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

РГ6 од

1 -мл ' ' -

: ; > МОСКОВСКИМ ЭНЕРГШЧЕСЖЛ ИНСТИТУТ

I

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи '

дшинсурэнгаЛн мяпмрсурэн

■ ! АНАЛИЗ РЕЖИМОВ И УПРАВЛЯЕМОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

МОНГОЛИИ С МАНЕВРЕННОЙ МЕЖСИСТЕМНОЙ СВЯЗЬЮ

/

ъ__05,14.02 - Электрические станции

•• /электрическая часть/, сети, ' Электроэнергетические системы и управление ими

"X

АВТОРЕФЕРАТ , \

диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1993

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

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

г- '

Официальные оппоненты - доктор технических наук

профессор В.А. Семёнов

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

Ведущая организация - 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 МЕИ,

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "'18" декабря 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета МЭИ

К 053.16.17. _ ~

к.т.н., доц. Ю,А* Барабанов

i ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ • •

Актуальность пробломн. Прогрессирующее развитие Экономики Монголии, наблюдающееся гз течение ряда лет, обусловливает интенсивней рост энергопотребления и необходимость увеличения.суммарной мощности электроэнергетической система (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 межсистсмннх связей для обмена электроэнергией с ЕЭС России. И тем не менее еще"длительное время'ЭЭС Монголии будет испытывать потребность в импорте электроэнергии, как энергодефицитааЛ система, хотя в некоторых случаях она может характеризоваться и как энергоиэбыточиая ЭЭС в зависимости от темпов ввода новых мощностей и временного спада нагрузки.

■ ——Пщсооружегаи второй межсистемной связи электрическая сеть ЭЭС МонгошиГ~0кяжется работающей параллельно с частью электрической сети *ЕЭС России'с напряжением -500 кВ, причем в этом случае образуется замкнутая сеть Ь кусокой степенью неоднородности. Возникает задача уменьшения транзитнЬкгперетока мощности через сеть ЭЭС Мокгрлии и снижения в ней потерь мощности и энергии.

. Эта задача характерна и для других развикщцкхся стран, а., также для новых энергетических районов России. Для'-е^решения требуется проведите исследований режимов ЭЭС с применением современной вычислительной техники (ЭВМ).

Для сохранения динамической устойчивости ЭЭС Монголии-энергодефицитиой 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 величины отключаемой мощности нагрузки.

Необходимо таете разработать алгоритма управления САОН многократного действия, а также электрическим торможением в виде подключаемых нагрузочных сопротивлений, чтобы осуществлять демп-

фированио взаимных качаний роторов синхронных генераторов в ЭЭС Монголии при любых резких возмущениях ее режима. Естественно, эффективность таких алгоритмов должна быть подтверждена прове. дением всесторонних исследований с учетом действия имеющихся в 1 ЭХ систем регулирования (АРВ, APT). Для проведения таких исследований необходимо разработать соответствующее программное обеспечение, а также примснитй^соврсмешшо методы анализа пере- . ходнях процессов в слозимх ЭЭС.

Возможна такие режимы, когда из ЭЭС Монголии мощность передается в ЕЭС России (экспорт электроэнергии) по межсистемной связи и в этих условиях также возникает необходимость в управлении переходными режимами, особенно при резких возмущениях. В этом случае оправдано применение электрического торможения в виде включаем?« тормозных сопротивлений. Все это и предопределило тему данной диссертационной работы, выполненной на. кафедре "Электроэнергетические системы" МЭИ (технического университета).

Цель' панной работы. 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 про. цессов в энергодефицитной ЭЭС, когда в качестве конкретного объекта рассматривается энергодефицитная ЭЭС Монголии.' "'

Основными, задачами, решаемыми в диссертационной работе, являются:

1. Анализ условий развития энергодефицитной электроэнерге- -тической системы 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 услотзяях простой и сложной энергодефицитной ЭЭС и 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 ЭОС 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 эквивалентирования сложных электроэнергетических систем. ;

Исследования проводились с применением ЭВМ.

представляются:

1. НйучнЗе-зЗоснованпе целесообразности применения электрического торможения ^~ввд0_от1«п6чаемой нагрузки в энергодефицитной ЭЭС Монголии. . "">

2. Методика выбора наименьше величины отключаемой нагрузки цо условию сохранения динамической устойчивости ЭЭС.

• 3. Алгоритмы управления электрическим торйоцением в виде "отключаемой нагрузки, обеспечивающие сохранение дикасдаческой 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 энергодефицитной ЭЭС Монголии, а также параду с электрическим торможением в виде подключаемых тормозных сопротивлений в ЭЭС как энергоизбыточной, - для демпфирования 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 виде отключаемой нагрузки в энергодефицитной ЭЭС.

3. Разработаны рекомендации по оценке эффективности и вы; бору величины отключаемой нагрузки для осуществления электрического торможения генераторов в энергодефицитной 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 переходите процессов и использовано при проведении исследований.

Практическая ценность. Разработанные алгоритмы управления электрическим торможением в виде отключаемой нагрузки, позво- • ляющие обеспечить сохранение динамической устойчивости энергодефицитной ЭЭС с маневренными межсистемными связями при изменении схемно-режимных условий ее работы, могут быть использованы в научно-исследовательских и'проектных организациях, занимающихся проектированием и совершенствованием развития энергодефицитных электроэнергетических систем.

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

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

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

■ Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и библиографического списка, включающего 130 наименований.Основной текст содержит 124 страниц машинописного текста, иллюстрирован рисунками и таблицами на 61 страницах.

СОДЕРЖАНИЙ РЛ130ГИ / '

/ ■

Но тас.чснми обосновывается актуальность темы диссертационной работы, в кпаткой форме излагается содержание проведенных в работе исследований и характеризуются полученные результаты.

. ■ В петой глате-дается характеристика современного состояния. ЭЭС Монголия с учетом перспектив еп дальнейшего развития и на основе анализа ее режимов-формируется постановка задачи для всей диссертационной работы. /

Основными источниками Электроэнергии в ЭЗС/Монголии являются: Дарханская ТЭЦ-мощностью 48 МВт'и Улан-БатОрские ТЭЦ суммарной мощностью 732 КВт.1 По менсистемной связи 220 кВ осуществляется обмен электроэнергией (в основном импорт) с ЕЭС России. Системообразующими являются линии электропередач 220 кВ и 110 кВ. В перспективе запроектировано сооружение'второй межсистемной -овязи__220 кВ и Баганурской ГРЭС с установленной мощностью до 1000 МВт7~в~ре^цц^гате чего образуется "большое кольцо" (рис. 1): 1Усиноозерская ГРЭС ЭЭС. Монголии--•Харанурская ГРЭС - Гусино-озерская ГРЭС с ли ниши эле^епетедачи^220*500 кВ, - характеризующееся высокой неоднородноетью( П&»<гому особую актуальность приобретают вопросы управления обменной мощностью по межсистемной .связи в целях уменьшения транзита перетока-мощности через^^^ сеть ЭЭС Монголии и сведения к минимуму потерь мощности в ней.

Проведенными исследованиями установлено, что формирование генерирующих мощностей' ЭЭС Монголии на базе ТЭЦ накладывает ма-' невренную функцию на межсистемную связь с ЕЭС России, вследствие чего она мохсет оказаться в состоянии как энергодефицитной, так" и энергоизбыточной системы.

Расчетами переходных процессов в ЭЭС Монголии при к.з. в десяти точках схемы замещения системы выявлено, что в зависимое- • ти от -направления перетока мощности по межсистемной связи и про-долнителыюсти к.з. в одних, случаях наблюдается нарушение динамической устойчивости, а в других - она сохраняется, но имеют место длительные взаимные качания роторов синхронных генераторов, что и предопределило необходимость рассмотрения различных мероприятий по управлению переходными режимами в, ЭЭС Монголии.

Во второй главе проведен анализ установившихся режимов ЭЭС

Рас. 1. Схема объединенной ЭХ

'МонгоЛии с учетом маневренности перетока мощности по межсистемным связям. " .'

Выявлены условия появления транзитного перетока.мощности по сети низшего напряжения и связанные с ним потери мощности в ЭЭС Монголии. Их запись в аналитической форме позволила'сформулировать алгоритм определения оптимального значения перетока актив- -'ной мощности, по межсистемной связи. С его'использованием прове- . деда "исследования эффективности управления величиной транзитного перетока мощности по условию обеспечения глиникума потерь активной мощности в сети ЭЭС Монголии. /

В результате проведенных исследований рекомендовано применить на межсистемном связи'устройства, способные регулировать ■ "переток активной мощности в зависимости от параметров режима и 1 схемы системы, в частности асинхронизированный электромеханический преобразователь частоты (АС ЗМПч).

-—В третьей главе проводятся исследования переходных процессов в^как энергодефицитной системы при ее представлении в виде', просто^'а-сложной ЭЭС, Проведению" этих исследований предшествуют аналитические исследования-, имеющие своей целью выявить влияние соотношения.меящу мойЩецтью эквивалентного генератора ЭЭС Монголии и ее суммарной активной-нагрузкой на угловые характеристики мощности системы при наличии перетока мощности', по межсистемной связи с ЕЭС России, . ^ •

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

Исходя из этого, на основе метода площадей, широко исполь- ■ зуемого 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 Р£т , достаточной для сохранения динамической устойчивости системы (рис. 2} при кратковременном отключении и последующем включении через время Д^вкл выключателя В.

В основе этого метода - решение квадратичного уравнения

Щ Т!

КХЧ

н>

-о-

: а)

-ОН

-О

тг иГ г 2

-ОО-^кЭ

Рн 2

V»

Х2

-о 2

«)

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

(РЛ:

а$-£Ки+с=0, О)

где

. ■ (х, +

с-РЖЩС-Я),

д,л ~да гь :

- ^ - - аксЭк ,

Ту - постоянная инерции агрегата Г2; . ру - мощность турбины (Рт = соп$Ь) :

(ГЦ , сГп- , (Г^ - угол сдвига штора генератора Г2 относительно вектора напряжения шин бесконечной мощности соответственно в исходном установившемся режиме (до отключения выключателя В), после включения выключателя и при достижении критического значения при отключенной части нагрузки мощностью

пот _ п» _ .

■ . ' е

Рн - мощность нагрузки в исходном режиме при напряжении 1ГН\ время включения выключателя В. Остальные обозначения понятны из рассмотрения с хеш замещения -ЭЭС (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

\ 1Ф=Я- ~ • "¿7 У'' ~

N

на основе-разработанного на кафедре электроэнергетических систем так называемого энергетического подхода получено условие для определения моментов дискретного изменения величины нагрузки от действия управляемого САОН (система автоматического отключения ! нагрузки): ■ ! ! I

о)

где ЛР^Ш) - составляющая электромагнитной-мощности генератора ¿| , зависящая от управляющего воздействия ТА , под кото- . рым-понимается сопротивление- изменяемой нагрузки;

и)- угловая скорость относительного движения ротора генератора 6 относительно траектории движения ЭЭС как целого-в

виде эквивалентного генератора, с постоянной^^щцш!~-~ -< -

Определяющий ее угол , изменяющийся во времени, используется "йри построении соответствующих характеристик для анализа переходных процессов в сложной ЭЭС. :'

Остальные обозначения соответствует общепринятым. Для синтеза алгоритмов непрерывного изменения величины нагрузки от действия САОН получено условие

; =4 ; ' .(4)

где Кц - постоянная величина (коэффициент).

Раэработана программа для.ЭВМ и с ее помощью выполнены расчеты переходных процессов в сложной ЭЭС (рис. 3), в которой от | эквивалентного генератора Г1 мощность передается в энергодефи- , цитную подсистему (Г2, 13), при различных возмущениях (К1+К10), с учетом и без учета действия АРВ и регуляторов турбин. Выявлено их влияние на динамическую устойчивость и затухание взаимных качаний роторов генераторов.

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

пени электрического торможения в виде многократного отключения и вклучсЬ'л части нагрузки' действием СЛОН, при реализации алгоритма (3). упрощенного к виду . - ;

-ЕлРаЧ(^т)и)1:><0. (5) !

V, I < Допустимость такого упрощения стала возможной после анализа влияния Отдельных составляющих (3), отражающих работу неконсер-ватишшх|и диссипатяшкх сил, действующих з ЭЭС. Наличие некой- • серват'.шмх сил Е1:\^;Ц:;31Г)оС-:С05оц при изменениях взаим- • них углор Оц в диапазоне до ¿90 не способствует, нарастанию либо демпфированию взаимных качаний роторов генераторов ("автоколебательный процесс). Лишь-при;значениях этих углов,.олизких-----

к критическим, шблщцается нарушение устойчивости в виде саыо-раскачицания с выпадением генераторов из синхронизма. ^

Положительное влияние диссяпатипннх сил общеизвестно,. лаатс=-. му при оценке эффективности упрадлшщи^^оэ.действий'ши можно пренебречь, полагая ---- ~=~~0. что и было сделано при

расчетах. •

Разработан алгоритм выполнения расчетов для учета изменения параметров схемы замещения ЭЭС 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 ЭЭС и . демпфировании взаимных качаний роторов генераторов после резкбго возмущения в ЭЭС. На рис. 4 представлены характеристики переходного процесса ¿¿3И) при применении электрического торможения в узле 7 в виде отключения части нагрузки (Р„т - 13/5), а также , кривая изменения интегрального показателя качества переходного ! процесса: -

< п

1а I

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

Рис. 4. Характеристики переходного процесса при к.з. в топко К2 и при управлении САОН

управления электрическим торможением с использованием разработанных ; алгоритмов.

В!'четпертой глапе проводятся исследования переходных процессов р ЭЗС Монголии как энергоизбыточной системы при наличии и при отсутствии регулирующих и управляющих устройств. Исследо-| вано влияние неконсервативных и диссипативных сил ЭЭС на качество посфаварийного переходного процесса. Расчетами переходных 1 процессов в сложной ЭОС и их анализом исследована эффективность применения многократного электрического торможения в виде под- ; ¡шочаемых тормозных сопротивлений Ят при управлении в соответствии с фторитмом, 'формируемым на основе (5) ,по аналогии с тем, как эт9 сделано применительно к электрическому торможению в ви- ■ де отключаемой часта нагрузки. - ■ '

Исследовано-влияние величины включаемого тормозного сопротивления, при дискретном управлении электрическим торможением на качество переходного процесса /сопротивление ^_ддя-сравнения"~ увеличивалось в дпа и четыре рэда}т'Я"~также влияние выбора места установки устройства-зЛектрического торможения (в узлах 7,8, 10 на рис. 3). На"основе этих исследований сделаны рекомендации о целесообразности установки устройств электрического торможения по^словию демпфирования взаимных качаний роторов генераторов на! удаленных электростанциях ЭЭС.

, На рис. 5 представлены 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 /?г во времени. Их анализ свидетельствует о высокой эффективности электрического торможения. При отсутствии электрического торможения в рассматриваемых условиях динамическая устойчивость нарушалась в первом цикле качаний роторов генератор ров с выходом из синхронизма Г2. '

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

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

Рис. 5. Характеристики переходного процесса при управлении электрическим торлоаенио»

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

2. Обоснована необходимость и на основе энергетического ¡под-!

хода разработаны алгоритмы управления однократным и многократным ! | . „ , ■ электрическим - торможением в виде отключаемой части нагрузки, осу-;

ществляемым в целяхчюхранения динамической устойчивости энергодефицитной ЭЭС и демпфирования возникающих в ней в послеаварий-ных режимах взаимных качании роторов синхронных генераторов.

3. разработаны алгоритмы непрерывного и дискретного управления электрическим торможением в виде, подключаемых тормозных ; сопротивлений, обесгечиваюп|ие;демпфйроваиие взаимных-качаний ро- — торов генераторов и сохранение динамической устойчивости энергоизбыточной ЭЭС.

4. Разработано методическое и программное обеспечение проведения исследования эффектйвности_уяравленйя"режимами сложных ЭЭС и выполнены расчеты-лрименительно к ЭЭС Монголии, на основе которых сделанй^екомецдации о целесообразности применения электрического торможения в виде отключаемой части нагрузки в определенных узлах системы, определена величина отключаемой нагрузки.

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

Основные положения диссертационной работы отражены в еле-, дующих публикациях: ' ,..■--

. 1. Кучеров Ю.Н,, Мягмарсурэн Д. Анализ некоторых методов ньютоновского типа быстрого расчета установившихся режимов слож- I ных ЭЭС /Матер. 19 копф.- мол. ученых Сиб. энерг. ин-та СО АН СССР[ Иркутск, 19-21 апр,, 1938/ Сиб. энерг. ин-т СО АН СССР. - Ир- | ; кутск, 1989. - С.112-123. - Деп. в ВИНИТИ 17.01.89, К 379-В89, ! ',

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.