автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Анализ режимов и управляемости энергосистемы Монголии с маневренной межсистемной связью

московский энергешчесюй институт

(технический университет)

/

На правах рукописи

дшинсурэнгайн шшрсурэн

I /

анализ решов и управляемости энергосистемы монголии с манвврённоя меесистемной связью

ъ_05,Т4.СЗ - Электрические станция

>.. -■ /электрическая часть/, сети, • Электроэнергетические системы и .уггргйзя^ие кми ^

АВТОРЕФЕРАТ . ^Ч

диссертаций на соискание учёной степени гсандидата технических наук

■ИГ-

■ МОСКВА - 1993

Работа выполнена на кафедре "Электроэнергетические системы" Московского энергетического института.

Научный руководитель - доктор технических наук профессор Н.И, Зеленохат

с;

Официальные оппоненты - доктор технических наук

профессор В.А. Семёнов

кавдвдат технических наук вед. научн. сотрудник В.А. Карпов

Ведущая организадая - ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект"

Защита состоится "21 " января 1994 г. в 16.30 в аудитории Г-201 на заседании специализированного Совета К 053.16.17 при Московском энергетическом институте по.адресу: 105835, ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная ул., дом 14, Ученый Совет МоИ»

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. -

Автореферат разослан декабря 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета МЭИ

К 053.16.17. _ -

к.т.н., доц. Ю.А. Барабанов

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ■ ■

Актуальность пгоблемн. Прогрессирующее развитие /экономики Монголии, наблюдающееся л течение ряда лет, обусловливает интен-сивннй рост энергопотребления и необходимость увеличения суммарной мощности электроэнергетической системы (ЭЭС) страны, что . достигается посредством .увеличения единичной мощности агрегатов и сооружения новых электростанций, увеличения пропускной способности электропередач, связывающих внутри ЭЭС источники электроэнергии с районами электропотребления, а также сооружения новых межсистемних связей для обмена электроэнергией с ЕЭС России. И тем не менее еще'длительное время'ЭЭС Монголии будет иегштн-вать потребность в импорте электроэнергии, как энергодефицитная' система, хотя в некоторых случаях она может характеризоваться и как'энергоизбиточиая ЭЭС в зависимости от темпов ввода новых мощностей и временного спада нагрузки.

Еи_сооруже1Гии второй межсистемной связи электрическая сеть ЭЭС МонголнГТжяже^ся работающей параллельно с частью электрической сети ЮС Россий 'с напряжением;500 кВ,' причем в этом случае образуется замкнутая сеть^с высокой степенью неоднородности. Возникает задача уменьшения транзита!)«^ перетока мощности через сеть ЭЭС Монголии и снижения в ней потерь^мопшости и энергии.

■ Эта задача характерна и для других развивающихся стран, а... также для новнх энергетических районов России. Для'е^решения требуется проведение исследований режимов ЭЭС с применадаем современной вычислительной техники (ЭВМ).

Ддя сохранения динамической устойчивости ЭЭС Монголии- к&1? энергодефицитной системы необходимо применение средств противо-аварийной автоматики и, в частности, предусматривающих кратковременное отключение части нагрузки (САОН). Такая автоматика .уже применяется в ЭЭС Монголии, однако ее эффективность во мно- • гих режимах не оптимальна. Необходимо разработать теоретическую основу для выбора места размещения САОН и для определения минимально допустимой величинн отключаемой мощности.нагрузки.

Необходимо также разработать алгоритмы управления САОН многократного действия, а также электрическим торможением в виде подключаема нагрузочных сопротивлений, чтобы осуществлять демп-

фирование взаимных качаний роторов синхронных генераторов в ЭЭС Монголии при любых резких возмущениях ее режима. Естественно, эффективность таких алгоритмов должна быть подтверждена проведением всесторонних исследований с учетом действия имеющихся в ЭЭС систем регулирования (АРВ, APT). Для проведения таких исследований необходимо разработать соответствующее программное обеспечение, а также пршенит£"'совремешыо методы анализа переходных процессов в сложных ЭЭС.

Возможны такие режимы, когда из ЭЭС Монголии мощность передается в ЕЭС России (экспорт электроэнергии) по межсистемноЯ связи и в этих условиях также возникает необходимость в управлении переходный! режимами, особенно при резких возмущениях. В этом случае оправдано применение электрического тормояюшя в виде включаемнх тормозных сопротивлений. Все это и предопределило тему данной диссертационной работывыполненной на кафедре "Электроэнергетические системы" МЭИ (технического университета)..

Цель панной лаботы. Целью данной работы является решение . комплекса задач, связанных с применением электрического торможения в виде отключаемой нагрузки для обеспечения сохранения динамической устойчивости и улучшения качества переходных процессов в энергодефицитной ЭЭС, когда в качестве конкретного объекта рассматривается энергодефицитная ЭЭС Монголии."

Оснозныли задачами, решаемыми в диссертационной работе, являются:

11 Анализ условий развития энергодефицитной электрознерге- • тической систем« Монголии на ближайшие годы и в перспективе и выявление причин нарушения ее устойчивости при резких возмущениях режима.

2. Выявление динамических свойств энергодефицитной ЭЭС с электрическим торможением в виде отключаемой нагрузки.

3. Разработка алгоритмов управления электрическим торможением в виде отключаемой нагрузки в.условиях простой и сложной энергодефицитной ЭЭС я в виде включаемых тормозных сопротивлений в энергоизбыточной ЭЭС, обеспечивающих сохранение динамической устойчивости и демпфирование взаимных качаний роторов синхронных генераторов.—......

4. Проведение исследований для обоснования эффективности

* применения отключения нагрузки в энергодефицитной и включения . тормозных сопротивлений в энергоизбыточной ЗЭС Монголии, управление которым осуществляется с использованием разработанных алгоритмов.

Методы и средства выполнения исследований. При разработке алгоритмов управления электрическим торможением в виде отключаемой нагрузки и в виде включаемых тормозных сопротивлений и исследовании переходных электромеханических процессов в ЭЭС Монголии использовались аналитические методы теории электромеханических систем, теории автоматического управления, методы анализа устойчивости и! математического моделирования ЭЭС, численные методы расчета ¡переходных процессов, методы структурного! и информационного эквизалонтирошния сложных электроэнергетических систем. ;

Исследования проводились с применением ЭВМ.

—~К_дтците представляются: ■

1. НаучнВтг-$<5основа1те целесообразности применения электрического торможения й'видо ^тклочасмой нагрузки в энергодефи-цитпой ЭЭС Монголии..' -

2. Методика выбора наименБшсйГд&пустимой величины отключаемой нагрузки по условию сохранения динамической устойчивости ЭЭС.

• 3.'Алгоритмы управления электрическим торйодением в виде отключаемой нагрузки, обеспечивающие сохранение дийаи$ической устойчивости энергодефицитной ЭЭС и демпфирование взаимных качаний роторов синхронных генераторов в послеаварийных режимах.

4. Результаты'исследования эффективности применения электрического торможения в виде отключаемой нагрузки для сохранения "динамической устойчивости энергодефидатной ЭЭС Монголии, а также наряду с электрическим торможением в виде подключаемых тормозных сопротивлений в ЗЭС как эноргоизбыточной, - для демпфи- : рования взаимных качаний роторов генераторов в ЭЭС.Монголии.

Научная новизна.

1. На основе метода площадей применительно к простейшей ЭЭС и энергетического подхода к сложной ЭЭС разработаны алгоритмы управления электрическим торможением в виде отключаемой нагрузки для обеспечения динамической устойчивости и демпфирования качаний роторов генераторов.

2. Разработаны математические модели для исследования эффективности применения электрического торможения в вице отключаемой нагрузки в энергодефицитной ЭЭС.

3. Разработаны рекомендации по оценке эффективности и выбору величины отключаемой нагрузки для осуществления электрического торможони« генераторов в энергодефищшюй ЭЭС.

. 4, Разработано программное обеспечение для выполнения расчетов и исследования влияния электрического торможения в виде включаемых тормозных сопротивлений и отключаемой нагрузки на динамическую устойчивость и качество переходных процессов и использовано при проведении исследований.

Практическая данность. Разработанные алгоритмы управления электрическим торможением" в виде оталшчаемой нагрузки, позво--ляющие обеспечить сохранение динамической устойчивости энергодефицитной ЭЭС с маневренными межсистсмными связями при изменении схемно-режимдах условий ее работы, могут быть использованы в научно-исследовательских и проектных организациях, занимающихся, проектированием и совершенствованием развития знергодефицитных электроэнергетических систем.

Разработанные математические модели и программы позволяют оценить эффективность электрического торможения в виде отключаемой нагрузки применительно к условиям работы знергодефицктных ЭХ и могут быть использованы при проведении исследований по обеспечению работоспособности конкретных электроэнергетических систем.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 4 статьи, три из них в виде депонированных рукописей.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на заседании кафедры "Электроэнергетические системы" МЭИ, на 19-й конференции молодых ученых Сибирского энергетического института СО АН СССР, на заседании секции международной конференции CIGRE (Бразилия).

■ Объем шботы. Диссертация состоит из введения,4 четырех глав, заключения, приложений и библиографического списка, включающего 129 наименований. Основной текст содержит 124 страницвмашинопис-ного текста, иллюстрирован рисунками и таблицами на 61 странице .

. ; содвргАннв РАБОТЫ ' '

/

Во введении обосновывается актуальность темы диссертацион-юй работы, в краткой Уюрме излагается содержание проведенных в >аботе исследований и характеризуются полученные результаты.

В первой главе-дается характеристика современного состояния. )ЭС Монголии с учетом перспектив ее дальнейшего развития и на юнове анализа ее режимов-формируется постановка задачи для всей [иссертационной работы]. /

Основными источниками Электроэнергия в ЭОС/Монголии являют-¡я: Дарханская ТЭЦ'мощность» 48 МВт'и Улан-Баторские ТЭЦ суммар-[Ой мощностью 732 МВт.' По мексистемной связи 220 кВ осуществляемая обмен электроэнергией (в основном импорт) с ЕЭС России. Сис-■емообразущими являются линии электропередач 220 кВ и 110 кВ. ¡перспективе запроектировано сооружение'второй межсистемной _220 кВ и Шганурской ГРЭС с установленной мощностью до ООО МВт7~в~Ттев}ццутате чего, образуется "большое кольцо" (рис. 1): Усиноозерская ГРЭС ^ЭЭС,ДЬнголии--- -Харанурская ГРЭС - 1Усино--зерская ГРЭ(? с линиями электропе^дачи"~-220^500 кВ, - характери-ующееся высокой неоднородностью * п&аздму особую, актуальность риобретают вопросы управления обменной мощностью по межсистемой .связи в целях уменьшения транзита перетока мощности через'............

еть ЭЭС Монголии и сведения к минимуму потерь мощности в ней.

Проведенными исследованиями установлено, что формирование енерируших мощностей' ЭЭС Монголии на базе ТЭЦ накладывает ма-' евренную функцию на межсистемную связь с ЕЭС России, вследствие его она может оказаться в состоянии как энергодефицитной, так"' энергоизбыточной системы. ' .

- Расчетами переходных процессов в ЭЭС Монголии при к.з. в есяти точках' схемы замещения системы выявлено, что в зависимое- ■ и от-направления перетрка мощности по межсистемной связи и про-, олжительиости к.з, в.одних^случаях наблюдается нарушение дина-ической устойчивости, а в других - она сохраняется, но имеют есто длительные взаимные качания роторов синхронных генераторов, то и.предопределило необходимость рассмотрения различных меро- ■ риятий по управлению переходными режимами в ЭЭС Монголии.

Во второй главе проведен анализ установившихся режимов ЭЭС

Рис. 1. Схема объединенной ЭЭС

онгоАии с учетом маневренности перетока мощности по межсистем-ым связям. ■ . . ~ у

Выявлены условия появления транзитного перетока.мощности по ети низшего напряжения и связанные с ним потери мощности в ЭЭС онголии. Их запись в аналитической форме позволила -'сформулиро-ать алгоритм определения оптимального значения перетока актив- -;ой мощности, по-ме^системной связи, С его'использованием проверни "исследования з<?фект.ивносга управления величиной транзитного [еретока мощности по условию обеспечения мшдалума потерь актив-1ой мощности в сети ЭЭС Монголии.

В результате проведенных исследований рекомендовано приме--[ить на межсистемной сЬязи устройства, способные регулировать гёрет'ок'активной мощности в зависимости от параметров режима и • ¡хемы системы, в частности, асинхронизированнцй электромеханичес-сий преобразователь частоты (АС ЭМПЧ).

■—Втретьей главе проводятся исследования переходных процессов в ЖЙГТйотячщикак знергодефицитной система при ее представлении в виде простони-сложной ЭЭС. Проведению этих исследований предшествуют аналитические исследования, имеющие своей целью вы-твить влияние соотношения.между мощностью эквивалентного генератора ЭЭС Монголии и ее суммарной активнсйЬиагрузкой на угловые карактеристикй мощности системы при наличии перетока мощности^ но межсистемной связи с ЕЭС России. 'х. , "" ■

Показано, что с увеличением нагрузки энергодефшйи^ой ЭЭС при ограниченной мощности генераторов устойчивость по межсистемной связи ухудшается и может быть нарушена во втором полудик^ первого цикла качаний ротора эквивалентного генератора.

Исходя из этого, на основе метода площадей, широко используемого при исследованиях динамической устойчивости простейшей . , ЭЭС, определены условия, при выполнении которых обеспечивается сохранение динамической устойчивости системы. На их основе разработан графоаналитический метод определения наименьшей допустимой величины мощности отключаемой части нагрузки , достаточной для сохранения динамической устойчивости системы (рис. 2) при кратковременном отключении и последующем включении через время &{ш выключателя В. /

В основе этого метода - решение квадратичного уравнения "

1ГС 7!

нф-

к>

кз-

. ;а)

-сн

-он

тг иг Г2

Рн

ь

-ГУ^Х.

Т i

х2

Я*

-о ; г

; , б) Рис..2. Схема ЭЭС (а) и ее схема замещения (б) относительно сопротивления нагрузки при ее частичном отключении

(РЛ:

аР!*-Жн + с=0, (т)

где .

а-РгЧХ, +Хг)Ч<Гар - £) -ЕД ОС, + ^ХЛ)(С05^Р-С05

; П " 'Л ~~2ТГ'

"'- алсЯп \

7} - постоянная инерции агрегата Г2;

. Рт° - мощность турбины (Рг ^соп$1) *,

, сТ;ГА. - угол сдвига оотора генератора Г;Э относительно вектора напряжения Ц} шин бесконечной мощности соответственно в исходном установившемся режиме (до отключения выключателя В), после включения выключателя и при достижении крити-, ческого значения при отключенной части нагрузки мощностью

'пот __ п» ;(1Гн)Я .

" " Я ' \

. Рн - мощность нагрузки в исходном режиме при напряжении^"; время включения выключателя В. Остальные обозначения понятны из рассмотрения схемы замещения ~ЭЗС (рис. 2,6) .

Применительно к сложной ЭЭС на основе энергетического подхода, разработанного на кафедре "Электроэнергетические системы" МЭИ, решена задача синтеза алгоритмов управления многократным электрическим торможением в виде отключаемой части нагрузки, . исходя из условия обеспечения затухания взаимных качаний роторов синхронных генераторов ЭЭС. •

При рассмотрении движения ЭЭС в многомерном фазовом прост-'ранстве при описании движения каждого из агрегатов дифференциальным уравнением вида

Л Ж=Рп Ци

на основе- разработанного на кафедре электроэнергетических систем так называемого энергетического подхода получено условие для определения моментов дискретного изменения величины нагрузки; от 1 действий управляемого САОН (система автоматического отключещм , нагрузки): ' ' , ¡' ¡'

!) ^ £ ■■■ О < 1 ~

. о)

где ЛР,Ч(Ю - составляющая электромагнитной-мощности генератора ¿1 , зависящая от управляющего, воздействия К. , под кото- -рам понимается сопротивление- Z^i изменяемой нагрузки;

оО-3 - угловая скорость относительного движения ротора генератора £ относительно траектории движения ЭЭС.как целого-в виде эквивалентного генератора, с постоянной -

Определяющий ее угол , изменяющийся во времени, используется 15ри построении соответствующих характеристик для анализа переходных процессов в сложной ЭХ.

Остальные обозначения соответствурт общепринятым.

Для синтеза алгоритмов непрерывного изменения величины нагрузки от действия САОН получено условие ■

И(Ю ~0, ' (4)

где - постоянная величина (коэффициент). • 1-

Разработана программа для, ЭВМ и с ее помощью выполнены расчеты переходных процессов в сложной ЭЭС (риб. 3), в которой от 1 эквивалентного генератора Г1 мощность передается в энергодефи- \ цитную подсистему (Г2, ГЗ), при различных возмущениях (КНКЮ), : с учетом и без учета действия АРВ и регуляторов турбин. Выявле- ' но их влияние на динамическую устойчивость и затухание взаимных качаний роторов генераторов.

В узлах нагрузки (7,8,10) исследована эффективность приме-

иония олсктжческаго торможения в виде многократного отключения я вюшочиш'.я части нагрузки действием СЛОН, при реализации алгоритма (3):, упрощенного к виду , ; \

-ЕАРЛЧ&г)и);3<0. ■ ■ (Ь) ■ .

1, ■ I !

Допустимость такого упрощения стада возможной после анализа влияния отдельных составляющих (3), отражающих работу иеконсер-. , ватишшх! и диссипатяинкх сил, действующих в ЬЭС. Наличие некон-сервативанх сил £¿¡1.}'¡¿¿^¡ПоСцСОЗОц при изменениях взаим- • них углор 61} в диапазоне до ±90° не способствует, нарастанию либо щ,пй«рованк» взаимных качаний роторов- генераторов С автоколебательный процесс). Лишь-при;-значениях этих углов, близких-------

к критическим, наблюдается "нарушение устойчивости в ваде саыо-раскачицания с выпадением генераторов, из синхронизма. .

Положительное влияние диссипативнмх сил общеизвестно, му при оценке эффективности управлжмди^лоэлейстш^ида можно пренебречь, полагая ^¿¿¿^Мг"'/^7=0, что и было сделано при расчетах. • \

Разработан алгоритм выполнения расчетов ,для учета изменения ; параметров схемы замещения ЭЗС при непрерывном (дискретном) изменении сопротивления любого узла нагрузки для учета действия управляемого электрического торможения (САОН) и вместе с алгоритмами (3) и (5) включен в программу расчёта переходных процессов. Проведенные исследования подтвердили высокую эффективность управления электрическим торможением в виде отключаемой части нагрузки, обеспечивающего сохранение динамической устойчивости ЭЗС и демпфировании взаимных качаний роторов генераторов после резкбго возмущения в ЭЭС. На рис. 4 представлены характеристики переходного процесса при применении электрического торможения , в узле 7 в виде отключения части нагрузки (Р„Т = 13/0, а также , кривая изменения интегрального показателя качества переходного процесса: >

4) ~Л1Тгс сд?э<£{.

Их характер изменения свидетельствует об интенсивном затухании переходного процесса, следовательно, и о высокой эффективности

Рас, 4. Характеристики переходного процесса при к.з. в точке К2 и при управлении САОН

управления электрическим торможением с использованием разработанных "алгоритмов.

В|'чег'вещ'ой главе проводятся исследования переходных про- • цессов |в ЭЭС Монголии как экергоизбыточной системы при наличии ; и при отсутствии регулирующих и управляющих устройств. Исследю-; вано влияние неконсервативннх и диссипативных сил ЭЭС на качество посл'еаварийного переходного процесса. Расчетами переходных процессов в сложной ЭЭС и их анализом исследована эффективность применения многократного электрического торможения в виде подключаемых тормозных сопротивлений Ят при управлении в .соответствии с фггорятыом, формируемым на основе (5) .по аналогии с тем, как этр сделано применительно к электрическому торможению в ви- -де отключаемой части нагрузки." —

Исследовано * влияние величины включаемого тормозного сопротивления, при дискретном управлении электрическим торможением на качество переходного процесса /сопротивление ^^дая^оравнёшя"" увеличивалось в два и четыре ¡»за)т~тг~также влияние выбора места установки устройства--зЯектрического торможения (в узлах 7,8, 10 на рис. 3). На "основе этих исследований "сделаны рекомендации о целесообразности установки устройств электрического торможения по "Условию демпфирования взаимных качаний роторов генераторов на удаленных электростанциях ЭЭС.

;-На рис. 5 представлена характеристики переходного процесса в сложной ЭЭС при к.з. в.точке К8 и при установке устройства электрического торможения в узле 8, управляемом в соответствии с разработанным алгоритмом. Там же показана соответствующая им диаграмма многократного включения и отключения тормозного сопротивления /?т во времени. Их анализ свидетельствует о высокой эффективности электрического торможения. При отсутствии элект- ; рического торможения в рассматриваемых условиях динамическая ! устойчивость нарушалась в первом цикле качаний роторов генерато4 ров с выходом из синхронизма Г2. ;

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ |

1. Проведенными исследованиями обоснована й подтверждена расчетами необходимость управления установившимися и переходными режимами ЭХ Монголии в целях обеспечения минимума народно-

Рис. 5. Характеристики переходного процесса при управлении айзятричеоким ?орЕ.<оксниса

- 18 - ; I'

I ;.

хозяйственных затрат от неоптимальных перетоков мощности по меж^ системной связи с ЕЭС России, а, также в целях повышения динамической устойчивости и улучшения качества послеаварийкых переход-них процессов. - :

2. Обоснована необходимость и на основа энергетического !прд-| хода разработаны алгоритмы управления однократным и многократным ! электрическим торможением в виде отключаемой части нагрузки,'осуществляемым в целях^сохранения динамической устойчивости энергодефицитной ЭЭС и демпфирования возникающих в ней в поелеаварий-ных режимах взаимных качаний роторов сицхронних генераторов.

3. разработаны алгоритмы непрерывного и дискретного управления электрическим торможением в виде, подключаемых тормозных ; сопротивлений, обеспечивающие.демпфирование взаимных -качаний ро- ; торов генераторов и сохранение динамической устойчивости энергоизбыточной ЭЭС. ' - о

4. Разработано методическое и программное обеспече1Ц1в:ДДЯг^=^.-проведения исследования эффективности^даравленйя"режимами сложных ЭЭС и выполнены расчетьидряменительно к ЭЭС Монголии, на ' основе которых сдедач^Грекомеатциа о целесообразности применения электрического торможения в виде отключаемой части нагрузки

в определенных узлах системы, определена величина отключаемой нагрузки. 1

5. Определен объем используемой информации для управления электрическим торможением и определены требования к быстродействию коммутационной аппаратуры для многократного отключения и включения нагрузки.

Основные положения диссертационной работы отражены в еле-, дующих публикациях: - 4 -

. 1. Кучеров ю.Н., Мягмарсурэн д. Анализ некоторых методов ньютоновского типа быстрого расчета установившихся режимов слож- ; ных ЭЭС /Матер. 19 конф.- мол. ученых Сиб. энерг. ин-та СО АН СССР| Иркутск, 19-21 апр., 1988/ Сиб. энерг. ин-т СО АН СССР. - Ир- ^ кутск, 1989. - СИ 12-123. - Деп. в ВИНИТИ 17.01.89, й 379-В89. ' 5

2. Зеленохат Н.И., Сейди Б.Т., Мягмарсурэн Д. Анализ эффек- ; тивности электрического торможения в энергосистеме// Моск. энерг, ин-т. - М.: 1992. ~ Деп. в Информэнерго. 12.02,92, Д/3326-Эн92, 16 с. .

: 1

3. Зеленохат Н.И., Сейди Б.Т., Мягмарсурэн Д. О применении электрического торможения для улучшения устойчивости электроэнергетических '.систем// Моск. энерг. ин-т. - М.: 1992. - Деп. в'Ин-формэнерго. 12.02.92, Д.332?-Эн92, 13,

4. Зеленохат Н.И., Мягмарсурэн Д., Сейди Б,Т., Баргутти X. Определение структуры алгоритмов и анализ эффективности управляющих устройств в электроэнергетической системе. Международная конференция СИГРЭ, Бразилия, сентябрь,'1993. - на франц. яз. -С. 161-165. .....'......-- ... " I" ■'

Подписано к пм»тй 4 Л— М/) Л//

Печ. д. _Тираж 4УУ Зама 011 _ *

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.