автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Автоматическое регулирование перетоков активной мощности в сложных энергообъединениях

КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МОЛЬКОВ СЕРГЕЯ АНДРЕЕВИЧ

УДК 621.316.728.016.24:621.311

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЕРЕТОКОВ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЛОЖНЫХ ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЯХ

Специальность 05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1991

Работа выполнена на кафедре автоматизации энергосистем Киевского ордена Ленина политехнического института

доктор технических наук, профессор ЩЕРБИНА Ю.В.

доктор технических наук, профессор СМОЛОВИК C.B.

кандидат технических наук, старшин научный сотрудник КОРОБЧУК Й.В.

Ордена "Знак Почета" научно-исследовательския институт по передаче Электроэнергии постоянным током высокого напряжения (НИИПТ)

Защита состоится " 2g> " О^-усмХЦ 1991 г. в °о м.

на заседании сгоциализированого'-совета К 068.14.05 по присуждению ученых степеней кандидата технических наук в Киевском политехническом "институте (252056, Киев-56, проспект Победа, 37, КПИ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Киевского политехнического института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим присылать по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан " 2.2 " -H^pS^ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 068.14.05, к.т.н., доцент

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

АНН01ЛВДЯ

Цель работы - разработка математических моделей и программных средств, обеспечивающих .эффективное имитационное исследование процессов автоматического регулирования перетоков активной мощности (АРПМ) в современных эноргообьоданениях, разработка и исследование решения, повышающих эффективность систем автоматического регулирования частоты и перэтоков активной мощности (АРЧМ) в существующих и перспективных условиях.

В диссертациопноя работе решаются следующие основные задачи.

1. Разработка и реализация на ЭВМ математической модели энергообьединения, позволяющей проводить исследование АРПМ в условиях большого количества параллельно работающих энергосистем (ЭЭС) и при учете нелинейности объекта управления.

2. Разработка решений, повышающих эффективность систем АРЧМ в современных условиях, характеризующихся существенно ограниченными ресурсами управления и необходимостью взаимодействия различных подсистем иерархической системы АРЧМ ЕЭС СССР.

3. Разработка методики анализа эффективности АРПМ и путей ее повышения в перспективных условиях - при секционировании ЕЭС СССР вставками (ВПТ) и передачами (ППТ) постоянного тока.

Автор защищает следующие основные положения.

1. Методику имитационного исследования процессов АРПМ, ис-^ пользующую математическое описание энергообьединения как объекта АРЧМ в пространстве состояний в сочетании с территориальной декомпозицией.

2. Стохастическую модель зависимости коэффициента крутизны статической частотной характеристики' регулятора скорости эквивалентного агрегата от величины и знака отклонения частоты и величины вращающегося резерва.

3. Алгоритмы и решения, повышающие эффективность систем АРЧМ, и предложения по информационному и технологическому взаимодействию систем АРЧМ с противоаварийной автоматикой (ПА).

4. Методику исследования процессов АРПМ в энергообьединении, секционированном с помощью ВПТ(ППТ), а также принципы использования ВПТ в АРЧМ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На современном этапе развития ЕЭС СССР остро встал вопрос о ее недостаточной режимной управляемости и связанных с этим возрастающих трудностях ведения нормальных и ликвидации аварийных режимов. Важным аспектом повышения управля-

емости ЕЭС СССР является обеспечение эффективности иорархическоя системы АРЧМ в части АРПМ. Эффективность АРПМ можно считать одним из интегральных показателей режимной управляемости, характеризующим рациональность структуры энергообъединения, загруженность слабых связей и сечений балансовыми перетоками, величину и мобильность регулировочных диапазонов и т.п.

Еще одной причиной, определяющей актуальность глубокого исследования вопросов АРПМ на современном этапе, является перспектива появления с целью повышения режимной управляемости в составе ЕЭС СССР связей и сечений на базе ВПТ(ППТ), что вызывает необходимость опережающего анализа влияния этих новых элементов на АРПМ и их использования в АРЧМ.

Диссертационная работа выполнена в рамках исследований, проводимых КПИ в соответствии с координационным планом АН СССР на 1986-1990 гг. по теме 1.9.3.5.2 (с 1989г. 3.7.2) "Методы исследования живучести Единой электроэнергетической системы и теплоснабжающих систем".

Методы_исследования. При выполнении работы использованы методы теории электрических систем и теории автоматического управления, теории обыкновенных дифференциальных уравнений и теории дискретных систем, методы пространства состояний и цифрового моделирования, математический аппарат матричной алгебры. Все основные положения и выводы диссертации подтверждены вычислительными экспериментами с использованием ЭВМ.

Научная_новизна.

1. Разработана методика имитационного исследования процессов АРПМ, основанная на моделировании взаимодействия во времени моделей объекта управления, систем АРЧМ и возмущений нагрузки, для формализованного описания которого предложена математическая модель энергообъединения как объекта АРЧМ в пространстве состояний и даны рекомендации по организации ее численного решения.

2. Предложен метод декомпозиции модели энергообъединения с расширением векторов состояния подсистем/обеспечивающий независимость решения систем уравнения, описывающих подсистемы, и простоту получения общего решения.

3. Показано, что при исследовании АРПМ необходимо в традиционной модели ГЭС заменить изодромную обратную связь по положению направляющего аппарата обратной связью по активной мощности.

4. Предложена стохастическая модель зависимости коэффициента крутизны статической частотной характеристики регулятора скорости

эквивалентного агрогата от величины и знака отклононил частоты и величины вращшцогося резерва, обеспечивающая учет основных нели-нейностей объшста управления.

5. Разработана методика исследования процессов АРПМ в энер-гообъединонии, секционированном с помощью ВПТ(ППТ), включающая анализ изменения управляемости в статической постановка и двух-этэпный анализ динамических аспектов участия ВПТ(ГО1Т) в АРЧМ.

Щаетическая_цднность_работы. Реализация предложенных алгоритмов ограничения интенсивности управляющих воздействия, адаптации к запаздыванию отработки управляющих воздействия, коррекции коэффициентов долевого участия регулирующих электростанция, а также принципов взаимодействия функциональных ;подсистем систем АРЧМ и предложений по информационному и технологическому взаимодействию систем АРЧМ с системной ПА позволит повысить эффективность АРПМ ЕЭС СССР в существующих условиях. Предложенная методика и модели позволяют исследовать различные аспекты АРПМ, в том числе для случая секционирования ЕЭС СССР с помощью ВПТ(ППТ).

Внеддение_резу^татов_работы. Ряд предложенных в диссертационной работе алгоритмов внедрен в промышленную эксплуатацию в составе цифровой системы АРЧМ объединенной энергосистемы (ОЭС) Украины. Результаты исследований процессов АРЧМ в ОЭС Украины и разработанные модели электростанций и ЭЭС в целом переданы. СЭИ СО АН СССР и включены в НИР "Разработка советчика диспетчера по восстановлению ОЭЭС Украины после крупных аварий" (1889 и 1990 гг.). В 1991 г. планируется реализация указанных моделей в ввдз промышленной программы в составе советчика диспетчера.

Основные положения диссертации докладывались на: совместной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ГОД АН УССР, КПИ и ОДУ Юга (Киев, 1985); на 5-м слете молодых специалистов организаций ЦПУ ЕЭС СССР (Киев, 1988); научном семинаре "Метода анализа режимов сложных электроэнергетических систем" научных советов АН СССР и АН УССР (Киев, 1988, 1987); всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности ' и транспорта" (Днепропетровск, 1990); X научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (Каунас, 1991). '

По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе получено 5 авторских свидетельств на изобретения.

Структур?_и_обьем_работы. Диссертационная работа состоит из

введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего ь себя 150 наименований, и приложения. Основной текст содержит 171 страницу машинописного текста и иллюстрирован рисунками на 2G и таблицами на 8 страницах.

Во_введении показаны актуальность и новизна исследования, сформулирована цель работы и основные решаемые задачи, кратко изложено содержание работы, сформулирована научная новизна полученных результатов и их практическая ценность.

ё_ШЕ§02_О§1§ сформулированы требования к моделированию процессов АРПМ на современном этапе, представлена математическая модель энергообьединения как объекта АРЧМ в пространстве состояний и выполнена ее декомпозиция. Выбраны, частично переработаны и описаны в пространстве состояний модели электростанций, необходимые для адекватного отражения процессов АРПМ.

Во_второа_главе на основании результатов вычислительных экспериментов осуществлен выбор методов численного интегрирования уравнений разработанной математической модели. Реализован учет в имитационной модели основных нелинеяностей и описана расчетная модель энергообъединения, на которой было выполнено проведенное в работе исследование вопросов АРПМ.

В третьей глава рассмотрены вопросы АРПМ ЕЭС СССР в современных условиях. Показана недостаточная эффективность АРПМ, предложены и исследованы решения, ее пйвышагощие. Рассмотрены вопросы перспективного взаимодействия систем АРЧМ с системами ПА.

Четвертая_глава посвящена вопросам секционирования энергообъединений с помощью ВПТ(ПШ). Рассмотрены преимущества секционирования и предложена методика оцзнки его влияния на процэсссы АРПМ, проиллюстрированная на примере управляемого сечения ОЭС Украины - ОЗС "Мир". Предложены принципы использования ВПТ(ШГГ) в АРПМ и показана их эффективность.

В_приложении приведены документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Сложность задачи АРПМ на современном этапе обусловлена следующими основными причинами: все увеличивающейся связностью режимов параллельно работающих ЭЭС, которая определяется все большим проявлением зон нечувствительности автоматических регуляторов скорости (АРС) турбин, вызванным уменьшением относительных небалансов мощности, и низкой эффективностью участия ТЭС в регулировании частоты; тенденцией к появлению в системообразующей сети

все большего числа слабых связей и сечений, а также к загрузка в ряде режимов близко к продолу пропускной способности относительно сильных сечений; трудностями с поддержанием необходимых для АРПМ регулировочных диапазонов на электростанциях.

Таким образом, в настоящее время актуальна разработка решений, повышающих эффективность АРПМ в условиях ограниченных ресурсов управления и требующейся координации работы фунциональньгх подсистем системы АРЧМ ЕЭС СССР. Кроме того, в современных условиях большой напряженности режимов существенно ограничены возможности широко применявшегося ранее натурного эксперимента, следовательно .требуется разработка новых методов и программных средств для адекватного анализа процессов АРПМ в крупных энергообъединениях с учетом основных нелинеяностей объекта управления.

В основу выполненных в работе исследований положено имитационное моделирование взаимодействия во времени трех моделей- энергообъединения как объекта АРЧМ, собственно системы АРЧМ и возмущений нагрузки. Имитационный подход позволяет весьма просто исследовать нелинейные законы АРПМ, характерные для систем АРЧМ на базе ЭВМ, а также учитывать нелинейности, присущие объекту управления и все больше проявляющиеся в современных ЭЭС.

В качество модели энергообъединения как объекта АРЧМ при общепринятых для этих целей допущениях - концентрированные энергосистемы с постоянным напряжением на шинах эквивалентных генераторов - использовано математическое описание в пространстве состояний, которое обеспечивает эффективное формализованное представление взаимодействия указанных трех моделей. Модель энергообъеда-нения в .этом случае представлена системой уравнений

X = АХ + Ви + СУ, Х(О) = Х„ (I)

У = НХ (2)

где X, и, V, У - соответственно векторы состояния, управления, возмущения и выходных переменных в отклонениях от исходного режима; А, В, С. Н - матрицы соответствующей размерности.

Такое описание модели имеет два преимущества. Во-первых, изменение конфигурации моделируемого объединения весьма просто учитывается соответствующей коррекцией матриц А, В. С. Во-вторых, внешнее по отношению к объекту управления моделирование системы АРЧМ, осуществляющей преобразование вектора выходных переменных У в вектор управления и, позволяет исследовать различные варианта как аналогового,так и цифрового управления без изменений в модели

(I), (2). Кроме того, идентичность формального описания в пространстве состояний моделей энергообъединений различной конфигурации позволяет использовать единую для всех расчетов программу численного решения уравнений математической модели. ■

В то те время при моделировании крупных энергообъединений использование классического метода пространства состояния вызывает резкий рост размерности матрицу А . что приводит к неэффективному расходу оперативной памяти ЭВМ, затрудняет подготовку исходных данных и др. Задача имитационного моделирования процессов АРШ была упрощена путем декомпозиции модели.

Система уравнений (I) для знергообъедшюния из " энергосистем с «1 связями между ними после декомпозиции записана как

Х1 = А1Х1 + + ЕИ0РМ>. 1=1'п (3)

РЬ = КАСМТГ> + КсСМтО> (4)

где н - элементы матрицы инциденций М ; Г, И - соответственно векторы-столбцы частот и интегралов частот энергосистем; р элементы вектор-столбца перетоков мощности по межсистемным связям Р». • КА- " Диагональные матрицы коэффициентов асинхронной (демпферной) и синхронной мощности межсистемных связей.

Предложенная декомпозиция существенно упрощает вычислительный процесс за счет возможности раздельного интегрирования систем уравнений, описывающих модели каждой из энергосистем. Введение в состав векторов состояния подсистем дополнительной переменной -интеграла частоты - обеспечивает линейную зависимость межсистемных перетоков от компонент векторов состояния, что облегчает получение общего решения.

Представленный подход позволяет с приемлемыми трудозатратами провести многовариантные расчеты исследования динамических аспектов АРШ в крупном энергообъединении. Не менее важным является то, что описание модели энергообъединения в пространстве состояний дает возможность выполнить на единой информационной и методической основе весь процесс проектирования систем АРЧМ, включающий создание моделей, синтез и имитационное моделированиеуправления.

Для построения моделей подсистем в . работе ипользованы известные эквивалентные модели ТЭС с промежуточным перегревом: с постоянным давлением свежего пара, с нерегулируемым котлом, с .регулятором "до себя". Проведенный анализ показал, что они с достаточной для процессов АРШ полнотой отражают имеющееся в реальных энергосистемах многообразие агрегатов. Используемая модель ГЭС по

сравнению с известными исследованиями переработана путом замоны изодромной обратной связи по положению направляющего аппарата обратной связью по активной мощности, что соответствует реальным условиям эксплуатации и рекомендациям Союзтзхэнерго по организации группового регулирования активной мощности ГЭС. Для указанных моделей электростанций в работе получены матричные уравнения в пространстве состояний.

Для учета при моделировании важнейших нелинейностей энерго-обьединония как объекта АРЧМ в работе получена аналитическая зависимость значения коэффициента крутизны частотной характеристики эквивалентного агрегата от величины и знака отклонения частоты и величины среднего значения резерва. Для отклонений частоты, не превосходящих зон нечувствительности АРС, зависимость имеет вид

-!*{■ 1*9

Cl - е R 5, При Af<0

К = Гт -гт ДГКд <5>

ji- CAfKgCl + е"^- >+Re Cl - е >1, при Ai">0

где к - коэффициент крутизны частотной характеристики; к - среднее значение резерва в ЭЭС; дг - отклонение частоты; Kg - номинальный коэффициент крутизны, определяемый статизмом АРС; г* величина зоны нечувствительности АРС; _ максимальный регулировочный диапазон а:фегатов ЭЭС. Аналогичные выражения получены в работе и для отклонений частоты, превышающих зону нечувствительности АРС, что актуально при наличии значительной доли ГЭС.

Предложенная зависимость предполагает экспоненциальную плотность распределения резерва агрегатов й может трактоваться как математическое ожидание случайной величины реального коэффициента крутизны при данных условиях. Выполненное в работе сопоставление расчетных значений коэффициента крутизны с известными экспериментальными данными показало их хорошее совпадение, а проведенное сравнение процессов АРЧМ линейной и нелинейной моделей подтвердило необходимость учета нелинейностей, особенно в случае протяженных эне{5гообьединений.

Учитывая слабую изученность вопросов устойчивости и точности численного интегрирования неоднородных систем дифференциальных уравнений, в диссертационной работе выполнено сопоставление полученных различными методами результатов интегрирования модели энергообъединения, описанной в форме (I). Анализ проводился для наиболее тяжелого случая, когда системы АРЧМ не обеспечивают ус-

тойчивость управления. В результате были отобраны для использования два метода - Рунге.-Кутта четвертого порядка и прогноза явным матодом второго порядка с коррекцией до заданной точности методом трапеций. Кроме того, было выполнено сопоставление результатов моделей,описанных в форме (I) и в форме (3)-<4), показавшее их идентичность и подтвердившее строгость декомпозиции (3)-(4).

Выполненный в статической постановке анализ АРПМ ЕЭС СССР в современных условиях показал недостаточную его эффективность, что определяется прежде всего неблагоприятным- соотношением коэффициентов управляемости перетоками мощности в межсистемных сечениях с расположением мобильных регулировочных диапазонов на • электростанциях, привлекаемых к АРЧМ. Исходя из этого, были предложены два алгоритма, повышающие эффективность систем АРЧМ в условиях ограниченных регулировочных диапазонов.

Первый из них предназначен для адаптации к запаздыванию отработки управляющих воздействий, возникающему при привлечении к регулированию гидроагрегатов, не несущих нагрузку, путем формирования команд на перевод из режима синхронного компенсатора в генераторный режим или пуск резервных агрегатов. Поскольку в обоих случаях непосредственно загрузке агрегата предаюствует ряд подготовительных технологических операций, предложено отклонение регулируемого параметра, на основании которого формируются управляющие воздействия, определять как

¿рссо - др со - геи съ'э-ср со-р 6 со (6)

3 3 . ^ I V V 1. V V ^ I

где др^со, др^со - фактическое и скорректированное отклонение .1-го регулируемого параметра; - внеплановая мощность, реа-

лизуемая по соответствующей команде; - время выдачи с уровня ОЭС или от автооператора ГЭС команда на перевод в генераторный режим и загрузку агрегатов а-й электростанции; р.со, -

текущая мощность электростанции и мощность в момент выдачи команда; к - коэффициент влияния изменения мощности 1-й регулирующей электростанции на .Ьй регулируемый параметр-, п - количество регулирующих электростанций; ¿со определяется как

при t < V1

<5 СО в . 1, при ьк < ь < т V 1 (?)

V 1 О, при 1 > + т С 1.

где т - время, необходимое для перевода в генераторный режим и загрузки агрегатов *-я электростанции.

.Введение коррекции (5) только ка время т существенно облег-

чает реализацию предложенного рошонил за счот сникоиия требования к точности и гсъ>. в частности, возможно использова-

ч '

ние некоторых усредненных значония без идентификации их в темпе автоматического управления.

Применение алгоритма (6)-(7) позволяет избежать формирования избыточных управляющих воздействий и перерегулирования несмотря на значительное запаздывание реакции регулирующих ГЭС.

Второй из разработанных алгоритмов предназначен для согласования интенсивности управляющих воздействий системы АРМ с защитами задатчиков внеплановой нагрузки (ЗВН) регулирующих электростанция. В технологический алгоритм система АРЧМ на уровне ОЭС для каждой из регулирующих электростанций вводятся модели ЗВН

ЭСО » БС«.-1> + Д5СО (8)

где бсьз и ьч«.-1) -соответственно сигнзл управления, пропорциональный внеплановому заданию, на текущем и предыдущем шаге-. дбсо - приращение сигнала управления модели ЗВН на текущем шаге, определяемое выражением

-ЗпДЬ/То, при иСО-БСО «-БпгЛ/То

д5СО „ исъ>-зсъ-1>. при |иСО-5СО| > БпДЪ/Го (9) ЗпД<-/Го, при ЧСЪЭ-БСО > БпДЬ/То

где То - время отработки номинального внепланового задания д«- - длительность цикла управления системы АРЧМ ОЭС; ис«-внеплановое задание, поступающее с уровня ОЭС на текущем шаге.

Предотвращение срабатываний защит ЗВН достигается обеспечением выполнения для каждой регулирующей электростанции условия

« СО < С5СЪ-1> + дЭга>К (Ю)

где - уставка защиты ЗВН; к - коэффициент запаса (К < 1), учитывающий упрощенность модели (8)-(9); * - номер регулирующей электростанции.

Применение алгоритма (8)-(10) обеспечивает максимально возможную скорость изменения внеплановых заданий регулирующим электростанциям,. что повышает быстродействие регулирования. Особенно актуально данное решение для ГЭС.

Кроме того, в работе предложен ряд решений по организации скоординированного взаимодействуя функциональных подсистем АРЧМ уровня ОЭС с учетом приоритетов решаемых ими задач, имеющих большое значение в условиях значительной связности режимов и ограниченном числе регулирующих электростанций.

Для стабилизации динамических характеристик процесса регули-

рования в условиях недостаточных росурсов управления и возможных блокировок участия отдельных электростанций в регулировании при координации работы подсистем ЛРЧМ разработан алгоритм коррекции коэффициентов долевого участия регулирующих электростанций. Особенности алгоритма позволяют учесть ряд дополнительных факторов, например, быстродействие и экономичность управления конкретными электростанциями, и обеспечивают работоспособность алгоритма в случае отсутствия телеинформации с части регулирующих электростанций .

Организация взаимодействия функциональных подсистем АРЧМ уровня ОЭС повышает эффективность АРПМ, но не решает всех проблем управления перетоками активной мощности. Б работе.на примере ОЭС Украины показана необходимость координации работы автоматических ограничителей перетока (АОП) системы АРЧМ ОЗС с ПА, предотвращающей перегрузку сечений по мощности или углу. Целью данной координации является исключение приближения перетоков в сечениях, не оснащенных АОП, к уставкам ПА, возможного при работе АОП других сечения. Для организации работа системы АРЧМ ОЭС в условиях этих дополнительных ограничений предложен подход к взаимодействию ее с системой АРЧМ уровня ЕЭС СССР, основанный на получении системой АРЧМ ОЭС для каждого АОП телеинформации о величине регулировочного диапазона за пределами данной ОЭС и передаче запросов на его реализацию..

Другим аспектом информационного взаимодействия систем АРЧМ с ПА, возможность которого появляется при реализации адаптивных централизованных систем ПА на базе ЭВМ, является использование в качестве уставок АОП фактических значений предельных перетоков, скорректированных на фактическую величину нерегулярных колебаний перетока. В этом случае наиболее полно используется пропускная способность сечения, оснащенных АОП, и в то же время постоянно обеспечивается нормативный запас устойчивости. Кроме того, отсутствует необходимость в априорной оценке эффективности АОП, поскольку она учитывается автоматически величиной фактического снижения амплитуды нерегулярных колебаний.

Помимо указанного информационного взаимодействия с ПА в работе на примере локализации и ликвидации системой АРЧМ ОЭС Украины небаланса мощности,веустраняемого автоматикой балансировки при автоматических делениях с ОЭС "Мир", рассмотрено технологическое взаимодействие системы - АРЧМ с ПА. Исследование предложенного решения показало большую эффективность использования системы АРЧМ

в случаях, когда требуется обеспечить автоматизацию перехода от послеаварийного режима к нормальному невозмущонному.

Ответственность задачи АРПМ и перспективы взаимодействия с ПА определяют необходимость повышения надежности систем АРЧМ в условиях возможных отказов технических средств. В работе рассмотрены особенности организации двухмашинного комплекса повышенной надежности, реализованные в цифровой системе АРЧМ ОЭС Украины.

Недостаточная режимная управляемость ЕЭС СССР и связанные с этим трудности водонип режимов вызвали в последние годы активный поиск путей повышения управляемости, проводимый целым рядом организаций. Одним из важнейших средств повышения управляемости в хода этих работ признано использование ВГГГ и'ПГГГ, особенно эффективное при секционировании энергообьединения. В работе систематизированы недостатки синхронной параллельной работы и рассмотрены преимущества секционирования с4помощью ВПТ(ППХ).

Сооружение ВПТ и ПП1 как элементов основной сети существенно изменяет условия управления ее режимами, что обязательно должно найти отражение в автоматическом управлении нормальными и аварийными режимами.

При наличии в состава ЕЭС СССР ВПТ и ШГГ анализ АРПМ необходимо проводить в двух направлениях. Во-первых, в случае выполнения с помощью ВГП'(ГШТ) секционирования может существенно измениться управляемость межсистемных перетоков мощности по сравнению с синхронной работой. Этот аспект требует исследования для возможного изменения принципов АРПМ либо перераспределения функций между системами АРЧМ ОЭС и системой АРЧМ уровня ЕЭС, СССР. Во-вторых, не менее важным является анализ возможностей использования ВПТ и ППТ, учитывая их быстродействие и отсутствие снижения экономичности при регулировании, присущего регулирующим электростанциям, как исполнительных органов систем АРЧМ.

Исследование изменения управляемости межсистемных перетоков мощности может быть выполнено в статической постановке - на основе сопоставления изменения коэффициентов влияния генерирующих .мощностей ОЭС на перетоки активной мощности в межсистемных сечениях с возможностями участия в АРПМ каждой ОЭС, определяемыми наличием мобильных генерирующих мощностей и фактических регулировочных диапазонов. Указанный.анализ,выполненный в работе для случая секционирования в сечении ОЭС Украины - ОЭС "Мир", показал повышение эффективности иерархической системы -АРЧМ ЕЭС СССР в части АРПМ при секционировании, подтвержденное затем и в динамике.

При использовании ВПТ(ГШТ) в АРЛМ должна быть обоспечена кратковременность изменения планового перетока ВПТ (ППТ) за счет полного использования возможностей регулирующих элоктростанций. Для решения этой задачи предложено отклонение регулируемого параметра. на основании которого формируются управляющие воздействия для электростанций, определять как

др£<о - дгео + иас^-пк^ (ii)

J ) 1

где лрсо , др'ссэ - фактическое и скорректированное отклонение .1-го регулируемого параметра; и<1сС».-1> - управляющее воздействие, заданное ВПТ на предадущом и отработанное к текущему шагу управления; - коэффициент влияния изменения перетока ВПТ на ,)-й регулируемый параметр.

Основным затруднением при исследовании участия ВПТ (ППТ) в АРПМ является выбор адекватных математических моделей вследствие высокой сложности ВПТ (ППТ) при детальном моделировании и большой длительности рассматриваемых переходных процессов. Исходя из этого, процесс исследования участия ВПТ <ППТ) в АРЧМ было предложено выполнять в два этапа.

На первом этапе многовариантные расчеты проводятся на традиционной душ исследования процессов АРЧМ упрощенной модели знерго-объединения, а законы управления ВПТ (ППТ) и параметры их настройки формируются на основе анализа динамики изменения перетоков во всех межсистемных сечениях и частоты в ЭЭС. При этом учитывая, что процессы изменения частоты и перетоков активной мощности в протяженных энергообъединениях со слабыми связями протекают сравнительно медленно, ВПТ (ППТ) моделируются только исследуемыми законами их внешнего (режимного) управления.

Модель энергообъедш^ния для проведения первого этапа исследований целесообразно использовать в форме (3),(4). Учет ВПТ (ППТ) производится преобразованием системы уравнении (4) к виду

р. * к« £ м г [гас, ^=1,1»; ^к (12)

1 Ч V ц| I ' "

Р1.к = ч^'Г"."' (13)

где к - номер связи, выполненной на базе ВПТ (ПГГГ); Ра, соответственно частота на шинах выпрямительной и инверггорной подстанции, на которые реагирует система внешнего управления ВП1 (ППТ); " - задание, получаемое от системы АРЧМ уровня ОЭС. Реализацию (13) при имитационном моделировании аналогично системам АРЧМ целесообразно выделить в отдельную модель.

Выполненное на данной модели энергообъединония исследование участия ВГГГ сечения ОЭС Украины - ОЭС "Мир" в А1'Ш показало, что ВПТ позволяет качественно изменить динзмическио хара!ггеристики АРПМ. При этом коррекция (II) обесточивает полное использование мощности регулирующих электростанций при воздействии на ВПТ.

На втором этапе полученные результаты - выбранный закон управления и его настройка - должны быть проверены на точной модели. При этом поскольку динамика межсистемных перетоков энергообъединения была исследована на первом этапе, уточнению подлежит только режим ВПТ(ППТ) по реактивной мощности при заданном режиме активной. Вследствие этого необходимо моделировать лишь незначительные по объему части ■ энергосистем, неп9ср?,дственно примыкающих к преобразовательным подстанциям.

В случае, когда второй этап выявляет наличие ограничений на изменение перетока активной мощности, накладываемых режимом по ¡»активной мощности и напряжению, что характерно для работы инвертора на сеть с малой мощностью короткого замыкания, необходимо повторение обоих этапов исследования. Для учета полученных результатов при повторении первого этапа необходимо наложение на управляющие воздействия системы внешнего управления ВПТ(ППТ) дополнительных ограничений, например, используя подход (2)-(/$.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена методика имитационного исследования АРПМ, основанная на моделировании взаимодействия во времени трех моделей-энергообьединения как •объекта АРЧМ, собственно системы АРЧМ и возмущений нагрузки энергообъединения, обеспечивающая возможность анализа различных, в том числе нелинейных, законов управления без изменений в модели объекта управления.

2. Разработана математическая модель энергообъедкнения как объекта АРЧМ в пространстве состояний, которая обеспечивает эффективную формализацию взаимодействия указанных моделей и позволяет использовать единую программу численного интегрирования при любой конфигурации моделируемого энергообъединения,

3. Выполнена декомпозиция модели энергообъединения с расширением векторов состояния подсистем за счет интегралов их частоты. Полученная в результате декомпозиции' модель обеспечивает независимое интегрирование систем уравнений,описывающих подсистемы, и линейную зависимость перетоков между подсистемами от их векторов состояния, что существенно упрощает получение общего решения.

4. Выбраны и описаны в пространстве состояний модели злеет-

ростанций, необходимые для адекватного моделирования процессов АРПМ. При этом модель ГЭС переработана путем замены изодромной обратной связи по положению направляющего аппарата обратной связью по активной мощности агрегатов.

5.Предложена стохастическая модель зависимости коэффициента крутизны статической частотной характеристики регулятора скорости эквивалентного агрегата от величины и знака отклонения частоты и величины вращающегося резерва, обеспечивающая учет основных нели-неяностей объекта управления.

6. Экспериментально исследованы свойства различных методов интегрирования и даны рекомендации по организации численного решения неоднородной системы дифференциальных уравнении, описывающих модель знергообъедшюния в пространстве состояний.

7. Исследование предложенных алгоритмов адаптации к запаздыванию отработки управляющих воздействий и согласования интенсивности управляющих воздействий с защитами ЗВН электростанций показало повышение эффективности АРПМ при их использовании.

8. Для координации работы функциональных подсистем иерархической системы АРЧМ ЕЭС СССР предложен и защищен авторскими свидетельствами на изобретение ряд принципов их взаимодействия, а для поддержания стабильности динамических характеристик регулирования разработан алгоритм коррекции коэффициентов долевого участия электростанций в АРЧМ.

9. Предложен ряд решений по информационному и технологическому взаимодействию систем АРЧМ с системной ПА в существующих и перспективных' условиях.

10. Для исследования процессов АРПМ в перспективных условиях - при появлении ВПТ <ППТ) - разработана методика, состоящая из опенки изменения управляемости, выполняемой 'в статической постановке, и двухэтапного анализа динамических аспегстов использования ВПТ (ППТ) как исполнительных органов систем АРЧМ.

11. Выполненная в работе оценка изменения управляемости перетоков при секционировании в сечекш ОЭС Украины - ОЭС "Мир" показала повышение эффективности АРПМ ЕЭС СССР в целом, а выполненное исследование некоторых динамических аспектов участия ВПТ данного сечения в АРПМ подтвердило большие перспективы использования ВПТ как исполнительных органов систем АРЧМ, принципы которого рассмотрены в работе.

I. A.C. 12ЭТ167 (СССР). Устройство автоматического регу-

лирования частоты и поретоков активной мощности в энергосистеме/ С.А.Мольков, Ю.В.Щербина. - Опубл. в БИ к 10. 1987.

2. A.C. 1302374 (СССР). Устройство душ автоматического регулирования частоты и перетоков мощности энергообюдинения/ С.А.Мольков, Л.В.Молькова. - Опубл. в БИ к 13, 1987.

3. Мольков А.Н., Мольков С,А. Ограничение интенсивности управляющих воздействий системы автоматического регулирования частоты и активной мощности// Электрические станции. - 1987.- № 12.-C.6Q-BI.

4. A.C. 1422299 (СССР). Устройство для автоматического регулирования частоты и перетока активной мощности энергообъединения/ С.А.Мольков. - Оцубл. в БИ » 33, 1888.

5. Лосицкия Ю.Е., Мольков С.А. Повышение адаптивности систем автоматического регулирования частоты и активной мощности// Энергетика. ..(Изв.высш.учеб.заведений). - 1988.- № 12.- С.16-19.

6. Зарзмбо В.Э., Мольков С.А. Создание средств оперативной диагностики для повышения надежности систем автоматического регулирования мощности энергообъеданения//Большие системы энергетики: Управление развитием и функционированием.- Киев, 1989.- С. 80-86.

7. Мольков С.А. Особенности автоматического ограничения перетоков активной мощности в ОЭС Юга// Электрические станции. -1989. - К 2. - С.10-12.

8. Баталов А.Г., Мольков А.Н., Мольков С.А. Использование в автоматическом регулировании частоты и активной мощности перевода агрегатов ГЭС в генераторный режим// Электрические станции. -1989. -■№ 2, - С.63-66.

9. Щербина Ю.В., Мольков С. А. Повышение эффективности автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности при секционировании энергообъединения ЕЭС - ОЭС СЭВ// Техническая электродинамика. - 1989. - к 2. - С.83-88.

1б. Щербина Ю.В. .Роятельман И.Г., Мольков С.А. Анализ эффективности секционирования крупных энергообъединений с помощью ВПТ (ППТ).- Киев, 1989.- 38с.- Деп. в УкрНШНТИ 25.05.89 W 1378-УК89.

11.Щербина Ю.В., Мольков С.А. Цифровая имитационная модель энергообъединения в пространстве состояния как объекта автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности. -Киев, 1989. - 20с. - Деп. в УкрНШНТИ 25^05.89 № 1379-УК89.

12. A.C. 1480012 (СССР). Устройство автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности в энергосистеме/ С.А.МОЛЬКОВ. - Опубл. в БИ К 18, 1989.

13. Зарембо В.Э., Мольков С.Л. Повышение надежности систем автоматического регулирования частоты и активной мощности на базе ЭВМ// Энергетика и электрификация. - 1990. -. № I. - С.40-42.

14.Щербина Ю.В., Мольков O.A. Математическая модель энергообъединения для исследования процессов автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности // Энергетика. .. (Изв. высш. учеб. заведений). - 1990.- № 4.- C.&-I3.

15. A.C. 1557627 (СССР). Устройство для автоматического ограничения перетока мощности между двумя частями .энергосистемы/ С.А.Мольков. - Опубл. В БИ S 14, I8S0.

16. Баталов А.Г., Мольков С.А. Организация взаимодействия системы АРЧМ ОХ Украины с противо аварийной автоматикой// Энергетика и электрификация. - 1990. - ш 3. С.29-31.

17. Щербина Ю.В., Мольков С.А. Независимое регулирование частоты и напряжения в секционированной энергосистеме как средство регулирования потребления электроэнергии// Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта/ Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Днепропетровск, 1990. - С. 130-132.

18. Восстановление электроэнергетических систем после крупных авария / А.И.Воевода, Н.И.Воропза, А.М.Кроль, С.А.Мольков и др.//Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт.- I9&I.- к I,- С.16-27.

19. Мольков С.А., Роательман И.Г. Особенности моделирования длительных переходных процессов при анализе управления перетоками активной мощности// Моделирование электроэнергетических систем/ Тезисы докладов X научной конференции.- Каунас, 1991,- С.Ю9-Ш.

Подписано » печать 20.11.91т формат 60x84/16 Втмага писчая.Гсл.печ.л. 1,0. Тираж 100 »кэ. Заказ №1980

Отпечатано ЦУОП К9 "Пподиаппроект" г.Кивв,Сакс*ганекого,Х