CC BY
121
УДК 621.311
ВЫБОР МЕТОДИКИ АНАЛИЗА УСТОЙЧИВОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
Д.И. Дехтярева, магистрантка ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет»
В статье проанализированы существующие методики по расчету статической и динамической устойчивости энергосистемы.
анализ, устойчивость энергосистемы, режим, нормативное возмущение, коэффициент запаса, максимально допустимый переток
Обеспечение энергетической безопасности потребителей гарантировано корректным планированием и управлением электроэнергетическими режимами и заключается в своевременном выявлении «узких» мест (слабых связей, перегружаемых элементов, наиболее тяжелых аварийных возмущений и их последствий) и грамотной их ликвидации (усиление сети, строительство генерирующих мощностей и т.д.).
Одним из способов обнаружения «узких» мест является проведение расчета и анализа устойчивости энергосистемы.
В настоящее время основополагающим нормативным документом, используемым при инженерном анализе устойчивости энергосистем в различных организациях электроэнергетики, осуществляющих эксплуатацию, и проектных институтах, являются «Методические указания по устойчивости энергосистем», утвержденные Приказом Министерства энергетики Российской Федерации от 30.06.2003 № 277 [1].
«Методические указания по устойчивости энергосистем» определяют основные требования к устойчивости энергосистем [1]. В них раскрываются термины: «устойчивость энергосистем», «связь», «сечение», «максимально допустимый переток», «нормативное возмущение». Вводится разделение схем на «нормальные» и «ремонтные», а перетоков мощнос -ти в сечениях на «нормальные» и «вынужденные» (при эксплуатации).
Согласно методическим указаниям [1], запасы устойчивости энергосистем нормируются.
С учетом нормированных коэффициентов запаса устойчивости приводятся формулы для определения допустимых перетоков мощности в сечениях по четырём «критериям»:
- критерий обеспечения запаса статической (апериодической) устойчивости по активной мощности в сечении;
- критерий обеспечения запаса статической устойчивости по напряжению в узлах нагрузки;
- критерий обеспечения допустимой токовой нагрузки оборудования;
- критерий непревышения предельного по динамической устойчивости перетока в сечении при всех нормативных возмущениях с учетом действия противоаварийной автоматики (далее - ПА).
Причем максимально допустимые перетоки (далее - МДП) в исходном доаварийном режиме по трем первым критериям также представляются в виде функции от перетока в послеаварийном режиме с учетом действия ПА и соответствуют следующему выражению:
Рм < Рд/ав ( Рп/ав ) - ДРНК + АРпа , (1)
где Рм - максимально допустимый переток в рассматриваемом сечении, МВт;
Рд/ав - переток активной мощности в рассматриваемом сечении в доаварийном режиме, МВт;
рг/ав - переток активной мощности в сечении в послеаварийном установившемся режиме, МВт;
ДРнк - амплитуда нерегулярных колебаний активной мощности в сечении, МВт;
ДРпа - приращение допустимого перетока мощности в сечении за счет управляющих воздействий ПА долговременного действия на изменение мощности, МВ» [1].
Функция перетока в доаварийном режиме от перетока в послеаварийном режиме { = рд/ав ( рг/ав г ) вводится для возможности учета влияющих факторов, например, изменения потерь мощности или шунтирующих связей, не включенных в рассматриваемое частичное сечение [1].
Допустимые перетоки мощности устанавливаются расчетами режимов энергосистемы. В указаниях приводятся общие принципы по вычислению предельных, максимально и аварийно допустимых перетоков и рекомендуется использование значений перетоков актив -ной мощности для контроля соблюдения нормативных запасов устойчивости при эксплуатации энергосистем.
Контроль загрузки межсистемных и внутрисистемных транзитных связей (сечений) при эксплуатации энергосистем также осуществляется в соответствии с «Инструкцией по предотвращению и ликвидации аварий в электрической части энергосистем», утвержденной Приказом Минэнерго России от 30 июня 2003 г. № 289 [2].
На основании [1] в ОАО «СО ЕЭС» разработан стандарт организации «Правила определения максимально допустимых и аварийно допустимых перетоков активной мощности в контролируемых сечениях диспетчерского центра ОАО «СО ЕЭС»» [3].
В стандарте приводятся:
- рекомендации по выбору траекторий утяжеления режима;
- требования к исходным режимам;
- методология расчета максимально и аварийно допустимых перетоков по указанным четырем критериям.
Кроме этого, в стандарте вводится дополнительный пятый - «частотный критерий» определения МДП [3], поскольку «Методические указания по устойчивости» допускают представлять предельный переток в виде функции влияющих режимных параметров:
Рпр = ф(П1,П2,...) (2)
На основании Правил определения МДП [3] в ОАО «СО ЕЭС» подготовлен «Регламент разработки, выполнения и контроля технико-экономических обоснований реконструкции системы противоаварийной автоматики...» [4], в котором приводится форма представления результатов расчета МДП (таблица).
Таблица - Форма представления результатов расчета МДП
№ п/п Схема сети Наименование контролируемого сечения Вариант траектории утяжеления Допустимый переток активной мощности по критерию обеспечения нормативного коэффициента запаса статической апериодической устойчивости по активной мощности в контролируемом сечении (или по критерию обеспечения нормативного коэффициента запаса по напряжению в узлах нагрузки) в нормальной (ремонтной) схеме
Предельный переток, Рир, МВт Рпр 0,8 - ДРнк, МВт Р(идои) - ДРнк, МВт
1 2 3 4 5 6 7
Продолжение таблицы
Допустимый переток активной мощности по критерию обеспечения нормативного коэффициента запаса статической апериодической устойчивости по активной мощности в контролируемом сечении (или по критерию обеспечения нормативного коэффициента запаса по напряжению в узлах нагрузки) в послеаварийных режимах после аварийных возмущений
Нормативное возмущение Предельный переток, РПр, МВт РпПр/ав 0,92, МВт рд/ав ( рп/ав ) МВт рд/ав ( рп/ав ) — ДРНК, МВт Р(^ав.доп) ДРНК, МВт
8 9 10 11 12 13
Продолжение таблицы
Допустимый переток активной мощности по критерию обеспечения допустимой токовой нагрузки электросетевого оборудования в нормальной (ремонтной) схеме
Температура наружного воздуха, °С Предельный переток, Рпр, МВт Элемент -ограничитель Длительно допустимая токовая нагрузка, А Р - ДР 'ток нк, МВт
14 15 16 17 18
Продолжение таблицы
Допустимый переток активной мощности по критерию обеспечения допустимой токовой нагрузки электросетевого оборудования в послеаварийных режимах после нормативных возмущений
Нормативное возмущение Переток в послеаварийной г>п/ав схеме Рток , МВт Переток в доаварийной схеме Рд/ав МВт ' ток 5 1 Элемент -ограничитель Аварийно допустимая токовая нагрузка, А Рд/ав - Др 'ток шнк, МВт
19 20 21 22 23 24
Продолжение таблицы
Результаты расчетов динамической устойчивости (ДУ)
Нормативное возмущение Предельный переток по ДУ без учета действия ПА (РдИн пр), МВт (^дин пр) ДРнк, МВт Предельный переток по ДУ с учетом действия ПА (РдПАн пр), МВт рПА -др МВт 'дин пр нк, ММВт
25 26 27 28 29
Окончание таблицы
Максимально допустимый переток
Температура наружного воздуха, °С МДП без ПА, МВт МДП с ПА, МВт
30 31 32
Причем с учетом ГОСТ Р 55105-2012 «.. .Противоаварийная автоматика энергосистем.» и его требований к автоматике ограничения перегрузки оборудования [5], а также требований «Типового положения по управлению режимами энергосистемы.», применяемого ОАО «СО ЕЭС» [6], расчет МДП по критерию обеспечения допустимой токовой нагрузки оборудования проводится для температур наружного воздуха от минус 20 °С до плюс 40 °С (с шагом 5 °С).
Результаты расчетов МДП, отраженные в форме (таблица) в виде единственного контролируемого параметра, выраженного в мегаваттах, наглядны и могут напрямую использоваться при решении большого круга инженерных задач:
- текущее управление электроэнергетическим режимом;
- долгосрочное и краткосрочное планирование электроэнергетических режимов;
- разработка суточных графиков нагрузок электростанций;
- расчет и выбор состава включенного генерирующего оборудования;
- выбор настроек и определение объемов управляющих воздействий противоаварий-ной автоматики;
- определение «узких мест» в целях разработки схем и программ перспективного развития энергосистем и др.
Таким образом, Системный оператор (ОАО «СО ЕЭС») своими нормативными документами развил и конкретизировал общие принципы вычисления МДП для контроля соблюдения нормативных запасов устойчивости по одному режимному параметру, как при проектировании, так и эксплуатации энергосистем, и объединил их в собственную методику.
Данная методика учитывает и то, что для расчета устойчивости используются специальные программы, обеспечивающие циклический, автоматический расчет множества серий последовательно утяжеленных режимов при всех возможных в энергорайоне возмущающих воздействиях и выбор из них предельного по определенному критерию устойчивости.
Однако в силу обобщенности и неопределенностей, заложенных в Методических указаниях по устойчивости энергосистем [1], в настоящее время остаются подходы, при которых определяются не МДП, а предельные перетоки мощности и коэффициенты запаса по активной мощности в сечении (кр) и запаса по напряжению в узлах нагрузки (ки). Для проверки допустимости электроэнергетических режимов на предмет возможного превышения допустимой токовой нагрузки оборудования и оценки необходимых величин управляющих воздействий проводятся отдельные серии расчетов. Результаты расчетов устойчивости представляются в виде разрозненных таблиц различных параметров.
Коэффициенты запаса по активной мощности в сечении (кР) и запаса по напряжению в узлах нагрузки (ки). ) определяются по формулам:
кР = (Рпр - (Р + ДРНК))/Рпр; (3)
ки = (и - икр)/и, (4)
где Рпр - предельный по апериодической статической устойчивости переток активной мощности в рассматриваемом сечении;
Р - переток в сечении в рассматриваемом режиме, Р > 0;
и - напряжение в узле в рассматриваемом режиме;
икр - критическое напряжение в том же узле, соответствующее границе статической устойчивости электродвигателей.
Провести анализ результатов расчета запасов устойчивости, представленных в виде наборов таблиц различных параметров, оценить величины требуемых объемов управляющих воздействий ПА в данном случае оказывается сложно, так как отсутствует параметр, по которому их можно сопоставить. Если в энергосистеме имеется несколько контролируемых сечений, тогда анализ и использование результатов расчета запасов устойчивости становятся еще более затруднительными.
В связи с этим использование результатов данного подхода в решении задач управления энергосистемой невозможно. Например, имея данные об энергопотреблении территории, нельзя предсказать допустимую нагрузку электрических станций в текущий момент.
Таким образом, единственной адекватной методикой контроля и анализа соблюдения нормативных запасов устойчивости энергосистемы, как при ее проектировании, так и текущей эксплуатации, является методика Системного оператора (ОАО «СО ЕЭС»).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методические указания по устойчивости энергосистем. Утверждены приказом Минэнерго России от 30.06.2003 № 277.
2. Инструкция по предотвращению и ликвидации аварий в электрической части энергосистем. Утверждена приказом Минэнерго России от 30.06.03 № 289.
3. Правила определения максимально допустимых и аварийно допустимых перетоков активной мощности в контролируемых сечениях диспетчерского центра ОАО «СО ЕЭС».
4. Регламент разработки, выполнения и контроля решений технико-экономических обоснований реконструкции системы противоаварийной автоматики в операционных зонах филиалов ОАО «СО ЕЭС» РДУ.
5. ГОСТ Р 55105-2012 Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Нормы и требования.
6. Типовое положение по управлению режимами работы энергосистем в операционной зоне диспетчерского центра ОАО «СО ЕЭС».
CHOICE OF A METHOD OF THE ANALYSIS OF STABILITY OF A POWER SUPPLY SYSTEM
D.I. Dekhtyareva, undergraduate, Kaliningrad State Technical University. dekhtyareva.darya@yandex.ru
In the article are analyzed the existing methods of calculation of static and dynamic stability of a power supply system.
analysis, stability of a power supply system, mode, reference incident, degradation coefficient, maximum allowable transport capacity
