы решения систем нелинейных уравнений, теория дальних линий электропередачи, теория электрических цепей, теория электромеханических переходных процессов, методы анализа устойчивости электроэнергетических систем.
Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается:
проверкой полученных результатов другими известными методиками, не использованными в диссертации (программы расчета установившихся режимов);
сопоставлением результатов исследований с результатами, полученными при использовании различных методов.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:
получены предельно допустимые степени компенсации индуктивного сопротивления ЛЭП, обеспечивающие сохранение колебательной статической устойчивости системы, с учетом АРВ синхронных генераторов;
разработана математическая модель ЭЭС с учетом электромагнитных переходных процессов в ее элементах с управляемой продольной емкостной компенсацией, позволяющая проводить расчеты режимов электроэнергетической системы с регулируемым УПК;
впервые получены статические характеристики электропередачи при различных параметрах закона регулирования УПК;
сформулированы требования к параметрам и характеристикам емкостных элементов, обеспечивающих функционирование регулируемых УПК;
разработана методика определения диапазона изменения параметров режима, электроэнергетической системы и параметров регулируемого УПК, обеспечивающая максимальную эффективность применения регулируемых УПК с точки зрения улучшения устойчивости электроэнергетической системы.
Диссертационная работа выполнена в составе темы «Разработка принципов согласованного и робастного управления электротехническими и электроэнергетическими системами» по Заданию Федерального агентства по образованию Ивановскому государственному энергетическому университету им. В. И. Ленина.
Практическая ценность работы заключается в том, что результаты работы могут быть использованы при решении задач проектирования дальних линий электропередачи с управляемыми элементами, расчета статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем с гибкими линиями электропередачи, создания систем регулирования управляемых устройств продольной емкостной компенсации. Предложенная методика и алгоритм расчета колебательной статической устойчивости ЭЭС позволяют в полной мере использовать возможности управляемой продольной емкостной компенсации.
Полученные в работе требования к параметрам и характеристикам емкостных элементов используются в работах по их реализации.
Разработанный метод анализа колебательной устойчивости в электроэнергетических системах с регулируемым УПК, а также метод расчетов характеристик таких ЛЭП используется на кафедре «Электрические системы» ИГЭУ в курсах «Электромеханические переходные процессы» и «Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения».
Основные положения, выносимые на защиту, являются: в полная математическая модель электроэнергетической системы с учетом электромагнитных переходных процессов в ее элементах с управляемой продольной емкостной компенсацией в функции тока, используемая для анализа режимов и устойчивости электроэнергетической системы;
требования к закону управления регулируемого УПК, обеспечивающие улучшение устойчивости электроэнергетической системы с учетом АРВ генераторов;
методика определения диапазона изменения параметров режима электроэнергетической системы и параметров регулируемого УПК, обеспечивающая максимальную эффективность применения регулируемых УПК с точки зрения улучшения устойчивости электроэнергетической системы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на кафедре «Электрические системы» Ивановского государственного энергетического университета, на международных научно технических конференциях:
международные научно - технические конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (г. Иваново, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007 гг.);
региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов (г. Иваново, 2006 год).
По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях по списку ВАК, одна статья в сборниках материалов и 6 тезисов докладов.
Диссертация- состоит из введения, 4 глав, библиографического списка использованной литературы из 50 наименований и 6 приложений. Объем диссертации, включая приложения, составляет 145 страниц машинописного текста. Работа содержит 54 рисунка.
Математическое описание переходных процессов в синхронном генераторе
В практике исследования статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем пренебрегают электромагнитными переходными процессами в статорных цепях синхронной машины и элементах электропередачи. Как показал ряд исследований, такие допущения, как правило, несущественно влияют на результаты, значительно упрощая математическое описание и снижая порядок решаемой системы уравнений. Исходя из этого, кроме полной математической модели разработана упрощенная модель, причем основное назначение полного математического описания заключается в сравнении результатов и выявлении возможностей использования упрощенных моделей.
Постоянство потокосцепления синхронной машины в течение переходного процесса является вполне приемлемым допущением при оценке динамической устойчивости по первому полуциклу качаний [17], а также для представления тех генераторов системы, выбор регулирования которых не является целью исследования. В данной работе для исследуемой системы анализируется эффективность использования регулируемого УПК, поэтому допущение постоянства потокосцепления является вполне приемлемым.
Математическая модель исследуемой электроэнергетической системы формируется при неучете электромагнитных переходных процессов в цепях статора генератора, элементах электропередачи, демпферных контурах.
Тогда, после преобразований полной математической модели приведенных в Приложении 1 [44], получим систему уравнений (1.33) соответствующую представлению сопротивления регулируемого УПК соотношением (1.14).
Полученная математическая модель при упрощенном учете регуляторов возбуждения, то есть при представлении генераторов Е = Const, преобразуется в математическую модель, в которой из алгебраических уравнений остаются лишь уравнения электропередач записанные относительно Ё = Const.
Расчеты установившихся режимов электропередачи с регулируемым УПК можно проводить, выделив из рассмотренной системы уравнений (1.33) восемь последних уравнений. Тогда математическое описание для расчетов установившихся режимов электропередачи с УПК рассматриваемого типа можно представить в виде системы уравнений (1.34).
Как видно из полученной системы уравнений (1.34), утяжеление режима при расчете статических характеристик передачи можно осуществлять либо по току /, либо по углу дгс, и решать в обоих случаях систему из восьми нелинейных алгебраических уравнений.
Для более ясного представления характера процессов в ЭЭС, с регулируемым УПК, целесообразно иметь более простую модель, для чего к принятому ранее допущению о неучете электромагнитных переходных процессов в цепях статора, демпферных контурах и элементах электропередачи добавляется следующее допущение: не учитываются активные сопротивления элементов схемы замещения исследуемой системы, зарядная мощность линии и наличие реакторов. (1.35) 1 do Тогда уравнения генератора примут вид: 18 Л = со-со„ dt da со dt J K dt Еч = К - У
Система уравнений электропередачи при принятых допущениях получена из полной математической модели в соответствии со схемой замещения (рис. 1.2) и запишется следующим образом:
Касаясь вопроса анализа динамической устойчивости и переходных процессов при «больших» возмущениях, необходимо заметить следующее: при исследовании этих вопросов вполне допустимо обращение к упрощенным математическим моделям лишь только в тех случаях, когда электромеханический переходный процесс, рассчитанный по упрощенной модели близок к процессу, рассчитанному по полной модели.
Имея математическое описание различной степени детализации и характеристики управляемой емкости можно анализировать статические характеристики и статическую устойчивость.
1. Сформирована полная математическая модель электроэнергетической системы с регулируемой емкостью в УПК, учитывающая электромагнитные переходные процессы в цепях статора и элементах электропередачи. В состав полной системы уравнений входят дифференциальные уравнения и система нелинейных алгебраических уравнений. Присутствие нелинейной системы алгебраических уравнений, связанное с особенностями характеристик сопротивления УПК, приводит к особенностям составление алгоритма интегрирования системы дифференциальных уравнений.
2. Предложены математические модели при различных допущениях для расчетов переходных процессов при «больших» возмущениях и установившихся режимов в исследуемой электроэнергетической системе.
3. Рассмотрена форма представления в расчетах сопротивления УПК в функции тока, рассмотрена методика выбора соответствующих коэффициентов.
Обеспечение требуемых статических характеристик системы, а также обеспечение статической устойчивости возможных режимов системы с заданным запасом является одним из основных требований, предъявляемых к автоматическим устройствам в электроэнергетике.
В данном случае этим3 требованиям должно удовлетворять устройство продольной компенсации с управляемой емкостью, то есть оно должно обеспечивать увеличение пределов передаваемой мощности электропередач и коэффициентов запаса статической устойчивости.
Анализ статической устойчивости проводится по линеаризованной в первом приближении математической модели, расчеты статических характеристик выполнены по предложенным математическим моделям.
Как указывалось выше, под простейшей математической моделью понимается система уравнений (1.48) при не учете переходного процесса в обмотке ротора.
Такой предварительный анализ статических характеристик необходим для выявления возможных диапазонов режимов системы, анализа физической стороны- процессов, оценки влияния характеристики регулируемой емкости в УПК на статические характеристики системы.
Построение зависимости p(s) для рассматриваемой системы при принятых допущениях несколько отличается от обычного. Как было показано ранее в разделе 1.2.2, сначала принимается исходная степень компенсации для наиболее вероятного исходного режима. Затем, задавая значение угла S, находим модуль падения напряжения в связи:
Анализ статических характеристик исследуемой системы по простейшей математической модели
Анализ статических характеристик по простейшей математической модели показал, что использование управляемой емкости в УПК позволяет увеличить предел передаваемой мощности электропередачи. Рассмотрим влияние компенсации рассматриваемого типа на апериодическую устойчивость исследуемой системы. 1
Согласно [17], оценку апериодической устойчивости в простейшем случае дР _ можно проводить по практическому критерию — 0, то есть по наклону дд угловой характеристики Р{8).
Рассматривая угловые характеристики (рис. 2.2), можно заключить, что использование УПК рассматриваемого типа позволяет не только увеличить предел по передаваемой мощности, но также улучшить предельные режимные параметры по условию статической устойчивости.
Получим аналитическое выражение критерия апериодической устойчивости рассматриваемой системы. (2.2) Уравнения установившегося режима, записанные в вариациях, имеют следующий вид:
Оценим статическую (апериодическую) устойчивость исследуемой электрической системы методом малых колебаний при следующих допущениях: не учитываются электромагнитные переходные процессы в цепях ротора, статора, элементах электропередачи; не учитываются активные сопротивления генераторов, трансформаторов, линии электропередачи, емкостная проводимость линии; ЭДС генератора Е принимается постоянной, чем упрощенно учитываем регулирование возбуждения.
С учетом принятых допущений уравнение движения ротора эквивалентного генератора электростанции запишется следующим образом:
Приведенные выше статические характеристики исследуемой системы при принятых допущениях рассматривались с целью изучения физической стороны процессов при анализе установившихся режимов. В данной главе рассмотрим статические характеристики исследуемой системы с регулируемым УПК при учете всех продольных и поперечных элементов (рис. 1,2 .6). В этом случае расчет установившегося режима можно проводить решением системы-(1,34), которая является системой нелинейных алгебраических уравненийг[18].
Изменение представления генератора в этой математической модели осуществляется заменой в системе уравнений (1,34) напряжения иг на соответствующую ЭДС генератора с учетом сопротивления эквивалентного генератора в проводимостях Уъ, Уц(3).
На рис. 2.13, 2.14, 2.15 представлены угловые характеристики мощности исследуемой системы при постоянстве ЭДС Ёд. Полученные характеристики рассчитаны при представлении сопротивления регулируемого УПК соотношением (1.14) с различными коэффициентами. Сравнение этих характеристик с характеристиками без учета поперечных элементов (рис. 2.2, 2.3, 2.5, 2.6) показывает существенное количественное различие статических характеристик при одинаковых функциональных зависимостях сопротивления УПК. Исходя из этого, можно сделать вывод о необходимости учета всех элементов передачи при расчетах установившихся режимов. Однако качественно, т. е. по своему внешнему виду, они не отличаются от характеристик, рассмотренных выше при грубых допущениях.
Анализ уровней напряжения на выводах УПК, соответствующих резонансным переходам, показал, что при этом имеет место существенное увеличение напряжения (рис. 2.15, 2.16). Из этого следует, что характеристику регулируемого УПК необходимо выбирать таким образом, чтобы сохранить преимущества рассматриваемой компенсации и устранить нежелательные явления при резонансных переходах.
Задачи исследования статической устойчивости электроэнергетической системы, в которой используются устройства автоматического регулирования различных элементов системы решаются по методике, изложенной в [17]. В соответствии с ней записываются нелинейные дифференциальные уравнения системы, проводится линеаризация нелинейных функций по первому приближению, записывается характеристический определитель линеаризованной системы уравнений, откуда и получаем характеристическое уравнение в виде многочлена по степеням "р".
Переходные- процессы в рассматриваемой системе описываются уравнениями (1.48), которые запишем в следующей форме: где в О0(р) не входят члены с передаточными функциями АРВ и члены, учитывающие влияние продольной компенсации.
Влияние продольной компенсации в функции тока линии на коэффициенты характеристического уравнения отражается определителем / (р).
Передаточная функция АРВ, а следовательно, и влияние коэффициентов усиления на коэффициенты характеристического уравнения отражается определителями В2Пу(р). Определители Вщ(р) учитывают взаимное влияние компенсации рассматриваемого типа и АРВ синхронной машины на коэффициенты характеристического уравнения. Аналитические выражения для определителей Д,(р). Вх{р), 2/Др) 3лу(р) имеют вид:
Особенности математического описания, системы дифференциальных уравнений переходных процессов
Переходные процессы в линии электропередачи, как видно из приведенных уравнений, описываются системой из 14 дифференциальных уравнений и системы из 3-х нелинейных алгебраических уравнений.
Расчеты переходных процессов в исследуемой электрической системе при «больших» возмущениях проводились методом Рунге-Кутта [17, 18] с использованием программно-методического комплекса МИК-АЛ [22], широко , I применяемого в практике решения подобных задач [2]. Программно методический комплекс МИК-АЛ предназначен для выполнения на ПЭВМ управляемых вычислительных экспериментов с моделями сложных непрерывно-дискретных динамических систем. При описании модели возможно совместное использование: 1. систем нелинейных, дифференциальных и линейных уравнений с постоянной и переменной структурой; 2. систем логических уравнений; 3. блок схем алгоритмов. Взаимодействие пользователя с программно-методическим комплексом » осуществляется с помощью системы языков: 1. описание структурных схем с неизменной и переменной структурой; 2. описание блок-схемы алгоритмов; 3. описание математических уравнений;
С помощью языка описания математических уравнений можно наглядно записывать системы дифференциальных, линейных уравнений и логических условий. Вычислительный эксперимент в программно-методическом комплексе МИК-АЛ выполняется в неуправляемом или в управляемом режиме.
В режиме управляемого эксперимента пользователю предоставляется возможность оперативного наблюдения за ходом вычислительного эксперимента, вмешательства в проводимый эксперимент с целью изменения параметров вычислительного эксперимента.
Результаты вычислительного эксперимента могут быть представлены в виде таблиц и графиков динамических характеристик на экране дисплея или в виде твердой копии на бумаге.
Алгоритм расчета переходного процесса в электрической системе с УПК состоит в следующем: 1. задаются постоянные параметры системы, активные и реактивные сопротивления схемы замещения; мощность на шинах системы; 2. задается степень компенсации индуктивного сопротивления ЛЭП; 3. рассчитывается установившийся режим системы и формируется массив начальных условий для интегрирования дифференциальных уравнений; 4. интегрируются дифференциальные уравнения системы; задается возмущение исходного режима; либо набросы активной мощности, либо : короткое замыкание с заданной длительностью. В Приложении 3 представлена модель, выполненная на основе программно- методического комплекса МИК-АЛ, для исследования динамической устойчивости электрической системы языком математических уравнений.
Одна из особенностей, касающихся алгоритма расчета переходного процесса, включение в УПК регулируемой емкости и появление зависимости Хупк{1) от модуля тока, как уже говорилось выше, может привести к усилению влияния электромагнитных переходных процессов в цепях статора и элементах электропередачи на изменение режимных параметров в течение электромеханического переходного процесса. В связи с этим целесообразно провести ряд расчетов переходных процессов в исследуемой системе по полной математической модели, то есть с учетом электромагнитных переходных процессов в цепях статора и элементах электропередачи.
Далее перейдем непосредственно к анализу влияния характеристик управляемой емкости УПК на динамическую устойчивость исследуемой системы.
Анализ динамической устойчивости исследуемой системы проводился при возмущениях исходного режима двух типов: короткие замыкания, набросы и сбросы активной мощности - наиболее распространенных и характерных для нагруженных межсистемных связей. Как говорилось выше, для рассмотрения всех особенностей поведения электрической системы в динамике при использовании зависимого от тока сопротивления Хупк{1) целесообразно проводить расчеты по полной математической модели, а также в качестве возмущения исходного режима ограничится набросами активной мощности фиксированной величины.
Для выявления влияния характеристики управляемого УПК на переходные процессы все результаты расчетов будем сравнивать с переходным процессом при постоянной степени компенсации, что будет осуществляться введением коэффициента К2 = 0 в соотношении (1.14).
Из анализа статических характеристик электрической системы при представлении емкостного сопротивления соотношением (1.14) были сделаны выводы о существовании, так называемых, резонансных переходов при определенных параметрах закона регулирования УПК.
Вопросы, связанные с анализом влияния крутизны зависимости Хупк(1) на характер переходного процесса при больших возмущениях (для различных значений коэффициента К2 из соотношения 1.14), являются особенно важными в этом разделе, так как необходимо выявить требования к характеристикам Xym{l), которые были бы едиными с точки зрения статических и динамических режимов, а также проанализировать физическую сторону переходных процессов.
Анализ закона регулирования УПК для обеспечения устойчивости электроэнергетической системы без учета АРВ синхронных генераторов
Как было показано выше, применение продольной емкостной компенсации с регулируемой степенью компенсаций в функции модуля тока линии позволяет не только повышать пропускную способность дальней передачи но и улучшать показатели апериодической статической и динамической устойчивости при изменениях величины передаваемой мощности в широком диапазоне [6]. В отличие от нерегулируемых УПК, которые могут создать трудности по обеспечению необходимых значений режимных параметров линии а также привести к проблемам сохранения устойчивости работы электроэнергетической системы, регулируемое УПК, степень компенсации которого возрастает с ростом передаваемой мощности и уменьшается при снижении передаваемой мощности, положительно влияет на показатели режима системы по напряжению и реактивной мощности.
Для изучения вопросов анализа устойчивости исследуемой системы сформирована математическая модель ЭЭС (рис. 1.1) состоящей из электростанции, связанной линией электропередачи, имеющей регулируемое УПК, с мощной системой. Математическая модель исследуемой системы приведена в первом разделе.
В результате линеаризации нелинейных уравнений системы и записи характеристического определителя линеаризованной системы уравнений, получим характеристическое уравнение. Как показано во втором разделе, выражение свободного члена характеристического уравнения, соответствующего критерию апериодической статической устойчивости соответствует следующему выражению:
Анализ выражения (4.1) критерия устойчивости говорит о возможности улучшения предельных по апериодической статической устойчивости параметров режима (активной мощности, угла S), а также показывает, что апериодическая статическая устойчивость рассматриваемой системы » существенно зависит от характеристики регулируемой емкости УПК и определяется крутизной статической характеристики Р{5), что было показано в первом разделе.
Расчеты переходных процессов в исследуемой системе при «больших» возмущениях проводились с применением программного комплекса имитационного моделирования МИК. Для выявления влияния характеристики регулируемой емкости на переходные процессы, все результаты расчетов сравнивались с переходным процессом при постоянной степени компенсации, что осуществляется введением коэффициента К2= 0 в соотношении (1.14).
Анализ этих переходных процессов показывает, что при одинаковом возмущении исходного режима для различных зависимостей сопротивления ХУПК(1) характер переходного процесса различен, например, анализ зависимостей (t) в переходном режиме показывает существенное влияние закона регулирования УПК на переходный процесс, при котором сопротивление Хупк{1) зависит от тока линии, следовательно, от передаваемой мощности.
При увеличении тока линии, происходит увеличение степени компенсации из-за возрастания емкостного сопротивления, что в свою очередь приводит к увлечению площадки торможении на угловой характеристике и к более быстрому прекращению переходного процесса, чем при постоянной степени компенсации. Таким образом, применение УПК с регулируемой емкостью при больших возмущениях существенно улучшает динамическую устойчивость системы при выбранных соответствующим образом характеристиках элемента.
Однако для полного анализа влияния параметров закона регулирования УПК на режимы электроэнергетической системы необходимо провести исследование колебательной статической устойчивости электрической системы.
Полученный ранее [6] характеристический определитель системы с регулируемым УПК представляет собой достаточно сложное выражение для исследования колебательной статической устойчивости, принимая во внимание УПК, регулируемое в функции тока.
Учитывая современные возможности математического моделирования, был , проведен анализ колебательной статической устойчивости с применением ! программного комплекса имитационного моделирования МИК [22] по структурной схеме исследуемой электроэнергетической системы (рис. 1.1).
На основании математического описания переходных процессов в синхронном генераторе и в линии электропередачи была составлена модель исследуемой электроэнергетической системы, которая приведена в первом разделе (Приложение 3).
По известным методам [12] были определены границы зоны самовозбуждения для исследуемой ЭЭС:
