автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Исследование особенностей режимов консольных электропередач

'ТЕ ОЛ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК _

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИКИ им. Л. А. Мелентьева

На правах рукописи УДК 621.315

Аль-Салех Али

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕЖИМОВ КОНСОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

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

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск -1999

Работа выпонена в Институте систем энергетики им. Л. А. Мелентьева Сибирского отделения РАН.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор А. 3. Гамм

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. И. Тарасов доктор технических наук Г. Ф. Ковалев

Ведущая организация - Сибирское отделение АО "Энергосетьпроект"

Защита состоится 28 декабря 1999 г. в 13'°

на заседании специализированного совета Д 002.30.01 при Институте систем энергетики им. Л. А. Мелентьева Сибирского отделения РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова 130, ИСЭМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСЭМ СО РАН

Автореферат разослацдбноября 1999 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор. А. М. Клер

. / - ИЗ и Л

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Одной из важнейших характеристик электрической передачи на дальние расстояния является надежность ее работы, особенно для, значительно удаленных от центра генерации мощности и, как правило не имеющих достаточно средств для подержания напряжения у приемного конца. Такие электропередачи будем называть консольными (КЭП).

Актуальность исследования консольной электропередачи заключается в том, что такие связи режима существуют (для снабжения удаленных месторождений нефти, газа , электроснабжения Байкало-амурской магистрали (БАМ), основная часть Государственной энергосистемы Сирийской Арабской Республики протяженностью 200-300 км и т.п) и от устойчивости их работы зависит жизнедеятельность целых регионов.

Исследования режимов КЭП проводились и ранее, однако выполненные исследования недостаточны для того, чтобы считать проблему решенной, и требуется разработка методов, адекватно учитывающих особенности режимов этих передач.

Цели исследования КЭП.

Цели исследования КЭП заключаются в следующем:

1) определить условия возникновения коллапса напряжений в КЭП;

2) определить зависимость предела передаваемой активной мощности для КЭП от объема располагаемой реактивной мощности на приемном конце, от регулирующего эффекта нагрузки;

3) определить те степени свободы и мероприятия, которыми можно воспользоваться для увеличения предела передаваемой активной мощности, снижения вероятности возникновения коллапса напряжения на приемном конце КЭП, ввода напряжения в допустимую область при изменении нагрузок;

4) исследовать эффективность численных методов анализа КЭП, в частности влияние погрешностей расчета на точность результатов процедуры утяжеления режима.

Методы выполнения исследований.

В работе используются методы решения уравнений установившегося режима (УУР), метод входных характеристик сети как универсальный метод для изучения свойств приемного конца КЭП, методы утяжеления режима, метод Ньютона для расчета потокораспределения.

Объект исследований

Для проверки работа способности и качества предлагаемых методов, была выбрана схема электроснабжения Байкало-амурской магистрали (БАМ) от Киренги до Таксимо протяженностью около 600 км.

Научная новизна работы.

1. Разработаны подходы к определению условия возникновения коллапса напряжения КЭП, и мероприятия предотвращения коллапса, базирующиеся на анализе внешних характеристик сети и статических характеристик нагрузки.

2. Доказано, что коллапс напряжения приемного конца встречается не только в недопустимой области, но и в допустимой области напряжения приемного конца КЭП.

3. Определено значение предела передаваемой активной мощности, когда этот предел определяется коллапсом напряжения. Доказано, что значение предельной передаваемой активной мощности на приемном конце, определяемое по условиям коллапса напряжения, намного меньше, чем предельная активная мощность, определяемая по угловой характеристике.

4. Определены критические случаи существования режима в зависимости от утяжеляемых параметров режима.

5. Определены методы улучшения устойчивости режима работы КЭП.

6. Доказано, что чувствительные места в КЭП необязательно находятся на приемном конце.

7. Определены зависимости предела активной мощности (определяемой по условиям коллапса напряжения) от располагаемых значений реактивных нагрузок на приемном конце.

8. Показана, необходимость учета погрешности расчета для определения предельнных режимов КЭП.

Практическая ценность результатов работы определяется возможностью увеличения надежности и улучшения качества работы КЭП, выявления наиболее значимых параметров режима по условиям возникновения коллапса напряжения, предложены критерии на основе внешних характеристик сети и статических характеристик нагрузки для определения условий коллапса напряжений, определения предела передаваемой активной мощности на приемном конце КЭП, дано новое представление о нахождении слабых мест в КЭП.

Апробация работы

Отдельные разделы диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях молодежи, которые проводятся ежегодно в ИСЭМ СО РАН, Всероссийском семинаре с международным участием "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики.—Иркутск: 1998 г."

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 3 печатных работах.

Структура и объем диссертаиии.

Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, и приложений. Основной текст содержит 108 страниц машинописного текста, иллюстрирован 35 рисунками

' Краткое содержание работы

Введение

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы: показана ее актуальность, сформулирована цель работы, отражена научная новизна и практическая ценность, дан обзор литературы.

Глава. 1. Применение метода внешних характеристик сети как средства изучения особенностей режимов КЭП 1.1. Аналитические методы изучения особенностей режимов КЭП.

Для получения аналитических соотношений исследования особенностей режимов КЭП рассматривается П-образная схема замещения (рис. 1).

Да_, 1

уи

□

Рис. 1. Принципиальная схема КЭП Ток, втекающий в узел 3 по связи 1 ] (для втекающего в узел тока примем знак "минус"), равен

Переходя к мощности, поступающей из сети в узел j будем иметь

вл-Рл + ли2,

(*и, + У1Ш)-Ц(и1(.Уц. + и,..¥|,1)]. (2) Отсюда:

Рл =и2ДУиа + УШа)-и,(и,1.У,]1-и1г.Уиг); (3)

Ол-и,ДУиг+УШг)-и^и1..У|,г + и,1.¥Ц1); (4) Проведем некоторые преобразования, чтобы исключить фазу 61.

Р.. -и. У.. +У. .. ■I' 1 I и а 1JJ а

и ..У.. ) и г

-и.

1} а

У.

и г

+и. ; 1 г

(5)

(3 ..-и. У.. +У...

Л } V Ц г 'Л г и ..У..

} и г

= - и. -и.

1а 1 г

У., и а

и г

(6)

Возведем левые и правые части соотношений (5) и (6) в квадрат.

У.. +У...

1 \ и а ¡Л а

р -и. ----—

■I1 } и..У..

] и г

+и.

1 а

У..

О а

У., г

и

-211 . .и.

1а 1 г

Ч а

и г

+и.

1 Г

(7)

У.. +У... 2 У иг 111 г

о -и ----—

J и..У..

} и г

и. +211. .и.

1а 1а 1 г

"у.. У..

и а +и.2 и а

У.. 1 г У..

. ^ г. . '-1 г .

(8)

Учитывая, что

и2;а+и2)г=и2 ,

(9)

сложим (7) и (8)

2

У.. +У...

р .и2Л J1 и..У..

J и г

г

\

У.. +У...

О ..-и." я J и..У..

I и г

и а

и г

+1

.и.

(10)

Полученное выражение (10), которое можно назвать внешней характеристикой сети (ВХС) КЭП, устанавливает связь между такими важными параметрами как ^ (; 1; и; и и !). Оно показывает, например, какая реактивная мощность должна поступать в узел чтобы поддержать в нем напряжение и j при заданной мощности Р) 1 и напряжении в начале линии Ц, из него можно получить также пределы значения РI при фиксации и, и И; или и (и 0

Активная и реактивная мощности нагрузки могут быть заданы не фиксированными значениями, а в виде их статических характеристик - зависимости нагрузки от напряжения в узле

Р.гР^(и,); (11)

<2.Г<2^(и,). (12)

Статические характеристики нагрузки (СХН) обычно записываются в

виде

N2]

рн=р;о 1+с1

иг1М

ип

+с.

ип

(13)

и,-"'

ип

+ь.

и,

(14)

Где Р;0, О|0 - номинальные значение активной и реактивной мощности нагрузки приемного конца;

и0 - номинальное значение напряжения приемного конца; с„ с2, Ь„ Ь2, - коэффициенты, определяющие регулирующий эффект нагрузки.

> +

1.2. Теоретический анализ особенностей режимов КЭП с учетом внешних характеристик сети приемного конца.

Пусть в узле] (рис.1) заданы модуль напряжения Ц и фаза 5у Тогда всю сеть с имеющимися в ней источниками мощностей можно представить как эквивалентный генератор, впрыскивающий в узел] активную Р^ и реактивную мощности. При фиксированных значениях управляемых переменных внутри сети (степенях свободы сети) Р^ и являются функциями Ц и т.е.

Р,= Р,(Ц, (15)

С>,= <2Г/Ц, (16)

Множество степеней свободы внутри сети (управляемых переменных) обозначим через со^ ; а значения этих переменных, входящих в набор со ф через Уч. Соответственно, <ачи Уч .также аргументы Рпи 0Г1;

Р,= РН(Ц,^, (17)

Ог=Оа(Ц, 3-,, йц,¥К)); (18)

Уравнение (17) и (18) задают семейство внешних характеристик, генерируемых изменением состава управляемых переменных а,¡и изменением значений этих переменных.

В узле ] подключены нагрузки, заданные своими статическими характеристиками;

Р*=Р„,(Ц); (19)

<}Ч=0„/Ц); (20)

Множество степеней свободы нагрузки, например (номинальные значения нагрузки, регулирующего эффекта) обозначим через а значения этих переменных, входящих в набор через Соответственно, а ^ и Уи| также аргументы Р^ и <2Ч;

Р„ГР,Ч(Ц;®„ЯУН]); (21)

(22)

Сопоставление внешних характеристик сети и статических характеристик нагрузки в узле) дает много полезной информации для анализа режимных свойств КЭП, например, определяет необходимые условия существования и единственность решения для всей сети в целом, характеризует нелинейную чувствительность различных узлов сети и т.д.

На первый взгляд этот подход может показаться неконструктивным из-за огромного числа возможных схем и режимов внутри сети. Но, во-первых, для КЭП число степеней свободы сравнительно невелико и вполне обозримо для глубокого анализа и, во-вторых, из всех множеств со ^ и значений У^ можно выбрать экстремальные в некотором смысле режимы и схемы, типовые ситуации, обобщенные показатели (например, суммарную нагрузку сети).

В исследуемом узле j режим определяется балансом активной и реактивной мощностей, поступающих в узел 3 из сети (внешняя характеристика), и потребляемых нагрузок, т.е.

Р, (и¡,8» а Л) - Р„/Ц = (23)

(Щ^о^-ад, <„,<,¥,,) = о. (24)

Уравнение баланса реактивной мощности (24) является основополагающим при исследовании свойств КЭП.

1.3. Экспериментальный анализ свойств приемного узла с учетом внешних характеристик сети и статических характеристик нагрузки.

1.3.1. Значения напряжения и управляемых переменных массива со ^ при которых режим работы приемного конца существует.

Идея этих расчетов заключается в том, что, любые изменения в значениях переменных массива со приводят к изменению внешних характеристик сети, и соответственно меняется баланс реактивных мощностей, и в итоге меняется значение напряжения на приемном конце.

В значения переменных массива со ^ входят основные параметры режима и параметры сети (например, уровни напряжений на передающем конце, активная мощность, передаваемая в узел }, реактивное сопротивление сети и т.д.). В данной работе сначала были рассмотрены только изменения напряжения на передающем конце). В качестве примера возьмем предлагаемую выше схему для реактивной модели, где передающие узел 1 (¡=1)-базисный с напряжением и, , а приемном узел ] (¡=2) имеет нефиксированную реактивную мощность С2. Зависимость реактивной мощности, передаваемой из узла 1 в узел 2 ( внешняя характеристика сети), определяется приближенно зависимостью

О^-и^У+ЦСЦ-и,) У, (25)

где У- проводимость связи Семейство зависимостей при разных изменениях напряжения в узле 1 от и,т„=230 кВ до и,т!„=200 кВ представлено на рис.2. В этих же координатах строим статическую характеристику нагрузки узла (2) (3Ч(Ц). Возможно три варианта пересечения кривых:

1) кривые <3/Ц) и 0„,(Ц) имеют две точки пересечения (два корня уравнения (24), соответственно в этом случае каждая точка пересечения соответствует балансу реактивной мощности. В итоге получаются два значения напряжения Ц, одно из них определяет устойчивый режим работы КЭП.

2) кривые 0|(Ц) и <2„,(и;) касаются друг друга, т.е. имеет место одно решение (24), два корня сливаются в один, и соответственно, одно значение напряжения Ц.

3) кривые (ЭДЦ) и <3Н](Ц) не пересекаются, т.е решения (24) нет. Последний случай соответствует феномену коллапса напряжения.

Напряжение (значение массива®^), при котором внешняя характеристика и статическая характеристика нагрузки касаются друг друга, может быть названо критическим так как продолжение снижение напряжения на передающем конце приводит к случаю несуществованю режима при заданной активной нагрузке подключаемой на приемном конце.

Полученные результаты показали, что явление коллапса напряжения чаще всего встречается в недопустимой области по напряжению приемного конца. но может встретиться коллапс напряжения и в допустимой области.

Возможные ситуации коллапса напряжения в допустимой области могут возникать:

1- за счет увеличения реактивной сопротивления КЭП, что в свою очередь может определяться а) увеличением длины этих передач; б) отключением компенсации этих передач.

2- за счет изменения скольжения асинхронных электродвигателей приемного конца. На рис. 3 показаны результаты этого эксперимента с учетом перечисленных предположений.

Рис. 2. Семейство внешних характеристик сети при изменении напряжения на передающем конце. 1- статическая характеристика нагрузки на приемном конце; 2-5- внешние характеристики сети на приемном конце при значениях напряжения и,, равных 230, 220, 210, 200 кВ соответственно.

Рис.3. Получение коллапса напряжения приемного конца в допустимой области. 1-внешняя характеристика сети на приемном конце при значении напряжения передающего конца, равном 200 кВ; 2-4- внешние характеристики сети на приемном конце при разных значениях реактивного сопротивления сети, равных Х=1,5Х0, Х=2Х0, Х=2,5Х0 соответственно, гдеХ0- расчетное значение реактивного сопротивления сети; 5-7- статические характеристики нагрузки при разных значениях скольжения электродвигателей.

1.3.2. Значения управляемых переменных массива со^, при которых возникают условия коллапса напряжения приемного конца.

В этой части работы описывается, как при изменении значения элементов массива со ^ возникают условия коллапса напряжения на приемном конце КЭП.

В общем случае каждое изменение (вектор) внутренних переменных Уч, принадлежащих массиву со ч генерирует свое семейство внешних характеристик сети при утяжелении режима, (утяжеление режима может производится с помощью изменения напряжения на передающем конце или изменения активной мощности в промежуточных узлах КЭП и на конце КЭП, либо изменения активной нагрузки и напряжения на передающем конце одновременно) путем изменения этого вектора как

У(Л) = У0+у„Л, (26)

где У0-начальная точка,

\'к-вектор, определяющий направление движения (отрицательное или положительное значение утяжеляемого параметра режима),

Я -шаг утяжеления.

Каждому V, соответствует такое предельное Л *, (значение приращения утяжеляемого параметра режима, при котором режим достигает критического состояния), при котором характеристики О/Ц) и <2Ч(Ц) касаются друг друга. При Л>Л * режим не существует.

Последние случаи соответствуют условиям возникновения коллапса напряжения, поэтому значение Л * можно определить как индикатор для эксплуатации и планирования режимов работы КЭП.

В данной работе, были рассмотрены случаи изменения (утяжеления) значений переменных массива <о ^ связанные с активной нагрузкой, а именно:

а) изменение активной нагрузки в промежуточном узле КЭП;

б) изменение активной нагрузки на приемном конце КЭП.

На рис 1{ приведено семейство внешних характеристик, получаемых при изменении активной нагрузки в одном из внутренних узлов КЭП. Из рис/? видно, что добавление активной нагрузки на шинах промежуточной подстанции привело к снижению напряжения на приемном конце от уровня и21 до и22.

Дальше добавление активной нагрузки приводит к снижению напряжения приемного конца до 1ГК (критическое напряжение).

Зная значение критической активной нагрузки, подключаемой в промежуточном узле КЭП, можно определить необходимость подключения устройств для того, чтобы скорректировать внешние характеристики сети, для предотвращения коллапса напряжения приемного конца КЭП.

Семейство внешних характеристик сети, порождаемое изменением активной нагрузки на приемном конце КЭП, показано на рис.5"

Коллапс вызывается изменением активной нагрузки на приемном конце Рн2. Возможны две ситуации:

1) увеличение Рн2 как и в предыдущих случаях смещает внешнюю характеристику вниз до достижения коллапса. То значение Рн2, при котором это явление возникает, будет предельно передаваемой мощностью в приемный узел.

2) предельное значение Ри2 достигается раньше за счет внутренних свойств сети, в частности при достижении значения, при котором еР2/д32= 0.

Рис. 4. Семейство внешних характеристик, получаемых при изменении активной нагрузки в одном из промежуточных узлов КЭП. 1- статическая характеристика нагрузки на приемном конце; 2-5- внешняя характеристика сети на приемном конце, при Р. =10, 50, 100, 150 МВт соответственно.

U2, кВ

Рис. 5. Семейство внешних характеристик сети за счет изменения активной нагрузки на приемном конце. 1- статическая характеристика нагрузки; 2-5- внешние характеристики сети при Р>2= 10,50,100,150 МВт соответственно.

Глава 2. В этом разделе рассматриваются значение переменных массива со н( (степени свободы нагрузки), изменение которых приводит к возникновению коллапса напряжения приемного конца КЭП.

Меняя статическую характеристику реактивной нагрузки приемного конца, (Зи2(и2), также можно улучшить ситуацию и уменьшить вероятность возникновения коллапса напряжения. Как известно, эта характеристика определяется:

1) значением подключаемой нагрузки (2н]0;

2) параметрами Ьц и Ь2г

Для анализа этого фактора, значение подключаемой нагрузки С!„;0 и параметры Ьу и Ь2^ вводятся в состав переменных, определяющих семейство кривых ди2(и2).

Эксперименты показали что, изменение статических характеристик нагрузки с учетом выше перечисленных условий дают результаты, практически ничем не отличающиеся от результатов, полученных в первой главе (те же значения напряжения Ц и управляемых переменных массива со , при которых режим работы приемного конца существует, те же значения управляемых переменных массива при которых возникают условия коллапса напряжения приемного конца).

Глава 3. Пределы передаваемой мощности и коллапс напряжения.

3.1. Активная нагрузка, предельная по условия коллапса напряжения

В данной работе была сделано попытка определить значения предельно передаваемой активной мощности по условиям коллапса напряжения.

Для анализа последнего фактора нагрузка Р„ вводится в состав переменных, определяющих семейство кривых (Зс(и2).

Максимальной Р„* будет то значение, при котором кривые <Зн(и2) и (}с(и2) касаются друг друга. Для схемы исследуемой это будет Р„=100 МВт (рис.5).

Анализ показывает, что Р„(<5) дает максимум, равный Рт1х=663,7 МВт (рис. 6). Соответствующий эксперимент, объясняющий этот вывод, проводился таким образом: добавлялась активная нагрузка на приемном конце, в результате чего напряжения на приемном конце снижалось, затем строилась угловая характеристика после каждого шага изменения (добавления). Соответствующий результат этого эксперимента показан на рис. 7. Из рисунка видно что, предельная передаваемая активная мощность, определяемая по условиям коллапса, (Р,=100 МВт) намного меньше, чем предельная мощность, определяемая по угловой характеристике.

Как видно из рис. 8, каждой нагрузке <3„0 соответствует свое предельное Р„. Геометрическое место точек, в которых Р, достигает максимума при заданной <Зи0, показано на этом же рисунке

Из рис. 8 следует очень важная зависимость Рип„(Рн0) (рис. 9).

Соответственно, добавление в приемном узле генерации реактивной мощности Д <3„, дает фиктивную нагрузку:

<и=<2„к-Д<2. (27)

при которой Рпр<д - увеличивается (рис.10)

Г,, МВт

Рис. 6. Значение РК1_„ для угловой характеристики.

Рис. 7. Экспериментальные результаты получения предела передаваемой активной мощности по условием коллапса напряжения. 1-4- угловые характеристики сети при разных значениях напряжения приемного конца, равных 230,220,210,200 кВ, соответственно; 5- кривая предельная передаваемая активная мощность определяемая по условием коллапса напряжения.

LQ2, Q.,2. Мвар

kB

Рис. 8. Кривая критических точек существования режима при утяжелении Рн2. 1-4- статические характеристики нагрузки на приемном конце при Q„l0= 100, 95, 60, 10 МВар, соответственно; 5-8- внешние характеристики сети на приемном конце при значение Рн2= 10, 50, 100, 150 МВт, соответственно.

Р„МВТ

QK, Мвар

200 250 260 270 210 290 »4 310 »0 330 340 330 340 370 МО 390

Рис. 9. Зависимости Рк шах от Qk реактивной нагрузки приемного конца

но Рк, МВГ 120 .

-,Qho:> МВАР

Рис.10. Зависимость Р, „„ от добавленной реактивной мощности в приемном узле.

3.2. Предел передаваемой мощности в зависимости от регулирующего эффекта нагрузки и внешних характеристик узла.

В данном эксперименте сделана попытка рассмотреть возможность увеличения предела передаваемой мощности за счет регулирующего эффекта нагрузки.

Одним из способов воздействия на регулирующий эффект нагрузок является изменение состава реактивных нагрузок приемного конца. На рис. 11 показаны графические результаты соответствующего эксперимента.

Из рисунка 11 видно, что при низких значениях напряжения на приемном конце и больших значениях регулирующего эффекта (угол наклона касательной) предел передаваемой мощности низкий. При изменении регулирующего эффекта, как это показано на рис. 11 , значение напряжения увеличивается и вследствие этого предел передаваемой мощности увеличивается.

Рис. 11. Изменение регулирующего эффекта за счет воздействия на состав реактивных нагрузок потребителя.

3.3. Синтез управления для обеспечения устойчивости приемного конца КЭП (предотвращение коллапса напряжения)

В работе были рассмотрены мероприятия, позволяющие устранить или по крайней мере уменьшить опасность возникновения коллапса напряжения КЭП. Среди них: (установка управляемого источника реактивной мощности на приемном конце, или в некоторых промежуточных узлах электропередачи,

установка индуктивных или емкостных шунтов (реакторов или батарей статических конденсаторов), регулирование возбуждения синхронных двигателей приемного конца, установка двигателей повышенной мощности для привода в нагрузке).

3.3.1. Установка управляемого источника реактивной мощности (ИРМ)

В этом разделе работы были рассматренны вопросы эффективности подключения ИРМ на приемном конце КЭП и в промежуточных узлах КЭП для того, чтобы избавится от коллапса напряжения, возникающего при изменении значения переменных массива со Kj и со Bj или, по крайней мере, поддержать уровень напряжения в допустимых пределах. Следует отметить, что под ИРМ подразумеваются все без исключения средств, позволяющие снабжать сеть реактивной мощностью и прежде всего синхронные компенсаторы и устройств FACTS (Flexible AC Transmission Systems).

Идея этого приема заключается в том, что совместное значение генерации в приемном узле сетевой реактивной мощности Qc (Ц) и независимой от напряжения приемного конца Ц генерации реактивной мощности ИРМ и пересечение этой совмещенной характеристики со статической характеристикой нагрузки Q„ (U2), позволяет устранить возможность возникновения коллапса напряжения на приемном конце КЭП (сдвиг точки пересечения)

Получение результаты исследования показали, что установка ИРМ может оказаться более эффективной не на приемном конце, а в промежуточном узле, если последний обладает большей чувствительностью (сенсорностью) к возмущению. Семейства внешних характеристик сети за счет подключения емкостного шунта в слабом узле КЭП, показано на рис. 12. На этот же ИРМ можно возложить функции поддержания Uip в допустимом диапазоне, определяемом требованием качества

120102.0.» Мвар

-20.

100.

20.

40.

60

80.

0.

и2,кВ

Рис. 12. Предотвращение коллапса напряжения за счет подключения емкостного шунта в слабом узле КЭП. 1- статическая характеристика нагрузки в приемном узле; 2 - внешняя характеристика сети после подключения шунта; 3 - внешняя характеристика сети до подключения шунта.

Глава 4. Учет погрешностей расчета при анализе предельных режимов методом утяжеления.

Погрешности завершения итераций влияют на результаты расчета при анализе предельных режимов методом утяжеления и дают разные виды кривых внешних характеристик сети, что затрудняет определения реальных значений предельных нагрузок. Возникают скачки в кривых утяжеления.

На рис. 13 указана зона, соответствующая допустимым небалансам. Процесс метода Ньютона идет от точки 1 к точке 2, в которой значения |<32 - (2Ь|(Д, где А— заданная точность соблюдения небаланса реактивной мощности в приемном узле, т. е. в точке 3 процесс заканчивается. Напряжение иг01 соответствующее этой точке, принимается в качестве исходного приближения для решения уравнения при новом значении шага утяжеления и^и,® и т. д. до момента, пока выйдем на кривую при критическом значении и,. В результате процесс будет "отброшен" в точку 14 с более высоким и2, чем предыдущий, т.е произойдет скачок и2. Получение экспериментальные результаты этого анализа показаны на рис. 14.

Рис. 13. Семейство зависимостей при недостаточной точности баланса в узле (точность расчета равна 10 МВт). 1 - 6 - внешние характеристики сети при разных значениях напряжения на передающем конце, а именно: 230, 220, 210, 200, 190, 180 кВ, соответственно.

120 130 14) 150 160 170 180 190 200 210 220 230

Рис. 14. Экспериментальные результаты оценки влияния погрешности расчета на предельный режим КЭП. 1-3- внешние характеристики сети при разных значениях активной нагрузки на приемном конце: 10,50,100 МВт, соответственно (точность расчета 10 МВт).

Заключение

1. Предложенный подход (сопоставление метода внешних характеристик сети и статических характеристик нагрузки) дает возможность экспериментальное оценивать условия возникновения коллапса напряжения КЭП, и определять мероприятия для его предотвращения. Было доказано, что коллапс напряжения приемного конца встречается не только в недопустимой области напряжения этого конца, но и в допустимой области тоже.

2. Предложенный подход позволяет для простых схем экспериментальным путем определять значение предела передаваемой активной мощности, когда этот предел определяется коллапсом напряжения. Доказано, что значение предельной передаваемой активной мощности на приемном конце, определяемой по условиям коллапса напряжения намного меньше, чем предельная активная мощность, определяемая по угловой характеристике. Определены зависимости предела активной мощности от располагаемой реактивной мощности на приемном конце, регулирующего эффекта нагрузки.

3. Определены критические случаи существования режима в зависимости от утяжеляемых параметров режима.

4. Определены подходы к синтезу управления для улучшения устойчивости режима работы КЭП: рассмотрены вопросы эффективности подключения ИРМ на приемном конце КЭП и в промежуточных узлах КЭП для того, чтобы избавится от коллапса напряжения, поддержать уровень напряжения в допустимых пределах.

5. Доказано, что чувствительные места в КЭП необязательно находятся на приемном конце.

6. Показана взаимосвязь результатов утяжеления параметров режима с погрешностью расчета.

Основное содержание диссептапни содержится в следующих работах:

1. Аль-Салех Али Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып. 50. Некоторые вопросы надежности систем энергетики. Новосибирск: Издательство СО РАН, 1999. 94 с. 27-34.

2. Аль-Салех Али Системные исследования в энергетике,- Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1999.-249 с.-(Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН; Вып. 29).

3. Исследование режимов управляемости консольных электропередач. Материалы XXVIII конференции научной молодежи Института систем энергетики им. Мелентьева Вып. 28 Иркутск 1998. С. 2-17

Подписано в печать 1999 г.

Усл. печ. л. Заказ VТираж 100 экз.

Усл. печ. л.

Инв. №

Отпечатано на ротапринте ИСЭМ СО РАН 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130

В.1. Общие соображения.4

В.2. Обзор литературы.9

Глава 1. Применение метода внешних характеристик сети, как средство изучения особенности режимов КЭП.13

1.1. Аналитические методы изучения особенностей режимов КЭП.13

1.2. Теоретический анализ особенностей режимов КЭП с учетом внешних сети характеристик приемного узла.18

1.3. Экспериментальный анализ свойств приемного узла с учетом его внешних характеристик.21

1.3.1. Значения напряжения и управляемых переменных, при которых режим существует.22

1.3.2. Значения управляемых переменных, при которых возникают условия коллапса напряжения.32

1.3.2.1-Значения активных нагрузок, при которых возникают условия коллапса напряжения.33

1.3.2.1.1. Возникновение коллапса напряжения, при изменении активной нагрузки в промежуточном узле КЭП.33

1.3.2.1.2. Возникновение коллапса напряжения при изменении активной нагрузки на приемном конце КЭП.36

1.3.2.2. Утяжеление двух параметров режима одновременно и условия возникновения коллапса напряжения.39

Выводы:.42

Глава 2. Влияние статических характеристик нагрузки приемного конца на режим работы КЭП.43

2.1. Влияние изменения подключаемой реактивной нагрузки (^¡о на условия возникновение коллапса напряжения КЭП.44

2.2. Влияние изменения коэффициентов Ь^ и Ь2, на условия возникновения коллапса напряжения КЭП.50

Выводы:. 54

Выводы

1. Была показана взаимосвязь результатов утяжеления параметров режима с погрешностью расчета.

2. Возникновение скачков напряжения и2 затрудняет определение состояния режима по устойчивости, т.е. может быть напряжение \]2 высокое, а режим на самом деле не устойчив из-за нахождения ёСЬ/сЮг в отрицательной части.

3. Из-за недостаточной точности баланса в узле, были полученные разные виды кривых внешних характеристик сети, что затрудняет определения реальных значений предельных нагрузок (возникают скачки в кривых утяжеления).

4. В условиях проектирования трудно обеспечить высокую точность исходной информации. Исходные данные прогнозов нагрузок и параметров сети имеют высокую неопределенность. В итоге можно получить большую погрешность оценок параметров режимов КЭП. В связи с этим требуется повышенное внимание.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Предложенный подход к исследованию режимов работы КЭП (метода сопоставление внешних характеристик сети и статических характеристик нагрузки) дает возможность экспериментально оценивать условия возникновения коллапса напряжения КЭП, и определять мероприятия для его предотвращения.

2. Предложенный подход позволяет для простых схем аналитическим путем определять предельное значение предела передаваемой активной мощности, когда этот предел определяется коллапсом напряжения. Доказано, что значение предельной передаваемой активной мощности на приемном конце, определяемой по условиям коллапса напряжения значительно меньше, чем предельная активная мощность, определяемая по угловой характеристике. Определены зависимости предела активной мощности от располагаемой реактивной мощности на приемном конце, от регулирующего эффект нагрузки.

3. Доказано, что коллапс напряжения приемного конца КЭП, может возникать не только в недопустимой области напряжения этого конца, но и в допустимой области.

4. Определены критические случаи существования режима в зависимости от утяжеляемых параметров режима.

5. Определены подходы к синтезу управления для улучшения устойчивости режима работы КЭП. В качестве эффективных мероприятий могут быть предложены подключение ИРМ и других регулируемых устройств, типа (FACTS), реактивных шунтов, эти же мероприятия позволяют обеспечить допустимость напряжений на приемном конце. Показано, как определить дозировку этих воздействий.

6. Доказано, что чувствительные места в КЭП необязательно находятся на приемном конце.

7. Показано, влияние погрешности расчета на анализ предельных режимов работы КЭП, Полученные результаты показывают необходимость учета погрешностей при анализе и исследования предельных режимов работы КЭП. Показана взаимосвязь результатов утяжеления параметров режима с погрешностью расчета.

1. Гамм А.З., Гамм Б.З., Особенности режимов консольных линий электропередач. // Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт. - 1987.- №5.-С.124-130.

2. Вероятностные модели режимов электроэнергетических систем / А.З. Гамм.-Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1993.-133 с.

3. Талукдар С.Н. , By Ф.Ф. Диспетчерское управление электроэнергетическими системами с применением ЭВМ//ТИИЭР. -1981. -Т.69. -№ 10-С. 35-58.

4. Применение вычислительных методов в энергетике / Веников В.А. -М.: Энергия, 1980. 216 е.- (Энергетика за рубежом).

5. Aschmoneit F.С. , Versiege J.F. An external system equivalent for on-line steady state generator outage simulation//IEEE Trans. 1979.- PAS 98. -P.770-779.

6. Совалов С.А. Режимы единой энергосистемы. M.: Энергоатомиздат, 1983.-384 с.

7. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем,-М.Энергоатомиздат, 1984. 200 с.

8. Гуревич Ю.Е. , Тихонов Ю.А. , Иофьев Б.И. , и др. Руководящие указания по устойчивости энергосистем.-М.: Союзтехэнерго, 1983. 12 с.

9. Автоматизированная система оперативно диспетчерского управления электроэнергетическими системами/ Розанов М.Н. , Семенов В.А. и др.-Новосибирск: Наука, 1986. - 208 с.

10. Бартоломей П.И. Разработка и применение эффективных методов расчета и коррекции установившихся режимов больших электрических систем. Автореф. дисс. докт. техн. наук. -Новосибирск, 1985. 40 с.

11. Веников В.А. , Строев В.А. Расчет запаса статической устойчивости электроэнергосистемы // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. -1984. № 3. - с. - 56 - 64.

12. Задачи определения устойчивости Единой энергетической системы СССР и методы их решения / Н.Н. Шелухин // Докл. на 7 Всес. научно тех-нич. совещании по устойчивости и надежности энергосистем CCCP.-JL: Энергия, 1973.-с. 22-31.

13. Конторович A.M. , Крюков А.В. Локализация слабых звеньев электрических систем с помощью практических критериев статической устойчивости // Изв. АН Вузов СССР.-Энергетика. 1983. - № 9. - с. 3 - 6.

14. Электрические системы. Электрические сети / Под ред. В.А. Венико-ва. М.: Высшая школа. 1971.

15. Веников В А Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. Для электроэнергет. Спец. Вузов.- 4-е изд., перераб. И доп.-М .: Высш. шк., 1985.-536 е., ил.

16. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин А.А. Расчеты устойчивости и про-тивоаварийной автоматики в энергосистемах.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-390с.: ил.

17. IEEE. Computer Applications in Power. Vol 10. Number 4. October. 1997.

18. Ingelsson, В.; Lindstrom, P.O.; Sjodin, J. O.; Karlsson, D.; Runvik, G.; Special Protection Scheme against Voltage Collapse in the South Part of the Swedish Grid, CIGRE Report 38-105, Paris, August,1996.

19. IEEE, Power System Relaying Committee, Working Group K12: Voltage Collapse Mitigation, November 1996.

20. CIGRE TF 38.02.12, Criteria and Countermeasures for Voltage Collapse, CIGRE Technical Brochure No. 101, 1995.

21. Feng,; Ajjarapu, V.; Maratukulam, D. J. Apractical Minimum Load Shedding Strategy to Mitigate Voltage Collapse. IEEE, Power Review Engineering. Vol 18. Number 3. March 1998.

22. Van Cutsem, Т.; Moisse, C.; Mailhot, R. Determination of Secure Operating Limits with Respect to Voltage Collapse. IEEE, Power Review Engineering. Vol 17. Number 10. October. 1997.

23. Greene, S.; Dobson, I.; Alvarado, F. L. Contingency Ranking for Voltage Collapse via Sensitivities from a Single Nose Curve. IEEE, Power Review Engineering. Vol 17. Number 9. September. 1997.

24. Long, В.; Ajjarapu, V. The Sparse Formulation of ISPS and Its Application to Voltage Stability Margin Sensitivity and Estimation. IEEE, Power Review Engineering. Vol 18. Number 1. January. 1997.

25. A. Edris, A. S. Mehraban, M. Rahman, L. Gyugi, S. Arabi, T. Reitman. Controlling the Fiow of Real and Reactive Power. IEEE. Computer Applications in Power. Vol 11. Number 1. January. 1997.

26. Анализ и управление установившимися состояниями электроэнергетических систем / Мурашко Н. А. Охорзин Ю. А., Крумм JI. А. и др.- Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1987.

27. Методы управления физико-техническими системами энергетики в новых условиях / Н. И. Воропай Н. Н. Новицкий Е. В. Сеннова и др.- Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 1995. 335 с.

28. П. С. Жданов. Переспективы передачи электроэнергии переменным током на большие расстояния. Электричество, No-7, 1946.

29. П. С. Жданов. Устойчивость электрических систем. Госэнергоиздат, 1948.

30. В. А. Веников Передача электроэнергии переменным током на большие расстояния. Электричество, No-5, 1954.

31. В. А. Веников, Г. М. Розанов и Н. Н. Соколов. Характеристики электропередач переменного тока на большие расстояния. Электричество, No-7, 1950.

32. Веников В. А. Дальние электропередачи.- М.; JL: Госэнергоиздат, 1960.-312 с.

33. Залесский А. М. Передача электрической энергии.- М.; Л.: Госэнергоиздат, 1984.-355 с.

34. Новые средства передачи электроэнергии в энергосистемах / Под ред. Г. Н. Александрова.- JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. 232 с.

35. Тиходеев Н. Н. Передача электрической энергии.- Л.: Энергоатомиз-дат,1984.-248 с.

36. Электрические системы. Т. 3: Передача энергии переменным и постоянным током высокого напряжения / Под ред. В. А. Веникова. Высшая школа, 1972.-368 с.

37. Электрические системы. Т. 2: Электрические сети / Под ред. В. А. Веникова.- М.: Высшая школа, 1971.- 440 с.

38. Александров Г. Н. Передача электрической энергии переменным током.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. 176 с. ил.

39. Аль-Салех Али Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып. 50. Некоторые вопросы надежности систем энергетики. Новосибирск: Издательство СО РАН, 1999. 94 с. 27-34.

40. Power flow control and power flow studies for systems with FACTS devices. IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 13, No.l, February 1998.

41. Hingorani, «Flexible AC Transmission,» IEEE Spectrum, Vol. 30, No. 4, pp. 40-45, April 1993.

42. IEEE Special stability Controls Working Group, "Static Var Compensator Models for Power Flow and Dynamic Performance Simulation," IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 9, No.l, pp. 229-240, February 1994.

43. Gyugi L. "Dynamic Compensation of AC Transmission Lines by Solidstate Synchronous Voltage Sources," IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 9, No.2, pp. 904-911, April 1994.

44. Mihalic R. Zunko P. Povh D. "Improvement of Transient Stability Using Unified Power Flow Controller," IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 11, No.l, pp. 485-491, January 1996.

45. Али Салех Системые исследования в энергетике.- Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1999.-249 с.-(Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН; Вып. 29)

46. Гамм А. 3., Голуб И. И. Сенсоры и слабые места в электроэнергетических системах. Иркутск: СЭИ СО РАН, 1996.-99 с.