Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ методов предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах 14
1.1 Анализ эффективности методов предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах 16
1.2 Анализ влияния топологии больших энергосистем на возможность развития каскадных процессов в электротехнических системах 32
Основные результаты и выводы по первой главе 37
Постановка задач исследования 38
Глава 2 Разработка метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах 39
2.1 Модель электрической сети при расчетах установившихся режимов 40
2.2 Модель электрической сети при расчетах предельных режимов 43
2.3 Разработка метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах 49
2.4 Технико-экономические критерии принятия решений 68
Основные результаты и выводы по второй главе 73
Глава 3 Исследование влияния топологии электрической сети на возможность возникновения каскадных процессов 75
3.1 Исследование развития каскадных процессов в больших электроэнергетических системах с помощью вычислительных средств 75
3.2 Исследование влияния топологии сети на развитие каскадных процессов в больших электроэнергетических системах с помощью вычислительных средств 80
3.3 Исследование влияния развития топологии сети на развитие каскадных процессов в больших электроэнергетических системах вычислительными средствами 86
Основные результаты и выводы по третьей главе 101
Глава 4 Применение метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах для управления и развития электроэнергетических систем 102
4.1 Применение метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах при ведении режимов работы Башкирской энергосистемы в РДУ ОАО «Башкирэнерго» 102
4.2 Применение метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах при анализе иерархичности оперативного управления объектами энергетики 111
4.3 Применение метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах при проектировании схем выдачи мощности электростанций 119
Основные результаты и выводы по четвертой главе 126
Заключение 127
Список литературы 129
Приложение
- Анализ влияния топологии больших энергосистем на возможность развития каскадных процессов в электротехнических системах
- Модель электрической сети при расчетах предельных режимов
- Исследование влияния топологии сети на развитие каскадных процессов в больших электроэнергетических системах с помощью вычислительных средств
- Применение метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах при анализе иерархичности оперативного управления объектами энергетики
Введение к работе
Актуальность. Важной целью управления характеристиками электроэнергетических систем, являющихся разновидностью электротехнических комплексов и систем, обладающих динамическими свойствами, является обеспечение требуемого уровня их надежности и живучести, обеспечивающего бесперебойное электроснабжение потребителей.
Решение указанных задач с момента появления энергосистем в России было предметом пристального внимания отечественных и зарубежных ученых. Большой вклад в развитие этой области науки внесли Баринов В.А., Васин В.П., Веников В.А., Воропай К.И., Гамм А.З., Гуревич Ю.Е., Гук Ю.Б., Идельчик В.И., Китушин В.Г., Кучеров Ю.Н., Кощеев Л.А., Мамиконянц Л.Г., Маркович И.М., Окин А.А., Портной М.Г., Розанов В.И., Руденко Ю.Н., Семенов В.А., Совалов С.А., Строев В.А., Фазылов Х.Ф. и многие их коллеги. При создании в России рынка электроэнергии, ведущую роль в формировании надежности в ЕЭС России заняли представители школы Д.А. Арзамасцева: Аюев Б.И., Шубин Н.Г., Ерохин П.М. и их коллеги.
Обеспечение надежности и живучести энергосистемы нашей страны определяется рядом объективных условий, среди которых важнейшим является сложившаяся топология сети - системообразующая сеть 500 (750) кВ с недостаточной пропускной способностью, связывающая зоны свободного перетока и существенно топологически неравномерная распределительная сеть 110-220 кВ в регионах и крупных энергоузлах с высокой концентрацией производства электроэнергии и потребления. Аварии в системообразующей сети 500 (750) кВ приносили наиболее ощутимый ущерб, поэтому способы их предотвращения исследовались в первую очередь. Надежность в этом случае зависит, прежде всего, от сохранения устойчивости работы сети 500 (750) кВ, поэтому в конечном итоге определялась балансовыми критериями (Р) или прямыми критериями ([/), удобными с точки зрения практического применения, ввиду простоты расчета и применения, в том числе при ведении режимов работы электроэнергетических систем:
^МАКС - ^ДОПУСТ' , 1 ^
^мин - ^КРИТИЧ?
где Руу^с - максимально допустимый переток (МДП) через контролируемое сечение; ^допуст -допустимый переток через контролируемое сечение имш -минимально допустимое напряжение в контролируемой точке по
условиям устойчивости; икштич - критическое напряжение в контролируемой точке по условиям устойчивости.
Методология выбора этих критериев транслировалась на формирование критериев надежности в топологически неравномерных региональных распределительных сетях ПО - 220 кВ в регионах и крупных энергоузлах, в которых проблемы устойчивости уступают приоритет проблемам одного из свойств надежности - живучести. После снижения уровней потребления в системах России применение балансовых методов привело, в общем, к избыточным требованиям при формировании надежных режимов в распределительных сетях ПО - 220 кВ, в то же время, не обеспечивая достаточных мер для сохранения живучести - предотвращения каскадных процессов. Это подтверждается происходящими периодически каскадными авариями. Последняя крупная авария такого типа с погашением потребителей с суммарной нагрузкой 795 МВт в России была в Удмуртии 26 июля 2011 года. Аварии такого типа происходят и в других странах мира, в разветвленных неоднородных сетях различного уровня напряжения. Последствиями таких аварий являются финансовый и моральный ущербы, как для регионов, так и для потребителей, попадающих в зону отключения.
Необходимо отметить, что вопросы обеспечения живучести являются повседневными для большей части региональных энергосистем или крупных узлов, в том числе схем электроснабжения мегаполисов. Формирование живучести в этих случаях строятся на практическом диспетчерском опыте, периодически публикуются материалы по применению такого опыта, а также теоретические работы. Например, Васиным В. П. и его научной школой была разработана теория L - функций, позволяющая в пространстве полных мощностей определять предельные поверхности на основе исследования множества режимов в целом и оценки условия разрешимости уравнений установившихся режимов и предельных мощностей, которые могут быть реализованы в данной системе. Все они не находят широкого применения, в том числе, из-за повсеместно принятого балансового способа определения надежности работы энергосистем.
В данной работе анализируются и систематизируются различные точки зрения на основные методические вопросы теории возникновения и развития каскадных процессов, изложена авторская точка зрения на возможность предотвращения каскадных процессов. Кроме того, здесь излагается и ряд оригинальных результатов, связанных с применением метода предотвращения каскадных процессов в электроэнергетических системах при проектировании
схем выдачи мощности электростанций и при анализе оперативного управления объектами энергетики.
Цель работы и задачи исследований. Цель работы заключается в разработке метода предотвращения каскадных процессов в электроэнергетических системах и его практических приложений.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие основные задачи:
Анализ и выявление топологических закономерностей, дающих возможность сформировать метод предотвращения каскадных процессов, применимый, в первую очередь, для формирования и ведения режимов работы энергосистем.
Разработка метода предотвращения каскадных процессов для формирования и ведения режимов работы энергосистемы в условиях различной структуры и параметров распределительных электрических сетей энергосистем ПО - 220 кВ.
Оценка эффективности метода предотвращения каскадных процессов компьютерным моделированием для формирования и ведения режимов работы энергосистемы в распределительных электрических сетях 110 - 220 кВ.
Разработка рекомендаций по применению метода предотвращения каскадных процессов для ведения режимов работы энергосистемы и при проектировании схем развития энергосистем.
Методы исследований. Теоретические исследования проведены с помощью уравнений установившихся и предельных режимов. Для исследования свойств метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических комплексах и системах использовались методы численного моделирования в программном комплексе Rastr - WIN.
На защиту выносятся: 1. Топологические закономерности энергосистем различной структуры и параметров, дающие возможность сформировать метод предотвращения каскадных процессов.
2. Метод предотвращения каскадных процессов в электроэнергетических
системах для ведения режимов работы энергосистемы в условиях различной
структуры и параметров распределительных сетей ПО - 220 кВ региональных
энергосистем.
3. Результаты компьютерного моделирования режимов работы
региональной энергосистемы для оценки эффективности применения метода
предотвращения каскадных процессов для ведения режимов работы
энергосистемы при ведении режимов и проектирования развития энергосистем.
Научная новизна:
Разработан научно обоснованный метод предотвращения каскадных процессов для ведения режимов работы энергосистемы в условиях различной структуры и параметров реальных энергосистем, с исследованием причинно-следственных связей основных влияющих факторов.
Обоснована предопределенность пути развития каскадных процессов для реальной электрической сети в соответствие со сложившимися топологическими свойствами и сформированными режимами этих сетей при любом случайном наборе возмущений.
Показана необходимость согласования применения линейной автоматики в энергосистемах с возможностью развития каскадного процесса.
Разработаны приложения применения метода предотвращения каскадных процессов для решения вопросов организации управления энергосистемами и при проектировании энергосистем.
Реализация и практическая значимость результатов работы:
Метод предотвращения каскадных процессов позволяет на практике обеспечить живучесть (надежность) и экономичность работы энергоузлов, электрических сетей, а также повысить достоверность и устойчивость решений, принимаемых при проектировании энергосистем, внедрен и используется в учебном процессе на кафедре электромеханики УГАТУ.
Осуществлялась и применялась на практике схема формирования режимов энергосистемы ПК, разработанная на основе алгоритма, созданного для обеспечения живучести по методу предотвращения каскадных процессов для ведения режимов работы энергосистемы на ЦДП Региональном диспетчерском управлении ОАО «Башкирэнерго».
Достоверность основных теоретических положений определяется подтверждением результатов значительными объемами компьютерного моделирования, детальным анализом основных влияющих факторов, расчетных условий и причинно-следственных связей, а так же экспериментальным опытом применения предложенного метода предотвращения каскадных процессов для формирования и ведения режимов работы энергосистемы в Региональном диспетчерском управлении ОАО «Башкирэнерго».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, республиканских научно-технических конференциях, в том числе:
- Научно-техническая конференция «Влияние роста потребления и нового
рыночного механизма на формирование и ведение режимов энергосистем». -
г. Уфа, «Скиф», 2007 г.
Всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чтения». - г. Уфа, УГАТУ, 2008 г.
Всероссийская конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации». - г. Новосибирск, НГТУ, 2008 г.
- IV Всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых
«Актуальные проблемы в науке и технике». - г. Уфа, УГАТУ, 2009 г.
Всероссийская научно-практическая конференция - ЭНЕРГО «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем». - г. Москва, МЭИ, 2010 г.
Публикации по теме диссертации. Список публикаций автора по теме диссертации включает 16 печатных работ, в том числе две публикации в изданиях перечня ВАК. Девять публикаций выполнены без соавторов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертационной работы содержит 142 страницы машинописного текста, работа содержит 49 иллюстраций, 16 таблиц, список литературы содержит 142 наименования.
Анализ влияния топологии больших энергосистем на возможность развития каскадных процессов в электротехнических системах
Сама по себе большая реакция параметров режима системы на внешние возмущения опасна лишь тогда, когда соответствующее изменение параметров режима приводит к заметному ухудшению какого-либо критерия функционирования ЭЭС. В качестве таких критериев по [36] выступают: 1) допустимость режима, т.е. F-критерий (от feasibility - допустимость); 2) статическая устойчивость, или S- критерий (steady state stability); 3) динамическая устойчивость, Г-критерий (transient stability); 4) оперативная надежность, С-критерий (contingency analysis); 5) экономичность режима, Е -критерий (economy). В [36] приведена подборка исследований свойств неоднородности электросетей в технической литературе того времени: В [37] было обращено внимание на роль числа обусловленности матрицы Якоби при оценке погрешности результатов расчета и показано, что главной причиной плохой обусловленности является различие сопротивлений ветвей электрической сети.
В работах[38,39] исследовались статистических характеристик параметров режима и учете этих характеристик для обеспечения допустимости и оптимальности режима ЭЭС. В работе [25] на графовой модели ЭЭС ставился вопрос о максимальной загрузке ветвей электрической сети, нахождении сечений, определяющих пропускную способность всей сети в целом, выборе мероприятий, увеличивающих эту пропускную способность. В [37, 40] чувствительность результатов расчета режима ЭЭС к малым изменениям исходных данных изучалась на линеаризованных моделях. Оценивалась погрешность и соответственно допустимость такой линеаризации в зависимости от тяжести режима. Работы типа приведенных выше не использующие аппарат сингулярного и спектрального анализа, содержатся в [41]. По [36], математическое описание допустимой области (ДО) для произвольной задачи управления режимом ЭЭС имеет следующий вид [42]: W{X,Y,D)=0, (1.9) Xmin X Xmax, (1.10) Гтіп Г Гтах, (1.11) где X, Y, D — векторы зависимых, независимых и внешних переменных, составляющие вектор параметров режима Z. На величину их изменения накладываются ограничения-неравенства (1.9) - (1.11).
Геометрические характеристики ДО существенно зависят от свойств системы уравнений установившегося режима (1.9). Эта система образована ограничениями-равенствами задачи и является и-мерной поверхностью в пространстве векторов Z Система ограничений-неравенств (1.10) - (1.11) образует в этом пространстве «-мерный параллелепипед. При отсутствии ограничений-равенств эта система достаточно просто учитывается при решении задач управления. Но учет системы (1.9) приводит к необходимости проектирования указанного параллелепипеда на поверхность, образованную системой УУР (1.9), которая в зависимости от степени загруженности режима имеет различную кривизну. Линеаризованная допустимая область (ЛДО) описывается системой линейных неравенств, которая получается при линеаризации ограничений-неравенств (1.10). Для построения границы ЛДО используется разложение в ряд Тейлора неявной вектор-функции X(Y, D) [42]: dW дХ dW (1.12) дХ dY 8Y (dXAT Xi=XiQ+ -d" dY, i = l,mx, (1.13) \dY J где Xj, XJQ - i-e компоненты векторов Іиіо нормали линеаризованного ограничения неравенства из (1.10); dY = Y-Y - приращение вектора Y; тх - число контролируемых компонент вектора X Если какая-либо Y - компонента вектора равна своему предельному значению, например минимальному, и участвует в образовании границы, то описание соответствующей фрагменту границы ЛДО имеет следующий вид: J fdXAT Xjmin -XjQ + dY,j = l,mx. (1.14) KdY J В общем случае не все предельные значения ограничений из (1.10) входят в состав границы ЛДО, т.е. некоторые из них являются избыточными. Для расчета оценок параметров ЛДО вычисляются параметры параллелепипеда, который ее описывает, обозначим его как РА. При этом требуется решить следующие 2-N задач линейного программирования, где N— число компонент вектора Z: min Z,- или max Z{, W(Zm) + (Z-Zm) = 0, (1.15) 7 7 7 которые формируются и решаются для каждой /-й компоненты вектора Zm, где т — индекс точки линеаризации, в которой выполняются как ограничение-равенство W(Zm) = 0, так и ограничения-неравенства (1.10) - (1.11).
Ограничения-неравенства образуют в пространстве компонент векторов Z параллелепипед Р/. Решение задачи утяжеления режима с учетом информации о структурных свойствах сети требует определить допустимую точку на границе либо области существования решений системы УУР, либо допустимой области R изменения параметров режима при изменении значений некоторых параметров D в направлении, задаваемом вектором AD. С учетом введенных обозначений формулировка этой задачи имеет следующий вид: max/ W (Z,D + tkD)=0,ZeR, (1.16) где R - допустимое множество изменения компонент вектора Z, образованное ограничениями (1.10)-(1.11).
Анализ результатов расчетов показывает, что надежность и трудоемкость получения решения задачи существенно зависят от того, насколько «хорошо» выбираются приближения вектора Zk, которые вычисляются в процессе решения задачи. Дело в том, что внесение поправки к вектору D может вызвать существенные изменения значений некоторых параметров режима или компонент вектора Z к, что приводит к существенному уменьшению величины шага tк. Это, в свою очередь, как указывалось выше, может вызвать либо увеличение числа итераций, либо прерывание процесса решения задачи. Учет топологических свойств в условиях различных структур и параметров реальных энергосистем рассматривается во многих работах, например, [43 - 46] для решения поставленных в работах задач. Теоретические основы и практические рекомендации методов обеспечения надежности и живучести отражены в многочисленных отечественных и зарубежных публикациях. Однако продолжающееся периодически возникновение каскадных аварий с крупным погашением потребителей показывают отсутствие инструмента предотвращения каскадных процессов в условиях различных структур и параметров реальных энергосистем и необходимость его разработки.
Модель электрической сети при расчетах предельных режимов
По [88], произвольная динамическая система описывается системой дифференциальных уравнений Г = Ъ(у1,У2.".Уп) s = \,2,...,n. (2.7.) at Если возмущенными движениями считать все, кроме рассматриваемого частного решения ys = fs(t) системы (2.7.), то (2.7.) преобразовать к новым переменным получая систему уравнений ТГ = ЛУ V -1 х2 хп)» at характеризующих изменение приращений переменных системы. Если Fs(xi,X2,-,xn) разложить в ряд Тейлора, получим: dx —f- = aslxi+as2X2+...asnxn+Xs(xl,x2,..,xn), s = l,2,...,n, (2.8.) at где asj -постоянные, Xs - функции переменных х\,Х2,-,хп, разлагающиеся в ряды по степеням этих переменных. Отбрасывая Xs, получаем линейную систему дифференциальных уравнений, называемых уравнениями первого приближения. По A.M. Ляпунову, имеют место быть: Теорема 1. Если все корни характеристического уравнения системы первого приближения имеют отрицательные вещественные части, то невозмущенное движение устойчиво, притом асимптотически, каковы бы ни были члены высших порядков в дифференциальных уравнениях возмущенного движения. Теорема 2.Если среди корней характеристического уравнения системы первого приближения имеется хотя бы один с положительной вещественной частью, то невозмущенное движение неустойчиво при любом выборе члены порядка выше первого в дифференциальных уравнениях возмущенного движения. Устойчивость решения уравнений (2.7), по [89], имеет место, если отрицательны действительные части всех корней характеристического уравнения \ D(p) = det dW -рЕ = 0, dW дх F ) где матрица Якоби от W(X), вычисленная в точке равновесия 8Х (2.9) dW_ дХ дХх дХ п дХп дХ E=diag 1 - единичная матрица порядка п. Если корней с положительной действительной частью нет, но среди корней есть чисто мнимые, то по системе первого приближения нельзя судить об устойчивости. В этом случае требуются дополнительные исследования.
Устойчивость по A.M. Ляпунову для электрических систем носит название статической устойчивости, которую по характеру нарушения обычно разделяют на апериодическую и колебательную. Первый вид неустойчивости связывают с появлением действительных положительных корней, второй -с появлением комплексных корней с положительной вещественной частью (рисунки 2.1-2.4). Характеристическое уравнение (2.9) можно представить в следующем виде относительно символа р: D(p) = рп + ап_хрп [+... + а0=0, (2.10) 1000 0 " a ( Pl to -0.5 l. .IZf x t i.o.e ілЛ It,oe. Pl a P; a. -3 -2 -1 20 X t , О. Є. t,o e a) 6) Рисунок 2.1-2.4 - Характер нарушения устойчивости: а) - расположение корней на комплексной плоскости; б) - зависимость x=x(f) Предельными по статической апериодической устойчивости, считаются режимы, в которых выполняется уравнение (2.1) и условие det rdW_ = (2.11) 3W Матрица в уравнении (2.11) - это матрица Якоби уравнений режима. дХ 8F Матрица Якоби —, по [89], полученная из уравнений установившихся дХ 8W дХ режимов (2.11), может не совпадать с dW 8F Вследствие возможного отличия матриц и наряду с предельными по устойчивости режимами вводится понятие режимов, предельных по существованию (передаваемой мощности). Такими считаются режимы, в которых выполняются уравнения (2.1) и условие det (dF dXj = 0, (2.12) Точки пространства Z = X\jY, в которых выполняются уравнения (2.7) и условие (2.11), образуют в пространстве Y дискриминантную гиперповерхность Lw. Точки пространства Z = X\JY, в которых выполняются уравнения (2.7) и условие (2.12) образуют в пространстве Y дискриминантную гиперповерхность LF (рис. 2.5). h О Ы"1 Ui-1-cssa о - П 16 1.4 12 і и 12 В ч де j .4 5et—»0 «.., - %. Nr di J 1 __ dct—— -dЙЛ517 fet— 0 ЭК 4 1, _ f LJdtf—»Q [ ax ] p ,a.e. 1.2 04 QJS DS 1 І.2 U ! IZ Рисунок 2.5 - Фрагменты областей существования для трехузловой модели ЭЭС: а) схема ЭЭС; б) область существования
Применяемые методы определения предельных режимов можно назвать методами дискретного утяжеления, включают, по [89], следующие этапы: 1. Рассчитывается некоторый заведомо устойчивый режим. 2. Для этого режима вычисляется значение свободного члена или какого-либо практического критерия устойчивости det\ -— УдХ ПІІ = u игч л fdW t\ — вычеркиванием z-ои строки иу-го где Mjj - минор, полученный из det\ столбца. 3. Производится изменение регулируемых параметров Y (рис. 2.6) в соответствии с выбранным законом утяжеления Y=Y(T), где Т - скалярный параметр, и рассчитываются новые режимы. Обычно траектория 7(7) в пространстве Y принимается линейной (рис. 2.7), У(7)=Го+7Д7, где Г0 соответствует исходному режиму, а АГ определяет направление утяжеления в пространстве Y. Утяжеление продолжается до тех пор, пока на к - том шаге Yk=Yo+TkAY\ не произойдет изменение знак Яо или щ- (рис. 2.8), или пока решение уравнений F(X, Yk)=0 не перестанет существовать (рис. 2.9). Для сокращения вычислений и повышения точности поиска параметров Хпр применяют дробление шага утяжеления. Это делается следующим образом. Начальный шаг выбирается достаточно большим, а после первого пересечения Lw происходит деление первоначального шага утяжеления пополам. Такой процесс дробления завершается после того, как длина шага утяжеления будет меньше заданной точности s поиска параметров 7пр.
Исследование влияния топологии сети на развитие каскадных процессов в больших электроэнергетических системах с помощью вычислительных средств
При расчетах также было выявлено, что на величину МДП Уфимского энергорайона непосредственное влияние оказывает транзитный переток по ВЛ 500 кВ Бугульма - Бекетово. Оценка влияния транзитного перетока на область допустимых режимов Уфимского энергорайона производилась путем изменения в исходном режиме перетока активной мощности по В Л 500 кВ Бугульма - Бекетово в диапазоне от -1000 МВт до 1000 МВт с шагом 200 МВт. По ретроспективным данным оперативно-информационного комплекса было определено что транзитный переток в большинстве случаев изменяется от -600 до 800 МВт. В связи с этим данный участок был аппроксимирован и получено линейное уравнение, определяющее зависимость изменения величины МДП от перетока по ВЛ. Для нормальной схемы график зависимости выглядит следующим образом: МДП, МВт -630 с АМЕТом 62S -1000 -800 -600 -400 -200 560" SSO 200 400 600 800 1000 Велична перетока, МВт Рисунок 3.11 - Зависимость МДП Уфимского энергорайона от величины транзитного перетока по В Л 500 кВ Бугульма - Бекетово для нормальной схемы
Таким образом, в многомерном пространстве режимов определить зависимость границ областей допустимых режимов и нарушения устойчивости узла в зависимости от различных параметров режимов энергосистемы и раскрывают многомерность величин МДП, АДП. Такая многомерность величин МДП, АДП затрудняет эффективное экономически формирование и ведение режимов, так как в практике вместо реализации on-line расчетов или выбора режима по многомерным тензороподобным величинам МДП, АДП применяют величины с «запасом» рассчитываемые на максимальные режимы. Это ухудшает экономику работы энергосистем.
Согласно представленным в таблице 3.4 данным максимально допустимый переток для сечения Центральной части энергосистемы РБ в зимнем нормальном режиме с учетом ввода ПС 220 кВ АМЕТ составляет 1581 МВт. Следовательно, превышение перетока по сечению Центральной части выше 1581 МВт может привести к нарушению устойчивости. По результатам расчета построен график зависимости МДП от перетока мощности по В Л 500 кВ Бугульма - Бекетово с учетом ввода ПС 220 кВ АМЕТ. МВт с учетом ввода ПС 220 кВ АМЕТ величина МДП увеличивается от 50 до 140 МВт. При транзитных перетоках от -400 до -1000 МВт с учетом ввода ПС 220 кВ АМЕТ величина МДП уменьшается от 10 до 100 МВт. Такое изменение МДП связано с изменением ограничивающих условий, при этом при разных транзитных перетоках изменяются наиболее тяжелые нормативные возмущения, влияющие на область допустимых режимов. При перетоках мощности по ВЛ 500 кВ Бугульма - Бекетово со стороны шин ПС 500 кВ Бекетово увеличивается токовая загрузка АТ-2 ПС 500 кВ Уфимская, ВЛ 500 кВ Уфимская - Кропачево, ВЛ 220 кВ Кумертауская ТЭЦ -Гелий-3 и ВЛ 220 кВ Кумертауская ТЭЦ - Октябрьская, а при перетоке со стороны шин ПС 500 кВ Бугульма - В Л 220 кВ Бугульма - Туймазы и В Л 220 кВ Аксаково - Бугульма.
Для нормальной схемы Центральной части с учетом ввода ПС 220 кВ АМЕТ при транзитном перетоке -200 МВт ограничивающим область допустимых режимов условием является токовая загрузка АТ-2 ПС 500 кВ Бекетово при аварийном отключении АТ-5 ПС 500 кВ Бекетово, в то время как при перетоках от -400 до -1000 МВт изменяется наиболее тяжелое нормативное возмущение на отключение АТ-2 ПС 500 кВ Уфимская, при котором происходит перегрузка В Л 110 кВ Кропачево - Симская-тяга 1(2).
Для нормальной схемы Центральной части без учета ввода ПС 220 кВ АМЕТ при транзитных перетоках от -200 до -600 МВт фактором, ограничивающим область допустимых режимов, является снижение запаса по напряжению на шинах ПС ПО кВ Симская-тяга при аварийном отключении В Л 500 кВ Уфимская - Кропачево, а при перетоках от -800 до -1000 МВт изменяется наиболее тяжелое нормативное возмущение на отключение АТ-2 ПС 500 кВ Уфимская, при котором происходит перегрузка В Л ПО кВ Кропачево - Симская-тяга 1(2).
Применение метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах при анализе иерархичности оперативного управления объектами энергетики
С 2007 года в диспетчерском управлении (ДУ) РФ вводится принцип прямого управления, то есть управление оборудованием энергообъекта напрямую с каждого уровня иерархии ДУ. Это достаточно дорогой проект, так как требует организации со всех управляемых объектов прямого предоставления и передачи информации на все соответствующие уровни управления, в том числе построения каналов голосовой связи энергообъекта с каждым уровнем ДУ. В то же время это привело к изменению взаимоотношений в среде оперативно - диспетчерского управления. В разделе показано, что измененная схема взаимоотношений, исключая на уровне РДУ координацию действий персонала энергосистемы при ведении режимов энергосистемы и при организации ликвидации аварий в энергосистемах, приводит к ухудшению результатов управления энергосистемами. Применение метода предотвращения каскадных процессов в электротехнических системах для решения вышеперечисленных задач, приведет региональные энергосистемы не только к снижению риска возникновения каскадных аварий, но и ошибок в принятии правильных решений при ведении режимов. Пример каскадной аварии в Удмуртии 26.07.2011. Описание возникновения аварии (нарушения) и ее развития [138]: В 19:27при организации режимов объединенной энергосистемы Урала дежурный диспетчер ОДУ принял решение на размыкание связи шин 500 кВ и 220 кВ на Боткинской ГЭС, отключением выключателя В 220 ЗАТГ Боткинской ГЭС. Размыкание связи шин 500 кВ и 220 кВ на Боткинской ГЭС было предпринято для снятия ограничений перетоков мощности в электрической сети 500 кВ на связях Урал - Средняя Волга - Центр (из-за возможной токовой перегрузки ЗАТГ 500/220/13,8 кВ 405 МВА Боткинской ГЭС в послеаварийных режимах при расчетном аварийном отключении В Л 500 кВ Кармановская ГРЭС - Удмуртская.
Данное решение не было спрогнозировано в ОДУ Урала в день формирования режима (то есть в день Х-\), а в операционный день принято диспетчером ОДУ Урала без учета режимной ситуации в распределительной сети 110-220 кВ региона. Диспетчер региона в отсутствии метода, позволяющего определить возможность развития каскадной аварии, не выявил такую возможность. Существующий и действующий метод формирования режимов такого инструмента не дает. Кроме того, в отсутствии функции координации действий по формированию режима, схемы региона утеряна ответственность за общий результат многочисленных действий по изменению режимно - схемной ситуации. В 19:27 26.07.2011 отключен выключатель В 220 ЗАТГ Боткинской ГЭС. В 19:35:20 26.07.2011 отключилась ВЛ 220 кВ Удмуртская - Позимь 2 с неуспешным АПВ, токовая нагрузка непосредственно перед отключением по данным ОИК 698 А (96% длительно допустимого), длительно допустимая токовая нагрузка 726 А при температуре наружного воздуха +35С, фактическая температура наружного воздуха составляла +32С.
Токовая нагрузка по ВЛ 220 кВ Удмуртская - Ижевск увеличилась до 908 А (125% от длительно допустимого), длительно допустимая токовая нагрузка 726 А при температуре наружного воздуха +35С, по В Л 220 кВ Удмуртская - Комсомольская с отпайкой на ПС Игра до 522 А (71,9% от длительно допустимого), длительно допустимая токовая нагрузка 726 А при температуре наружного воздуха +35С.
В 19:35:40 26.07.2011 на ПС 500 кВ Удмуртская действием АЛЛ с запретом АПВ отключился ВМ 220 кВ ВЛ Ижевск (уставки 20 с, 850 А). После отключения ВЛ 220 кВ Удмуртская - Ижевск нагрузка по ВЛ 220 кВ Удмуртская - Комсомольская с отпайкой на ПС Игра возросла до 1100 А (151,7% от длительно допустимого), по В Л 220 кВ Ижевск - Балезино1 с отпайкой на ПС Игра до 852 А (117,4% от длительно допустимого), по В Л 220 кВ Балезино - Комсомольская до 752 А (103,5% от длительно допустимого). По указанным ВЛ длительно допустимая токовая нагрузка 726 А при температуре наружного воздуха +35С.
