Введение к работе
Актуальность проблемы. Противоаварийная автоматика (ПА) энергосистем играет важную роль в обеспечении надежного электроснабжения потребителей. Анализ возникновения и развития системных аварий, имевших место в развитых странах мира, в том числе и аварии в Московской энергосистеме 25.05.2005г. и в других энергосистемах России, показал, что при достаточном количестве локальных устройств автоматического управления (автоматика ограничения снижения напряжения - АОСН, автоматика разгрузки линий - АРЛ и трансформаторов - APT и других) развитие аварий могло быть приостановлено уже в самом начале и не привело бы к развитию более масштабной аварии с недопустимыми отклонениями частоты.
Большинство аварийных возмущений характеризуется достаточно
длительным снижением напряжения на начальной стадии развития, поэтому
основное внимание в диссертации уделено этому этапу аварийных
процессов. Анализ возможностей управления начальной фазой процессов
позволил разработать и предложить мероприятия по локализации аварий и
предотвращению их превращения в широкомасштабные, характеризуемые
каскадным развитием из-за нарушения баланса активных мощностей. В
качестве объекта рассмотрены энергосистемы Санкт-Петербурга и
Ленинградской области с учетом ввода новых мощностей, линий
электропередачи и подстанций. Работа основана на результатах
моделирования процессов, связанных с глубоким снижением напряжения, на
интервалах от единиц секунд до десятков минут. В результате исследований
разработаны конкретные рекомендации по организации структуры
автоматических устройств ограничения снижения напряжения,
позволяющие предотвратить неблагоприятное развитие аварийных возмущений.
Следует отметить, что оснащение энергосистем локальными автоматическим устройствами ограничения снижения напряжения (АОСН), разгрузки линий и трансформаторов (АРЛ и APT) и подобных выполняется по сравнению с устройствами автоматической частотной разгрузки (АЧР) в значительно меньшем объеме. В то же время важность их внедрения весьма велика. Анализ крупных системных аварий показал, что при достаточном количестве АОСН и АРЛ развитие аварии могло бы быть приостановлено уже в самом начале и не привело бы к развитию более масштабной аварии с недопустимыми отклонениями частоты и работой устройств АЧР, отключающих значительное количество потребителей.
Тяжелые экономические и социальные последствия системных аварий обусловливают большую актуальность работы, посвященной повышению эффективности и внедрению электротехнических комплексов, предотвращающих снижение напряжения при аварийных возмущениях.
Целями работы являются исследование процессов развития аварий, начальная стадия которых характеризуется снижением напряжения, а также разработка мероприятий по локализации аварий и предотвращению их развития в широкомасштабные, характеризуемые каскадным развитием из-за нарушения баланса активных мощностей. Для достижения поставленных целей решены следующие задачи:
1. Выполнен анализ состояния и развития энергосистемы Санкт-
Петербурга и Ленинградской области с учетом планов ввода генерирующих
мощностей, подстанций и линий электропередачи.
2. На основе анализа крупных аварий в энергосистемах мира
выявлены основные закономерности их развития. Показано, что аварии в
начальной фазе процесса практически всегда (от нескольких секунд до
десятков минут) сопровождаются длительным глубоким снижением
напряжения на объектах энергосистемы и перегрузкой линий
электропередачи (ЛЭП), что обусловливает высокую вероятность каскадного
развития.
3. На базе программного комплекса ЭРА разработана математическая
модель энергосистемы Санкт - Петербурга и Ленинградской области,
позволяющая моделировать электромеханические процессы, связанные с
глубоким снижением напряжения вплоть до возникновения лавины
напряжения. Выполнены методические исследования, позволяющие оценить
эффективность разгрузки по напряжению в зависимости от состава нагрузки.
-
Применительно к энергосистеме Санкт- Петербурга и Ленинградской области выявлены крупные энергорайоны, для которых вероятно каскадное развитие аварий, связанных с глубоким снижением напряжения сети.
-
Разработана методика выбора настроечных параметров электротехнических комплексов АОСН и АРЛ для заданной структуры электрической сети, и на ее основе алгоритмы управления, позволяющие предотвратить системные аварии связанные с понижением напряжения.
6. Эффективность разработанных алгоритмов проверена на примерах
районов Выборгских электрических сетей, «району Юга» и «району Севера»
энергосистемы операционной зоны Ленинградского РДУ, в которых имели
место нарушения электроснабжения потребителей.
-
Выявлены характерные причины излишнего срабатывания устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) и ПА при авариях, связанных с глубоким снижением напряжения в энергосистеме.
-
Разработаны конкретные рекомендации по организации структуры автоматик по ограничению снижения напряжения в энергосистемах, позволяющие предотвратить неблагоприятное развитие аварийных возмущений.
Научная новизна диссертационной работы:
-
Выявлены характерные особенности развития системных аварий на начальном этапе их протекания. Разработаны мероприятия по их локализации с применением автоматик АОСН и АРЛ.
-
Разработана методика математического моделирования электромеханических переходных процессов, связанных с глубоким снижением напряжения энергосистемы вплоть до возникновения лавины напряжения.
-
Выполнено исследование особенностей протекания переходных процессов узла нагрузки электроэнергетической системы при снижении напряжения при использовании различных моделей асинхронных электродвигателей.
-
Разработаны методические положения по выбору настроечных параметров устройств ограничения снижения напряжения и автоматической разгрузки линий и трансформаторов.
-
На основе исследования электромеханических переходных процессов энергосистемы операционной зоны Ленинградского РДУ выявлены основные характеристики аварийных процессов, связанных с глубоким снижением напряжения сети и перегрузками линий.
-
Последнее позволило разработать алгоритмы управления для предотвращения системных аварий, связанных с понижением напряжения, применительно к крупным энергорайонам системы Санкт- Петербурга и Ленинградской области.
-
Разработаны общие принципы построения автоматических устройств ограничения снижения напряжения, в том числе и алгоритмы выделения электростанций на район, сбалансированный по нагрузке.
Практическая ценность работы
На основе анализа развития системных аварий и численного моделирования процессов развития аварийных ситуаций энергосистемы Санкт-Петербурга и Ленинградской области разработаны рекомендации по применению локальных автоматик АОСН и АРЛ. Использование этих автоматик позволяет изменить неблагоприятное развитие процесса и предотвратить тем самым развитие более масштабной, частотной аварии.
Разработанные под руководством автора рекомендации по реализации автоматик ограничения снижения напряжения использованы при подготовке техЕшческих требований к проектам электротехнических комплексов АОСН и АРЛ на следующих объектах энергосистемы Санкт-Петербурга и Ленинградской области: ПС «Зеленогорская», АОСН ПС 127, АОСН ПС 537, АОСН ПС 57, АОСН ПС 369, АРЛ ЭС-1 и ЭС-2 Центральной ТЭЦ и ряда других. Следует отдельно подчеркнуть, что реализация АОСН на ПС «Зеленогорская» позволила в октябре 2007 г. достаточно быстро локализовать аварийную ситуацию в Выборгских электрических сетях и не
допустить дальнейшего развития аварии, сопровождавшейся возникновением асинхронного хода, как это имело место ранее.
Разработанная в ходе написания диссертационной работы математическая модель исследования процессов, связанных с глубоким снижением напряжения в сети используется Службой электрических режимов Филиала ОАО «СО ЕЭС» Ленинградское РДУ для проведения анализа работы энергосистемы и обоснования технических требований к проектам ПА.
Предложены рекомендации для организации комплекса автоматических устройств ограничения снижения напряжения в энергосистемах России.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях и семинарах, а также на заседании кафедры «Электрические системы и сети» и «Электроэнергетика, техника высоких напряжений» СПбГПУ. По теме диссертации опубликовано три печатных работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 74 наименований. Основная часть работы изложена на 130 страницах и включает в себя 21 рисунков, 35 таблиц. В работу включены 3 приложения.
